ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ЛИГАНДОВ РЕЦЕПТОРОВ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ

Аннотация:

В обзорной статье приведены современные представления о глюкокортикоидных гормонах. Особое внимание уделено их молекулярным механизмам действия. Отмечена важность изучения новых соединений группы селективных модуляторов глюкокортикоидных рецепторов. Ключевые слова: глюкокортикоиды; рецепторы; SEGRM; экспрессия генов. Глюкокортикоидные гормоны и их производные являются важными лекарственными средствами (ЛC), которые широко используются в разных областях клинической практики уже более 60 лет. Это связано с широким спектром фармакологических эффектов глюкокортикоидов (ГК), который включает в себя противовоспалительный, противоаллергический и иммунодепрессивный эффекты, противошоковое и антитоксическое действие. Однако ограничением к их применению служат часто встречающиеся и разнообразные побочные эффекты: остеопороз, сахарный диабет, синдром Кушинга, глаукома, мышечная атрофия и другие. В связи с этим до настоящего времени актуальной задачей фармакологии остается поиск новых гормональных препаратов на основе ГК, а также изучение свойств, механизмов развития их эффектов и повышение переносимости данной группы ЛC. ГК в организме человека и механизмы их действия ГК играют важную роль в регуляции различных физиологических процессов, в том числе эмбрионального развития, ростовых процессов, контроле репродуктивной функции, метаболизме белков, жиров и углеводов, реакциях на стресс, болевую чувствительность, деятельности ЦНС, формировании иммунных реакций, разрешении воспаления и восстановлении гомеостаза. Эти эффекты могут варьировать от дозы, времени суток, клеток-мишеней и других факторов. Недостаток или избыток ГК способен вызвать серьезные негативные последствия для организма. У человека основным ГК является кортизол, синтезируемый в коре надпочечников. Он выделяется в системный кровоток при активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в ответ на такие физические и психические стрессовые факторы, как страх, циркадианные и ультрадианные ритмы, воспалительные реакции, повреждения нервной ткани и другие. Перечисленные причины запускают синтез кортикотропин-релизинг гормона в паравентрикулярном ядре гипоталамуса. Этот гормон стимулирует выделение в кровь адренокортикотропного гормона (АКТГ), который, в свою очередь, способствует секреции ГК в кровеносное русло ГК. Контроль за уровнем кортизола осуществляется за счет отрицательной обратной связи через различные пути гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, которая отражена на рис. 1. При попадании в кровь ГК связываются с различными белками, главным образом, транскортином. При достижении клеток-мишеней ГК с помощью мембранных рецепторов/транспортеров проникают внутрь клетки. Биодоступность эндогенных лигандов на клеточном уровне регулируется с помощью семейства ферментов — 11бета-гидроксистероиддегидрогеназ. Затем ГК связываются с их внутриклеточными ГК рецепторами (ГК-Р). Внутриклеточные ГК-Р (GR) относятся к так называемым ядерным подсемействам 3, группы С типа 1(NR3C1), которые функционируют как гормон-зависимые транскрипционные факторы, положительно или отрицательно регулирующие экспрессию различных ГК-зависимых генов. Ядерные ГК-Р представляют собой модульные белки, имеющие несколько доменов (рис. 2). 1) Функциональный домен, который называют аминотерминальной А/В или иммуногенной областью, или N-терминальным доменом (NTD). Он имеет в своем составе лиганд-независимый основной трансактивационный домен (AF-1), необходимый для взаимодействия Р с молекулами, играющими важную роль в инициации транскрипции коактиваторами, модуляторами хроматина, и различных факторов транскрипции — РНК-полимеразы II, ТАТА-связывающего белка и других. 2) Структурный домен, включающий ДНК-связывающий домен (DNA-bindingdomain, DBD), шарнирный участок (hingeregion, HR) и лиганд-связывающий домен (ligand-bindingdomain, LBD). ДНК-связывающий домен — самая высококонсервативная часть семейства стероидных рецепторов — содержит 2 цинковых "пальца", с помощью которых связывается со специфическими последовательностями ДНК — ГК-реа-гирующими элементами (glucocorticoid-response elements, GREs) промоторной области генов-мишеней. Шарнирный участок представляет собой гибкую область между ДНК- и лиганд-связующими доменами, его основная роль — участие в димеризации ГК-Р и способствование связыванию получившихся димеров с несколькими ГК-реагирующими элементами. Лиганд-связывающий домен ответственен за связывание с ГК, а также содержит второй лиганд-зависимый трансактивационный домен (AF-2), необходимый для димеризации, ядерной транслокации, связывания с белками теплового шока и взаимодействия с коактиваторами. У человека идентифицированы 2 основные изоформы ядерных ГК-Р — а- и бета-, являющиеся следствием альтернативного сплайсинга первичного транскрипта ГК-Р (рис. 2). Классический рецептор ГК — GRa — представлен практически во всех типах клеток. GR(3 — второй по встречаемости подтип глюкокортикоидного рецептора (ГР), отличается сниженной способностью связывать ГК и взаимодействовать с ДНК. Ему в настоящее время отводится ключевая роль в развитии толерантности к глюкокортикоидной терапии. Изменения в структуре рецептора вследствие мутации могут привести к изменению чувствительности клеток к ГК. Так, в мутантных клетках лимфомы мышей обнаружены глюкокортикоидные S49 рецепторы, которые, хотя и связывают стероид и взаимодействуют с хроматином, но не индуцируют ранние изменения в структуре хроматина и развитие цитотоксического эффекта стероида. ГР, по международной классификации NR3C1, также встречается под названиями GCCR, GCR, GRL. Содержит 777 аминокислотных остатка, ген у человека локализован в хромосоме 5q31 - q321. В виде гомодимера, гетеродимера связывается с ГЧЭ (GGTACANNNTGTTCT палиндром). Молекула рецептора физически и функционально связана с белками HSP90, API, NF-кВ (трансактивация), HMGD, 14-З-Зс (клеточная локализация, трансактивация), Hsp90, Hsp 50 и Hsp70 (шапероны), белком р23 и иммунофилинами FKBP51, FKBP52. Показано, что иммунофилин FKBP51 участвует в регуляции транслокации сигнала ГК, тогда как FKBP52 является его конкурентным ингибитором. Нарушение баланса между этими белками может привести к гиперчувствительности или резистентности по отношению к ГК. Белки теплового шока, особенно HSP90, способствуют поддержанию оптимальной конформации гормон-связывающего домена, и, кроме того, в дополнение к иммунофилинам белки HSP90 и HSP70 играют важную роль в формировании чувствительности тканей к ГК. Агонисты — дексаметазон (1-8 пМ), триамцинолона ацетонид (6 пМ), преднизолон (15 пМ), триамцинолон (20 пМ), кортизол (10-50пМ), кортикостерон (60 пМ), дезоксикортикостерон (70 пМ) [1С50]. Антагонист — RU-486 (0,4 пМ) [Kd]. Коактиваторы — CREBBP, NCOA2, MTI-II, NCOA6, PPARBP. Корепрессор — BAG1. Основные гены-мишени активации — РЕРСК-С, МКР-1, Lipocortin-1. Гены-мишени репрессии — РЕРСК-С {Hs}, IL-8, TNF-a. Гены а- и бета-ГК-Р содержат одинаковые экзоны 1 — 8, но отличаются по экзону 9. При связывании лиганда альфа-форма образует гомодимеры и в таком виде связывается с ГЧЭ. Гормонрецепторный комплекс регулирует экспрессию генов, связываясь с ДНК не только в виде монодимеров, но и гетеродимеров. Последние, специфически взаимодействуя с ДНК, могут вызывать эффекты, которые отличаются от эффектов, возникающих при взаимодействии с хроматином монодимерных комплексов ГК-Р. Бета-Изоформа ГК-Р образуется в результате альтернативного сплайсинга прематричной РНК. Она не связывает ГК и не вызывает изменений в транскрипции, но может ингибировать функцию a-субъединицы ГК-Р. а-ГК-Р локализуется преимущественно в ядре клеток (показано иммуноцитохимически) даже в отсутствие лиганда. В некоторых клетках было определено соотношение мРНК для а- и бета-типов ГК-Р: в лёгких, печени, мононуклеарах, гипофизе, эндотелии дыхательных путей оно составило 300:1, 500:1, 600:1, (30 - 40):1 и 3:1 соответственно. В отсутствие гормона глобула рецепторной молекулы практически полностью покрыта вспомогательными белками, открытой остается только лиганд-связывающий домен. После связывания ГК-Р с лигандом происходит внутримолекулярная конформационная перестройка, которая вызывает диссоциацию части вспомогательных молекул, и демаскированием других доменов. Это позволяет комплексу гормон — рецептор взаимодействовать с другими цитозольными белками или, как происходит в большинстве случаев, переместиться в ядро клетки за счет освобожденной ядерной локализационной последовательности в молекуле рецептора (nuclear localization domain). При этом происходят конформационные изменения, делая его чувствительным к посттрансляционным модификациям — фосфорилированию, ацетилированию, убиквитинированию и сумоилированию. Эти изменения структуры рецептора влияют на его способность взаимодействовать с ДНК и дальнейшую транскрипцию. Например, фосфорилирование ядерного ГК-Р является универсальным механизмом для модуляции и интеграции различных функций Р. Так несколько участков фосфорилирования могут определять обороты и внутриклеточное перемещение Р, специфичность целевого промотора, взаимодействие с кофакторами, силу и длительность сигналов, а также стабильность самого Р. Убиквитинирование отвечает за транскрипционную активность и подвижность Р внутри ядра, а ацетилирование/деацетилирование — за способность ингибировать транскрипционный фактор NF-кВ, снижение взаимодействия между рецептором и ГК-реагирующим элементом ДНК, и обеспечивает основу для циркадного ритма. Сумоилирование играет важную роль в поддержании стабильности ядерного ГК-Р и его транскрипционной активации. После модификаций гормон-Р комплекса происходит их димеризация с формированием гомо- и гетеродимеров и траслокация в ядро клетки. Этот транспорт через мембрану ядра является двунаправленным и регулируется белками, которые выступают в качестве цитоплазматических "якорей" (anchors) — молекулярные шапероны, динеин и 14-3-3 белки. Также было показано, что неспособность проникнуть гормон-Р комплексу в ядро клеток-мишеней может быть причиной устойчивости тканей к ГК или ГК-зависи-мой бронхиальной астмы. Далее гормон-рецепторные комплексы связываются с ДНК на палиндромных сайтах ГК-реагирующих элементов (GRE). Существует несколько типов таких сайтов — простые (+GRE), отрицательные (nGRE), составные (cGRE) и конкурентные (tGRE). Не стоит забывать о том, что ГК-реагирующий элемент ответственен не только за связывание с ГК-Р, но и с минералкортикоидными, прогестероновыми и андрогенными ядерными Р, из-за чего этот участок некоторые авторы называют гормональными элементами реагирования. Но даже без димеризации мономер комплекса ГК-Р способен связываться с ДНК вместе с другими транскрипционными факторами, увеличивая экспрессию генов, или, физически взаимодействуя с NF-кВ, АР-1, р53, STATs, IRF-3, CREB и не взаимодействуя с ДНК, ингибировать эти факторы транскрипции. После связывания ядерного ГК-Р с ГК-реагирующими элементами с помощью коактиваторов происходит формирование мостика между Р и комплексом инициации транскрипции (transcription initiation complex), что облегчает передачу сигнала на РНК-полимеразу II. Обычно эти коактиваторы разделяют на несколько групп: 1) р300 и цАМФ-связывающий белок (cAMP-binding protein, СВР), который также участвует как макромолекулярная "платформа" для других факторов транскрипции: ядерных Р, CREB, АР-1, NF-kB, STATs и других; 2) р300/СВР-ассоциированный фактор (p/CAF); 3) семейство коактиваторов р160. Представленные коактиваторы обладают гистонацетил-трансферазной активностью, которая способствует деконденсации хроматина и позволяет РНК-полимеразе II запустить и поддерживать транскрипцию. Поскольку регуляция транскрипции гормон-рецепторным комплексом может осуществляться в 2 направлениях — в виде стимуляции и торможения — необходимо разобрать механизмы их возникновения (рис. 3). Для стимуляции экспрессии генов могут использоваться 3 механизма: 1) взаимодействие Р с транскрипционными факторами без прямого взаимодействия с ДНК; 2) формирование рецепторных димеров и связывание с ГК-реагирующими элементами ДНК, этот процесс также называют трансактивацией; 3) связывание рецептора-мономера с ДНК вместе с другим транскрипционным фактором. Для ингибирования экспрессии генов-мишеней возможно 4 варианта: 1) связывание с отрицательными ГК-реагирующими элементами ДНК; 2) связывание активированных Р с другими факторами транскрипции, т.е. непрямое связывание с ГК-реагирующими элементами ДНК (в зарубежной литературе для описания подобного механизма трансрепрессии используют специальный термин "tethering"); 3) связывание Р с участком ДНК и передача сигнала на другой фактор транскрипции "по соседству"; 4) конкуренция ГК-Р с другим фактором транскрипции за один участок ДНК. Помимо геномных механизмов действия ГК, существуют также негеномные механизмы, которые в отличие от геномных, требуют меньшего времени для возникновения эффектов (несколько минут против часов), но недостаточно хорошо изучены. Они включают в себя непосредственное воздействие на клеточную мембрану клеток-мишеней и связывание с мембранными ГК-Р (mGR), что показано на мононуклеарах периферической крови и скелетной мышечной ткани. Кроме того, классические ядерные Р через взаимодействие с киназами (митоген-активируемой протеинкиназой (МАРК) или фосфатидилинозитол-3-киназой (PI3K)) или транслокацией в митохондрии могут индуцировать различные сигнальные каскады, следствием которых будет изменение концентрации Са2+, Na+, К+, а также увеличение продукции активных форм кислорода в митохондриях. Считают, что основные негеномные эффекты осуществляются через мембранные ГК-Р. Эти Р обнаружены в лейкоцитах и нейронах головного мозга, где регулируют быструю отрицательную обратную связь в гиппокампе и гипоталамусе в ответ на введение ГК. По сравнению с другими мембранными рецепторами стероидных гормонов (в частности, прогестерона и эстрадиола), мембранные ГК-Р наименее всего изучены. Согласно современным представлениям, модель мембранного ГК-Р представляет собой структуру, прикрепленную к встроенным в мембрану белковым молекулам, например, кавеолину. Существует гипотеза, что такой рецептор является продуктом гена NR3CI -цитозольного ГК-Р, по крайней мере, его первые 400 аминокислот. Показано, что мембранные ГК-Р участвуют в проапоптотической, иммунномодулирующей и метаболической регуляции в клетках-мишенях. Так, продемонстрировано, что мембранные ГК-Р способны действовать через киназы (МАРК, PI3K, РКА и РКС) и увеличивать количество нейроэстрогенов через увеличение количества и активности ароматазы в головном мозге человека, с помощью указанных ГК-Р развивается ГК-индуцированный апоптоз лимфоидной ткани через ингибирование белка метионин-аденозилтрансферазы II (MATII). Этот белок катализирует биосинтез S-аденозилметионина, который является основным донором метальных групп в клетках и необходим для активации и пролиферации лимфоцитов. Кроме этого, мембранные ГК-Р участвуют в осуществлении противовоспалительных эффектов, снижая количество простагландин Е-синтазы 3 (р23), которая, с одной стороны, необходима для оказания геномных эффектов (ядерной транслокации и трансактивации/трансрепрессии целевых генов), а, с другой стороны, для продукции простагландина Е2 (ПГЕ2) посредством влияния на названный выше ГК-Р ингибируют активность 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы 2 типа. Этот фермент снижает активность глутаматдегидрогеназы, которая контролирует высвобождение инсулина в клетках поджелудочной железы. mGR также способен модулировать активность белка RhoA из семейства гуанозиновых трифосфатов, играющих важную роль в адгезии, миграции и активации Т-клеток. Таким образом, ГК используют для реализации своих многочисленных эффектов как геномный, так и негеномный механизмы действия, которые преимущественно опосредуются ядерными и мембранными Р, соответственно. Новые агонисты ГК-Р Считают, что основные эффекты (противовоспалительные и иммуннодепрессивные) в основном связаны с механизмом трансрепрессии (когда мономер активированных ГК-Р блокирует транскрипцию провоспалительных генов), тогда как трансактивация — с возникновением таких метаболических побочных эффектов, как гипергликемия и миодистрофия. Однако это разделение достаточно условно, поскольку некоторые побочные эффекты также обусловлены трансрепрессией — например, остеопороз. Тем не менее это послужило причиной создания новых представителей лигандов ГК-Р, которые запускают процессы трансрепрессии без значимой трансактивации генов. Для обозначения этих соединений стали использовать термины "селективные агонисты глюкокортикоидных рецепторов" (selective glucocorticoid receptor agonists, SEGRAs), которые также называют диссоциированными лигандами, и "селективные модуляторы глюкокортикоидных рецепторов" (selective glucocorticoid receptor modulators, SEGRMs), а для описания этих 2 групп лигандов — аббревиатура SEGRAM. При этом в настоящее время термин SEGRMs чаще используется для обозначения нестероидных молекул, a SEGRAs — веществ стероидной структуры, например, RU 24858. Механизмы действия SEGRM до сих пор до конца не изучены, однако установлено, что все SEGRM (кроме PF-802) связываются с ГК-Р, и только CpdA и ZK 216346 вызывают частичную или полную ядерную транслокацию Р. В качестве гипотез для объяснения механизмов действия предложено 2 варианта: модуляция лиганд-связывающего домена ГК-Р или изменение конформации этих Р. Одним из первых описанных и доступных SEGRM стало соединение, названное Compound А (2-(4-ацетоксифенил)-2-хлор-М-метилэтил аммоний хлорид, CpdA) — стабильный синтетический аналог гидроксифенилазиридина, полученного из намибийского кустарника Salsola tuberculatiformis Botschantzev. Данное вещество является полностью диссоциированным агонистом ГК-Р, в отличие от многих других представителей SEGRM. Было продемонстрировано, что данное соединение способно изменять конформацию ГК-Р, препятствовать димеризации последних и, как следствие, — трансактивации. Имеются сведения о том, что CpdA снижает или вовсе прекращает деградацию связанных с ним ГК-Р. В экспериментах на моделях человеческих тканей, линиях мышей и крыс in vitro и in vivo была показана способность CpdA оказывать значительный противовоспалительный эффект при аллергических конъюнктивитах, ревматоидном артрите, бронхиальной астме и колите, а также тормозить рост и жизнеспособность опухолевых клеток при раке предстательной железы, лимфоме, лейкемии, миеломе и меланоме]. Противоопухолевый эффект CpdA может быть следствием проапоптотического эффекта через Вс1-2 и каспазозависимый путь, в отличие от типичных ГК, которые при определенных условиях через увеличение экспрессии генов антиапоптотических белков семейства Вс1-2 тормозят гибель опухолевых клеток. Положительными особенностями CpdA, по сравнению с классическими ГК, в данных исследованиях стало влияние на костную ткань — поддержание минеральной плотности костей и отсутствие действия на дифференцировку остеобластов, не изменяет уровень лептина и его Р; на эпителий кишечника — не ингибирует регенерацию ткани, на мышечную ткань — не стимулирует деградацию белка; кровеносная система — не индуцирует гипергликемию и гиперинсулинемию. Кроме того, CpdA не оказывает отрицательной обратной связи на синтез белков ГК-Р, в отличие от дексаметазона, т.е. он сохраняет противовоспалительный потенциал длительное время. Это также может быть связано с 2 механизмами: конформационным изменением структуры рецептора и невозможностью дальнейшего посттрансляционного убиквитинирования и фосфорилирования и, как следствие, снижение скорости разрушения рецепторов, а также неспособности измененного Р сформировать NCoRl-комплекс, который снижает экспрессию гена ГК-Р. Однако CpdA оказался достаточно лабильным и с более узким терапевтическим диапазоном, нежели классические ГК, из-за чего в настоящее время его используют только в исследовательских целях. Помимо CpdA были синтезированы еще несколько SEGRM, обладающих сходными эффектами: AL-438 (10-метокси-5-[2-пропенил]-2,5-дигидро-2,2,4-триме-тил-1Н-[1]-бензопирано[3,4:f]хинолин), мапракорат, фосдагрокорат, ZK 216348 (4-метил-1-оксо-1H-2,3-бензоксазин-6-ил)-4-(2,3-дигидробензофуран-7-ил)-2-гидрокси-2-(трифторметил)-4-метилпентанамид), LGD-5552 (2,5-дигидро-10-метокси-2,2,4-триметил-1H-(1)-бензопирано-[3,4-f]хинолин(52)-5-[(2-фтор-3-метил-фенил)-9-ол) и Org 214007-0((-)N-(2S,10S,14bS)]-N-(8-циано-1,2,3,4,10,146-гексагидро-10-метилдибензо-[с,f]пиридо[1,2-а ]азепин-2-ил)-4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоксамид). Некоторые из них в настоящее время проходят доклинические исследования, например, мапракорат (активно используемый при тяжелом аллергическом конъюнктивите), и являются перспективными соединениями для исследовательского и практического применения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Представленные данные свидетельствуют о том, что создание новых перспективных лигандов ГК-Р остается актуальной задачей современной фармакологии вследствие высокой востребованности последних в клинической практике. Появились такие соединения, как SEGRM, превосходящие по некоторым свойствам классические лиганды ГК-Р. Например, эти вещества относительно более длительное время не вызывают десенситизацию рецепторов, что позволяет применять их в течение более продолжительного времени. Кроме того, они вызывают менее значительный (как по количеству, так и по спектру) набор побочных эффектов, нежели классические ГК. Однако весь спектр побочных эффектов данной группы соединений до настоящего времени до конца не известен, как и многие другие фармакокинетические и фармакодинамические характеристики. Поэтому очевидна необходимость дальнейшего изучения механизмов действия модуляторов ГК-Р, их свойств, эффективности и безопасности, что, в свою очередь, позволит оказать положительное влияние на эффективность и переносимость терапии лигандами ГК-Р.

Авторы:

Издание: Экспериментальная и клиническая фармакология
Год издания: 2018
Объем: 6с.
Дополнительная информация: 2018.-N 6.-С.29-34. Библ. 23 назв.
Просмотров: 378