3.2.1 Интернализация и субклеточная локализация рецепторов к инсулину.
В последние годы пересмотрена ранее принятая схема действия инсулина, согласно которой он не проникает в клетку, а взаимодействует только с рецепторами на плазматической мембране. Эту схему дополняет этап проникновения инсулина внутрь клетки и взаимодействие его с внутриклеточными рецепторами ядра, лизосом, комплекса Гольджи и других органелл.
После связывания и кластерирования лигандов в покрытые окаймленные ямки начинается температурно- и, вероятно, энергозависимый процесс закрытия шейки этой ямки. Существенно, что слияния мембран в области шейки на этой стадии не происходит; в данном случае имеет место “скрытая форма окаймленных ямок”, которая характеризуется функциональной изоляцией. Следующая стадия – образование рецептосом, или эндосом. Считается, что при закрытии шейки активный транспорт ионов может вызывать повышение гидростатического давления внутри окаймленной ямки, которое заставляет ее удлиняться. В последующем рецептосома отрывается от окаймленной ямки и направляется либо в комплекс Гольджи, либо сливается с лизосомами. Вторичные лизосомы, образующиеся в результате этого слияния, содержат внутри мембраны, рецептор и ферменты родительских первичных лизосом.
В такой системе гормон может претепевать инактивацию и частичную деградацию (то же, по-видимому, относится и к рецептору) в автофагоцитирующей лизосоме. Вместе с тем гормон может претерпевать только частичную деградацию в функционально модифицированной лизосоме, называемой регуляторной. Затем гормон и его биологически активный фрагмент высвобождается из лизосомы и может теперь взаимодействовать с различными компонентами цитоплазмы или с ядром. Описанное явление получило название интернализация. Другими словами гормон может проникать в клетку и связываться с внутриклеточными рецепторами.
Электронномикроскопические исследования показали, что после связывания инсулина с рецептором клетки весь комплекс погружается в цитоплазму, достигает лизосом, где и разрушается. Период полураспада собственно рецептора составляет 7-12 ч, но в присутствии инсулина уменьшается до 2-3 ч. В лизосомах под влиянием протеолитических ферментов происходит диссоциация инсулинорецепторного комплекса, и рецептор возвращается к мембране клетки (функция шатла). Прежде чем рецептор подвергнется деградации, он успевает несколько раз переместиться от мембраны к лизосомам и обратно (рециклизация рецептора).
Концепция о захватывании пептидных гормонов, связанных со специфическими рецепторами, системой “покрытые углубления - лизосомы” хорошо известна. Во многих классических исследованиях показано, что эта система важна для транспорта питательных и чужеродных веществ внутрь клетки. Только эти процессы не связывали напрямую с инсулином. Хотя именно инсулин является главным и универсальным регулятором трансмембранного переноса.
Хорошо известно, что рецепторы к инсулину в наивысшей концентрации присутствуют на плазматических мембранах. Вместе с тем, выявлены рецепторы и на внутриклеточных органеллах - мембранах эндоплазматической сети и комплекса Гольджи. Интернализуется уже связанный с мембранами инсулин. Установлена специфическая и обратимая связь инсулина с изолированными ядрами и плазматическими мембранами клеток. Однако ядерные мембраны по сравнению с плазматическими содержали меньше белков, связывающих инсулин. После инкубации ядер с инсулином связанный с ядрами инсулин присутствует в основном на мембранах ядра. Обнаружено два класса рецепторов инсулина с низким и высоким сродством. Рецепторы в ядерных мембранах имели пониженное сродство к инсулину, чем его рецепторы плазматических мембран. Аутоантитела против инсулина от больных инсулиннезависимым сахарным диабетом угнетали связывание инсулина с ядерными мембранами, но в значительно меньшей степени, чем с плазматическими мембранами. В низких концентрациях (1пМ) инсулин стимулировал выход мРНК из ядер в бесклеточной системе и вызывал увеличение активности связанной с ядерными мембранами нуклеозидтрифосфатазы. Из этого факта следует, что инсулиновые рецепторы ядерных мембран наряду с его рецепторами плазматических мембран принимают участие в связывании гормона и в реализации его биологической активности.
Структуры Гольджи образованы сплющенными мешочками (вакуолями), содержащими секреторные гранулы, и анастамозами, которые взаимосвязаны с эндоплазматическим ретикулумом. В них протеины, предназначенные для секреции, конъюгируются с углеводными группами. Величина аппарата Гольджи связана с синтетической активностью клетки и обусловлена либо уровнем наружной секреции, например, в печени или поджелудочной железе, либо интенсивностью синтеза, необходимой для жизнедеятельности самой клетки, например, в нейронах. Аппарат Гольджи представляет собой субструктуру эндоплазматического ретикулума который ассоциирован с цитоплазматической мембраной. Вакуоли, секреторные гранулы, анастомозы являются модифицированным продолжением структур эндоплазматического ретикулума, и их выраженность обусловлена функциональной необходимостью биохимических процессов, которые направлены на сохранение целостности структуры клетки в целом, при этом следует учитывать необходимость связи внутриклеточной организации с внешней средой, которая барьерно обеспечивается цитоплазматической мембраной. Т.о. цитоплазматическая мембрана, эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи являются единой структурой клетки, но степень выраженности зависит от гомеостаза клетки в окружающей среде, и, следовательно, при патологических процессах это имеет большое значение. По видимому рецепторы перемещаются вместе с мембраной изнутри кнаружи как патроны в пулеметной ленте.
Ранее показано [Lopez S., Desbuquois B.,1983], что введение крысам глюкозы (300 мг) вызывает пятикратное увеличение уровня инсулина в плазме и последующее уменьшение его связывания с плазматическими мембранами печени на 20-25 %, но повышение его связывания с мембранами комплекса Гольджи на 50-70 %. Эти изменения максимальны через 5-15 минут и полностью исчезали через 1 час. Они были обусловлены увеличением числа инсулиновых рецепторов во фракции комплекса Гольджи и снижением их числа в плазматических мембранах. Следовательно, повышение концентрации инсулина в крови приводит к быстрой и обратимой транслокации инсулиновых рецепторов с поверхности клетки внутрь гепатоцитов без изменения их общего числа.