Щитовидная железа. Фундаментальные аспекты. Кубарко А.И.. Фундаментальные аспекты щитовиднаяжелезафундаментальные аспекты
 Скачать 21.52 Mb.
|
|
Чувствительные к действию тиреоидных гормонов элементы. Способность рецепторов тиреоидных гормонов регулировать экспрессию генов, по крайней мере, частично зависит от присутствия в промоторе гена-мишени специфического элемента, чувствительного к действию гормона. Этот элемент представляет собой последовательность ДНК, взаимодействие рецептора с которой оказывает положительное или отрицательное влияние на транскрипционную активность гена. Регуляторные участки чаще всего располагаются недалеко от места начала транскрипции в промоторном участке гена, но иногда обнаруживаются также в 3'-нетранслируемом, или интронном участке. Действие регуляторных участков основано на распознавании и предоставлении мест для связывания специфических трансактивирующих факторов, которые в результате стимулируют или угнетают транскрипцию определенного гена. В настоящее время описаны чувствительные к действию тиреоидных гормонов элементы промоторов следующих генов гормона роста, тяжелой цепи миозина, α- и субъединиц тиротропного гормона, Са ++ -зависимой АТФазы саркоплазматического ретикулума, малатдегидрогеназы, основного белка миелина. В результате сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей различных элементов была установлена характерная смысловая последовательность представленная на рис. 5.11. Наиболее изученным является чувствительный элемент промотора гена гормона роста, который располагается в области и представлен тремя полуповторами, локализованными между (-190) и (-164) нуклеотидами. Присутствие всех трех участков необходимо для регулируемого ответа промотора на действие тиреоидных гормонов. Сходные участки обнаружены в промоторе гена тяжелой цепи α- миозина. Интересно отметить тот факт, что чувствительные к действию эстрогенов элементы содержат идентичные смысловые места Механизмы действия тиреоидных гормонов 147 (полуповторы) связывания, но различаются во вставочных последовательностях палиндромных последовательностей (рис. Не исключена, таким образом, возможность связывания рецепторов тиреоидных гормонов с чувствительными к действию эстрогенов элементами без последующей трансактивации. Последнее означает, что связывание ДНК является необходимым, но недостаточным условием для трансактивации сопряженных генов. Более того, подобное конкурентное взаимодействие на рецепторном уровне может ингибировать эстроген-зависимую трансактивацию. Показано также взаимодействие рецепторов тиреоидных гормонов с элементами, чувствительными к действию ретиноевой кислоты и наоборот. Интересен также обнаруженный факт взаимодействия рецептора тиреоидных гормонов с рецептором ретиноевой кислоты, которое приводит к формированию гетеродимера с отличным регуляторным потенциалом в сравнении с мономерной формой рецепторов. Функция рецепторов тиреоидных гормонов Позитивной регуляцией гена называется последовательность событий, сопровождающая специфическое связывание лиганд-рецепторного комплекса чувствительным элементом промотора, в результате которого возрастает транскрипционная активность гена и продукция мРНК. По обратной аналогии, результатом негативной регуляции является угнетение транскрипционной активности и снижение образования мРНК. Среди ядерных рецепторов клеток тканей крыс доминируют α1, и β2 формы рецепторов тиреоидных гормонов. Их главные эффекты заключаются в трансактивации гена гормона роста и тяжелой цепи миозина. Показан также эффект негативной регуляции ими активности гена α-гликопротеина человека при котрансфекции. Одним из спорных вопросов остается роль множественных рецепторов тиреоидных гормонов в клетках чувствительных тканей. Результаты ограниченного числа исследований позволяют предполагать дифференциальную регуляцию активности генов-мишеней в зависимости от тканевой специфичности и распределения рецепторов. Исследования с использованием трансфекции c-erbAα2 рецепторов крысы в клетки культивируемых тканей человека позволили выявить возможную роль этого рецептора как негативного регулятора действия тиреоидных гормонов. Эти данные согласуются также с сообщениями о занятии продуктом альтернативного сплайсинга c-erbAα2 места связывания формы без развития трансактивации. Известно также, что c-erbAα2 обладает меньшей, в сравнении си формами рецепторов, что может быть связано с нарушением аллостерических Механизмы действия тиреоидных гормонов эффектов С-терминального участка измененного рецептора. В основе негативной регуляции c-erbAα2, возможно, лежит формирование неактивного гетеродимерного комплекса и конкуренция за места связывания с ДНК. Важным является также и то, что v-erbA реализует свое действие по сходному пути, нос меньшей аффинностью к нуклеотидной последовательности. Негативная регуляция активности генов, чувствительных к тиреоидным гормонам, осуществляется также свободным нативным рецептором, то есть в отсутствие лиганда. Связывание трийодтиронина в активном центре рецептора в этом случае освобождает чувствительный элемент из-под ингибирующего влияния вследствие вызванных конформационных изменений молекулы рецептора. Выраженность этих эффектов в высокой степени зависит от силы взаимодействия лиганда и рецептора, а также рецептора и элемента ДНК. Таким образом, существенным отличием ядерных рецепторов тиреоидных гормонов как лиганд-зависимых транскрипционных факторов является их относительная зависимость и внутренняя регуляторная активность. Рис. 5.12. Тканеспецифическая активность рецепторов тиреоидных гормонов и регуляция тиреоидными гормонами содержания мРНК, кодирующих синтез ядерных рецепторов. β2-изоформа представлена, а β1-изоформа стимулируется под действием трийодтиронина только в гипофизе Аддитивное действие агонистов Взаимодействие рецепторов тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты приводит к гетеродимеризации исходных мономеров и дивергенции регуляторных влияний, которая определяется затрагиваемым чувствительным элементом и клеточным типом. Рецепторы тиреоидных гормонов могут потенцировать действие ретиноевой кислоты через палиндромную последовательность своих чувствительных элементов, однако выступают в роли антагонистов при корегуляции транскрипционной активности промотора гена тяжелой Механизмы действия тиреоидных гормонов 149 цепи миозина. Вовлечение гетеродимеризации рецептора в регуляцию генов, отвечающих на действие тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты, обладает значительной аналогией с взаимодействиями c-Fos и c-Jun транскрипционных факторов. Рис. 5.13. Стабилизация под действием стероидных гормонов пре- инициаторного комплекса в первую стадию транскрипции. Стероидные гормоны могут также увеличивать скорость образования пре- инициаторного комплекса. Рис. 5.14. Гипотетическая модель регуляции транскрипционной активности ядерными рецепторами. Показано взаимодействие целого ряда коактиваторов, формирующих комплекс с активными рецепторами и транскрипционными факторами Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.15. Транскрипционная коактивация и корепрессия. Рецепторы стероидных гормонов, например, прогестерона, содержат репрессорный домен, который связывается с корепрессором при активации рецептора анатагонистом (RU486). В зависимости от лиганда, связанного с рецептором, трансформация рецептора может формировать коактиватор либо корепрессор, соответственно положительно или негативно регулирующих транскрипцию. Некоторые молекулярно-генетические мишени Гормон роста Синтез и секреция гормона роста чрезвычайно чувствительны к действию тиреоидных гормонов. Так, у гипотиреоидных крыс содержание мРНК, транскрибируемой с этого гена, в гипофизе и сыворотке очень низкие. В культуре клеток гипофиза тиреоидные гормоны также вызывают увеличение скорости транскрипции гена гормона роста. Индукция трийодтиронином экспрессии гена гормона роста хорошо коррелирует со связыванием ядерного рецептора со специфическим чувствительным элементом промотора. Очевидно, что трийодтиронин, реализуя свое действие через ядерные рецепторы, действует не изолированно, а скорее всего как составная часть сложного комплекса взаимодействующих факторов. Контроль транскрипционной активности гена гормона роста у человека не так ясени однозначен. Уровень соответствующей мРНК у больных может быть в норме. nTRE Трийодтиронин вызывает не только активацию экспрессии генов, но и зависимое от действия тиреоидных гормонов подавление транскрипционной активности. Это было установлено по влияния тиреоидного статуса на уровень мРНК в печени крыс. Оказалось, что в случаев гены печени отрицательно регулировались действием Т. Тем самым показано, что водной и той же ткани и даже возможно водном и том же типе клеток тиреоидные гормоны способны регулировать клеточные процессы в противоположных направлениях Механизмы действия тиреоидных гормонов 151 Гены сердечной и скелетных мышц Тяжелая цепь миозина кодируется тесно связанным семейством генов. Активность всех членов этого семейства может регулироваться тиреоидными гормонами и один и тот же ген тяжелой цепи миозина может регулироваться в противоположном направлении в зависимости от ткани, в которой он экспрессирован. В сердце экспрессируются две изоформы миозина, тяжелая цепь миозина альфа и бета. Экспрессия этих генов в миокарде желудочков регулируется тиреоидными гормонами. Лечение тиреоидными гормонами увеличивает отношение альфа/бета, хотя у гипотиреоидных крыс бета- миозин может представлять более 90% от общего миозина. Тот факт, что тиреоидные гормоны увеличивают нагрузочную работу сердца является возможно, не следствием экспрессии гена тяжелой цепи миозина, а лишь результатом состояния гипердинамики. В тоже время, уровень мРНК альфа-миозина был ниже у пациентов с глубокой кардиомиопатией и дилятацией сердца при гипотиреоидизме. Этот уровень возвращался к нормальному, когда пациенты лечились тиреоидными гормонами. Са ++ АТФаза саркоплазматического ретикулума Функции сердца, включая скорость сокращения и время диастолического расслабления, значительно изменяются под действием тиреоидных гормонов и зависят от тиреоидного статуса. Эти изменения обусловлены соотношением изоформ тяжелой цепи миозина, а скорость релаксации зависит от скорости возврата цитоплазматического Са ++ в саркоплазматический ретикулум. Последнее обеспечивается изоформой Са ++ -АТФазы (SERCA). Ген SERCA-2 экспрессируется главным образом в медленно сокращающихся скелетных и сердечной мышцах и намного в меньшей степени в гладких миоцитах. SERCA-1 экспрессируется почти исключительно в быстро сокращающихся скелетных мышцах. Возврат кальция в саркоплазматической ретикулум и Са ++ -зависимый гидролиз АТФ увеличены при гипертиреоидизме и снижены при гипотиреоидизме животных. Уровень мРНК SERCA-2, также, как и Са ++ -АТФазы зависим от действия тиреоидных гормонов посредством регуляции механизма транскрипции. Ответ этого гена на гормональную заместительную терапию у гипотиреоидных животных является относительно быстрым начало через часа и возврат к норме (до введения) через 5 часов прирост уровня мРНК в три и более раз. Это прямое влияние гормона на транскрипционную активность гена. Общий уровень РНК не изменяется под действием тиреоидных гормонов в пересаженном сердце, но SERCA 2 мРНК увеличивается в сердце хозяина, Гены мозга Отсутствие стимулирующего эффекта тиреоидных гормонов на поглощение кислорода клетками взрослого мозга привело к широко распространенному мнению, что эта ткань может быть вовсе нечувствительна к действию тиреоидных гормонов. Однако то, что во взрослом мозге содержатся специфические ядерные рецепторы Механизмы действия тиреоидных гормонов тиреоидных гормонов, вместе со множественными физиологическими и клиническими наблюдениями изменений функций мозга при изменении функции щитовидной железы стимулирует попытки пересмотра этого заключения. Тем не менее, до настоящего времени не было успешных исследований в идентификации генов во взрослом мозге непосредственно регулируемых тиреоидными гормонами. В противоположность этому, важность тиреоидных гормонов в развитии мозга широко определена в нескольких исследованиях. Изменения в ответе нескольких специфических белков мозга на действие тиреоидных гормонов хорошо документированы. Однако, точные молекулярные механизмы посредством которых Т регулирует экспрессию генов мишеней в развивающемся мозге остаются неясными. У гипотиреоидных крыс типичным результатом является дефицит миелинизации. Ген, кодирующий основной белок миелина, имеет в структуре своего промотора гормон-чувствительный элемент. Этот участок, расположенный со 163 по 168 нуклеотид от стартового места транскрипции, представляет собой инвертированную последовательность с шестью нуклеотидами, разделяющими места связывания. Тиреоидные гормоны стимулируют дифференцировку ткани мозжечка у новорожденных крыс. Среди других изменений, гипотиреоидизм в течение первых х недель неонатальной жизни, приводит к значительному уменьшению арборизации клеток Пуркинье, что предполагает существование чувствительных к действию тиреоидных гормонов генов в этих клетках. Олигодендроциты - клетки, ответственные за синтез миелина, и клетки Пуркинье обнаруживают экспрессию генов β 1 -изоформ рецепторов тиреоидных гормонов в иммуногистохимических исследованиях. Как обсуждалось ранее, резкое возрастание в мозге содержания β 1 - изоформ рецепторов возникает в тоже самое время, когда увеличивается уровень трийодтиронина в мозге у новорожденных крыс. Это поддерживает предположение, что связывание тиреоидных гормонов с β 1 - изоформой рецепторов может играть важную роль в структурных изменениях, индуцируемых Т в развивающемся мозге. Таким образом, очевидно, есть три последовательные стадии в ответе генов мозга на действие тиреоидных гормонов в течение первых дней после рождения. В течение первого периода наблюдается отставание в формировании чувствительности к действию тиреоидных гормонов. В течение го периода, вероятно между 4 и 20 днями постнатального развития, уровень мРНК генов-мишеней быстро возрастает до значения плато. В течение третьего периода, вероятно при полной экспрессии генов наблюдается относительная независимость уровня транскрипционной активности от концентрации тиреоидных гормонов в крови ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ НА ПРОЦЕССЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Влияние на метаболизм липидов Использование клеткой липидов в качестве питательных веществ при их катаболическом окислении требует больших затрат кислорода, чем при окислении белков или углеводов, так как по сравнению с молекулами белков и углеводов атомы углерода в молекулах липидов находятся в более восстановленной форме. В тоже время, липиды являются одной из самых энергоемких форм запасания энергии в жировых депо в виде триацилглицеролов. Их образование и гидролитическое расщепление находятся главным образом под прямым контролем инсулина (липогенез) и катехоламинов (липолиз). Тиреоидные гормоны стимулируют как липолиз, таки липогенез. Они также оказывают влияние как на анаболические, таки на катаболические звенья обмена простых и сложных липидов. Жирные кислоты При повышении уровня тиреоидных гормонов увеличивается скорость синтеза и окисления жирных кислот, скорость липолиза триацилглицеролов жировой ткани и выход в плазму крови свободных жирных кислот. Известно, что усиление липолиза триацилглицеролов у человека является одной из срочных неспецифических реакций при различных видах стресса и является результатом активации катехоламинами в жировой клетке ферментов аденилатциклазы и гормончувствительной липазы. Интенсивность липолитического ответа жировых клеток на действие катехоламинов значительно увеличивается при гипертиреоидных состояниях у человека или при введении тиреоидных гормонов. Введение животным Т сопровождается последовательной сменой процессов липогенеза на липолиз, остающийся основным источником неэстерифицированных жирных кислот в организме по сравнению сих синтезом de novo, который также стимулируется тиреоидными гормонами. На синтез жирных кислот расходуется около 3-4% энергии от ее общих затратна метаболические процессы, которые могут быть рассчитаны по общему повышению потребления кислорода. Тиреоидные гормоны стимулируют в основном синтез длинноцепочечных жирных кислот в печени. Уровни липогенеза в печени при гипо- и гипертиреоидизме могут различаться враз, нов тканях сердца и почек тиреоидные гормоны обладают меньшим липогенным действием. Синтез жирных кислот понижен как при гипо-, так и при гипертиреоидизме в забрюшинной и эпидидимальной белой жировой ткани. Липогенез в бурой жировой ткани обратно пропорционален уровню тиреоидных гормонов. У гипотиреоидных животных липогенез усилен в Влияние на процессы обмена веществ и энергии коже, костях, мышцах, хотя при гипертиреоидизме около половины жирных кислот синтезируется в печени. Чем обусловлена тканевая специфичность влияния тиреоидных гормонов на синтез жирных кислот и липогенез, остается неизвестным, а загадочность этого влияния становится еще большей с учетом того факта, что и химический состав жирных кислот (степень ненасыщенности, длина углеводородной цепи) сложных липидов различен в различных областях жировых депо тела человека. Например, жирные кислоты в составе жиров подкожно- жировой клетчатки (внешней поверхности тела) содержат большее количество двойных связей, чем жирные кислоты жиров брюшной полости. По-видимому, тиреоидные гормоны независимыми и параллельными путями стимулируют экспрессию тех генов, которые имеют отношение к ферментам, контролирующим липогенез, липолиз и использование липидов в качестве энергоисточника. Это касается синтеза и активации ферментов малатдегидрогеназы, глюкозо-6- фосфатдегидрогеназы и синтазы жирных кислот. Так, Т регулирует липогенез, повышая уровень мРНК ацетил-КоА-карбоксилазы и синтазы жирных кислот в печении бурой жировой ткани. Экспрессия генов этих ферментов модулируется также поступлением большого количества углеводов с пищей, повышенной продукцией инсулина и цАМФ. Стимулирующее воздействие тиреоидных гормонов на синтез жирных кислот в печении в жировой ткани, наряду с увеличением под действием гормонов скорости реэстерификации жирных кислот (в цикле триацилглицеролы —> жирные кислоты + глицерол), может вносить существенный вклад в повышение скорости поглощения кислорода. Понижение уровня тиреоидных гормонов при гипотиреоидных состояниях ведет к снижению скорости синтеза жирных кислот в печении подкожно-жировой клетчатке по сравнению со скоростью этого синтеза при эутиреоидных состояниях. В результате понижения чувствительности адипоцитов к действию катехоламинов и других веществ липолитического действия, при гипотиреоидизме снижается скорость липолиза. Концентрация свободных жирных кислот в плазме крови остается нормальной или несколько пониженной. Липолитическое действие тиреоидных гормонов зависит от уровня инсулина в крови. При нормальном уровне инсулина в крови тироксин первоначально не ведет к усилению липолиза, так как инсулин обеспечивает достаточное для удовлетворения энергетических потребностей количество мобилизуемой глюкозы. Нов последующем тиреоидные гормоны уже на фоне гипергликемии и повышенного уровня окисления глюкозы могут вызывать усиление липолиза. |