Ендокринологія клінічна та основи молекулярної біології: огляд.

Методи молекулярної біології та генної інженерії зробили революцію в дослідженнях структури і функцій клітин і дозволили розшифрувати основні механізми спадковості. Стрімке накопичення і осмислення даних про механізми біосинтезу макромолекул та їх ролі у фізіології клітини сприяло прогресу біохімії і експериментальної ендокринології. Успіхи в цих областях знань стали основою досягнень сучасної клінічної ендокринології.

Передача інформації. Вся генетична інформація соматичної клітини людини закодована 3 мільярдами пар нуклеотидів ДНК. Геном людини (тобто сукупність генів гаплоїдного набору хромосом) містить близько 100000 генів, розподілених між 23 хромосомами. Інформація переноситься з ДНК на мРНК в процесі транскрипції, що відбувається в ядрі; інформація від мРНК передається поліпептидного ланцюга в процесі трансляції в цитоплазмі (рис. 5.1). Подальші посттрансляційної модифікації поліпептидного ланцюга призводять до утворення зрілих, функціонально активних білків, таких, як пептидні гормони, рецептори гормонів, структурні білки клітинних мембран, білки цитоскелету.

Експресія гена. Кожний ген – це транскрипційних одиниця, що містить структурну та регуляторну області (рис. 5.2). Структурна область включає ділянки, що кодують послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі (екзонів), і некодуючі ділянки (інтрони). При транскрипції структурної області спочатку утворюється транскрипт РНК (попередник мРНК), що містить як екзонів, так і інтрони. Транскрипт РНК зазнає процесинг – ряд перетворень в ядрі: до 5′-кінця транскрипту приєднується 7-метілгуанозін-пірофосфат; до З’-кінця приєднується поліаденілатний “хвіст”; інтрони вищепляются, а екзонів стикуються один з одним і утворюють зрілу мРНК (останній процес називають сплайсингу). Зріла мРНК, яка надходить з ядра в цитоплазму, – це послідовність нуклеотидів, яка кодує унікальну поліпептидних ланцюг. Кодирующая послідовність мРНК обмежена нетрансліруемимі 3′-і 5′-послідовностями.

Поліпептид, який кодується мРНК, – це молекула-попередник, яка зазвичай піддається процесингу. Це регульований багатоетапний процес, що включає фосфорилювання або глікозилювання деяких амінокислот, а також протеолітичну вищепленіе певних ділянок поліпептидного ланцюга (наприклад, С-пептиду інсуліну). Процесинг завершується утворенням зрілого білка. Характерна властивість секретується білків (у тому числі пептидних гормонів) – присутність сигнального пептиду на N-кінці молекули попередника. Сигнальний пептид складається з 20-30 амінокислот, багато з яких гідрофобні; він необхідний для переносу попередника з цитозолі в ендоплазматичний ретикулум. У порожнині ЕПР сигнальний пептид відщеплюється, а молекула попередника піддається подальшим модифікаціям (наприклад, глікозилювання) і надходить в апарат Гольджі, де процесинг попередника завершується, зрілий білок упаковується в секреторні пухирці і виводиться в позаклітинний простір. Присутність різних молекул-попередників на різних етапах процесингу є найважливішою особливістю біосинтезу майже всіх білків. Фізіологічна роль попередників поки не з’ясована, хоча зрозуміло, що їх різноманіття створює передумови для мінливості зрілого білка. Інше джерело мінливості білка – перебудови генома. Зміна хоча б одного нуклеотиду в гені може порушити структуру або швидкість біосинтезу зрілого білка або його попередників. Тому найменші зміни ДНК можуть бути причиною спадкових ендокринних і метаболічних порушень.

Регуляція експресії гена. Нуклеотидних послідовність структурної області гена транскрибується тільки в присутності регуляторної області (рис. 5.2). Регуляторна область, розташована звичайно на 5′-кінці гена, контролює рівень експресії гена, тобто кількість його продукту – мРНК. Регуляторна область включає декілька структурно-функціональних компонентів, в тому числі – промотор і енхансери. Промотор складається з 100-150 нуклеотидів, починаючи від точки ініціації транскрипції в 5′-фланкуючий області, і містить кілька коротких нуклеотидних послідовностей – цис-елементів. Цис-елементи відповідають за зв’язування регуляторних білків, кодованих іншими генами (такі регуляторні білки називають транс-факторами). Першим цис-елементом є ТАТА-бокс – послідовність, багата тиміном і аденін. ТАТА-бокс розташований на відстані 25-35 нуклеотидів від точки ініціації транскрипції. Взаємодія ТАТА-зв’язуючого регуляторного білка з ТАТА-боксом служить сигналом для приєднання РНК-полімерази до промотора і для ініціації транскрипції. Другий цис-елемент промотора включає ЦААТ-бокс і ділянку Spl. Ці послідовності взаємодіють з різними транскрипційних факторів, контролюючими експресію гена. На різній відстані від промотора розташовані енхансери – нуклеотидні послідовності, що регулюють швидкість транскрипції. Деякі транс-фактори, зв’язуючись з енхансери, підсилюють або пригнічують транскрипцію. До числа таких транс-факторів відносяться активовані цитоплазматичні рецептори стероїдних і тиреоїдних гормонів, а також фосфорильовані або дефосфорілірованний білки-посередники, що утворюються при взаємодії гормонів з мембранними рецепторами. Регуляторні елементи геному визначають тканинну специфічність механізмів гормональної регуляції.

Методи генної інженерії дозволяють одержувати в промислових кількостях гормони людини: інсулін, СТГ, ЛГ, ФСГ, ТТГ і їх аналоги. Рекомбінантні гормони широко застосовуються в експериментальної і клінічної ендокринології.

Основні напрямки досліджень:

– Ідентифікація генів гормонів, генів рецепторів гормонів і генів інших молекул, що беруть участь в гормональній регуляції функцій організму.

– Вивчення механізмів передачі сигналів гормонів.

– Ідентифікація генетичних дефектів, що обумовлюють ендокринні хвороби.

– Виявлення молекулярно-генетичних маркерів схильності до ендокринних хвороб.

– Розробка методів прогнозування і ранньої діагностики ендокринних хвороб.

– Розробка нових методів лікування ендокринних хвороб (пошук блокаторів і стимуляторів секреції гормонів; генотерапія).

Comments are closed.