Липиды центральной нервной системы и структура клеточных мембран (стр. 7 из 9)
8.3 Ганглиозиды и передача информации через мембраны
Ганглиозиды участвуют в модулировании рецепторных функций.
Диапазон рецепторных свойств ганглиозидов широк: они связывают токсины, вирусы, медиаторы и гормоны. Есть данные о том, что ганглиозиды потенциируют действие нейроро-стового фактора и участвуют в рецепции интерферона.
Из всего множества индивидуальных ганглиозидов только для девяти строго доказана специфичность связывания. Это прежде всего моносиалоганглиозид GMI, который высокоспецифично взаимодействует с холерным токсином, дофамином, тиротропином; а также пента-, тетра-, три- и дисиалоганглиозиды – компоненты рецепторного комплекса для токсинов, вирусов, гормонов, и дисиалоганглиозид GD3, который в эквимолекулярных соотношениях соединяется с серотонином.
Сродство ганглиозидов головного мозга к различным лигаидам
| Лиганлы | Ганглиозид, обладаюший преимущественным сродством к лиганлу |
| Холерный токсин | GMi' GDlb |
| Столбнячный токсин | GQIb> GDlb* GTlb |
| Ботулинический токсин | GTIb |
| Токсин Е. coli | GM1 |
| Вирус Сендай | GPi> GQlb> GTla |
| Вирус гриппа | GTlb> GDlb |
| Дофамин | GM1 |
| Серотонин | GD3 |
| Интерферон | GM2> GT1 |
| Тиротропин | GTlb> GDlb> GM1 |
| Лютеотропин | GTlb> GDib |
| Гонадотропин | GTlb |
| Фибронектин | GTh GDlo |
Взаимодействие ганглиозидов с холерным токсином привлекает особое внимание, что обусловлено широким использованием его для изучения механизмов действия нейрорецепторов. В настоящее время наиболее изучен механизм взаимодействия холерного токсина с моносиалоганглиозидом GM1. Некоторое функциональное значение в опосредовании действия холерного токсина, кроме G^, имеет дисиалоганглиозид GDIfcr Установлено, что взаимодействие между ними модифицирует структуру холерного токсина и нарушает бислой мембраны. Олигосахаридная часть моносиалоганглиозида GM1 связывается с узнающей молекулой холерного токсина – протомером В, что вызывает увеличение локальной плотности ганглиозидов, их ми-целлообразование. Мицеллы ганглиозидов взаимодействуют с регуляторной единицей холерного токсина – протомером А. Этот протомер А обладает АДФ-рибозилирующей активностью. В результате АДФ-рибозилирования компонентов некоторых из так называемых медленных рецепторов происходит активация аде-нилатциклазы.
Мицеллы ганглиозидов способствуют погружению нротоме-ра А в липидную фазу и транслокации протомера А внутрь клетки. Чем выше концентрация ганглиозидов и мицеллообразова-ние, тем выше рибозилтрансферазная активность протомера А. Ганглиозиды в немицеллярной форме не способны «погрузить» протомер А в мембрану.
■ Мицеллообразование ганглиозидов способствует, таким образом, реорганизации липидного слоя, причем это свойство зависит от структуры комплекса токсин-ганглиозид.
8.4 Участие ганглиозидов в дифференциации клеток
Была предложена модель клеточного цикла, в которой кроме стадии покоя G0, неустойчивой и регулируемой циклическими нуклеотидами, постулируется стадия D-дифференциации, контролируемая ганглиозидами. По мере формирования ней-рон-нейрональных взаимодействий меняется структура и количество ганглиозидов и увеличивается число высокоаффинных контактов.
Участвуя в дифференциации клеток, ганглиозиды увеличивают время выживания клеток и вызывают морфологические изменения клеток, проявляя нейритогенный эффект. Нейритогенный эффект экзогенных ганглиозидов обнаружен в культурах клеточных линий нейронального и хромаффинного происхождения, в симпатических и парасимпатических ганглиях и в нервно-мышечных препаратах.
На рис. 6 представлен нейритогенный эффект моносиалоганглиозида GMI в концентрации 10~М на рост отростков спи-нального ганглия эмбриона цыпленка. Экзогенные ганглиозиды оказывают влияние на протяженность отростков, их число на клетку и на разветвленность отростков. Интересно, что моносиалоганглиозид GM1 вызывает только увеличение длины аксонов, а три- и тетрасиалоганглиозиды в тех же концентрациях усиливают спрутинг и арборизацию.
8.5 Терапевтические эффекты ганглиозидов
Ганглиозиды invivoобладают уникальными свойствами: при введении в организм подкожно, внутримышечно или интраперитонеально они относительно длительное время сохраняются в кровяном русле, лишены токсичности, в небольших количествах проникают через гемато-энцефалический барьер и активно встраиваются в нейрональные мембраны. Они способствуют репарации поврежденных аксонов, обладают выраженными терапевтическими эффектами при травмах головного и спинного мозга.
В настоящее время наиболее изучена молекулярная и биологическая роль в этих процессах моносиалоганглиозида GM1, который при введении invivo:
а) восстанавливает нейрохимические параметры дофаминер-гических нейронов после нарушения нигростриатной системы, усиливает захват дофамина и активность ирозингидроксилазы;
б) восстанавливает нейрохимические характеристики при частичной холинергической и глутаматергической деафферен-тации гиппокампа, увеличивает активность холинацетилтрансферазы и ацетилхолинэстеразы;
в) восстанавливает высокоаффинный захват холина в коре больших полушарий после нарушений ядер переднего мозга;
г) нормализует дисбаланс между активностью дофамин- и серотонинергических нейронов, вызванный введением апомор-фина;
д) оказывает рост-стимулирующий эффект и защитное действие против вторичной дегенерации серотонин- и норадре-нергических нейронов, вызванной нейротоксинами;
е) уменьшает церебральный отек и восстанавливает ионный баланс после травмы;
ж) способствует регенерации зрительного нерва после перерезки.
С другой стороны, введение антител к GM] вызывает у развивающихся животных нарушение дендритной арборизации и поведения, ухудшение обучаемости, появление эпилептиформ-ной активности.
Моносиалоганглиозид GM1 хорошо внедряется в мембраны, причем особенно хорошо встраивается молекула GMI, имеющая в своем составе С 2о-эритросфингозин. Возможно, это объясняется его более высокой способностью к мицеллообразованию. Он образует дископодобные мицеллы с М^ЗОО кД, имеющие гидродинамический диаметр около 60 нм.
Интересно, что мицеллы из моносиалоганглиозида GMI по-тенциируют действие ионофора грамицидина D. Ганглиозид-ные мицеллы с заключенными в них молекулами грамицидина включаются в модельную мембрану из фосфатидилсерина и изменяют ее проводимость для ионов калия. После добавления мицелл с ионофором увеличивается время открытия ионных каналов и изменяется их амплитуда.
■ Таким образом, ганглиозидные мицеллы могут участвовать в ионтранспортном процессе в мембране, «маркируя» входы в селективные ионные каналы,
О механизмах и функциональной последовательности действия ганглиозидов известно мало. Встраивание экзогенных ганглиозидов, приводящее к перестройке мембранных ансамблей, изменяет ряд внутриклеточных процессов. Вызванная ганглиозидами дифференциация сопровождается изменением активности Na5K-ATOa3bi, увеличением внутриклеточного уровня цАМФ, уменьшением включения меченого тимидина в ДНК и значительным удлинением фазы G(клеточного цикла. Внедрение ганглиозидов вызывает немедленную перестройку мик-рофиламентной и микротубулиновой системы клеток.
Включение в мембрану экзогенных ганглиозидов усиливает аксональный ток гликозилированных белков и липидов, увеличивает количество гликопротеинов с терминальной манно-зой. Внедрение моносиалоганглиозида GM1 увеличивает в мембране количество эндогенных моносиалоганглиозидов и изменяет активность гликозилтрансфераз: усиливается активность эктофукозилтрансферазы при неизменности активностей сиалил-и галактозилтрансфераз. Внедрение в мембрану трисиалоганг-лиозида GTlb вызывает противоположный эффект.
Недавно выявлено влияние индивидуальных ганглиозидов на фосфорилирование гистона Hj и тубулина, причем в отношении фосфорилирования гистона были особенно эффективны GOJb>GDl* >GTia>GD3> а тубулина – Gxlb > GTla > GQlb> GDla. Показано, что тетрасиалоганглиозид Gglb проявляет зависимое от концентрации влияние на активность Са+– фос-фолипид-, Са +-кальмодулин-, цАМФ- и цГМФ-активируемых протеиякиназ
8.6 Межклеточное гликозирование ганглиозидов
Своеобразный процесс межклеточного гликозилирования поверхностных гликолипидов и гликопротеинов осуществляется ферментами мембран. Полагают, что гликозилтрансферазы одной клеточной поверхности удлиняют, надстраивают олигосахаридные цепочки гликолипидов и гликопротеинов соседней, противоположной поверхности. Важная регу-ляторная роль в этом процессе принадлежит ионам кальция. Са*+ препятствует образованию субстрат-ферментного комплекса между ганглиозидами и гликозилгрансферазами, а вытеснение его другими ионами способствует межклеточному гликозилированию.
Контактное гликозилирование, как предполагаемый механизм модификации клеточной поверхности в нейрональных мембранах, может быть особенно значимым в образовании синапсов. Вероятно, при этом происходит некая «подгонка» контактирующих мембран.