Фосфокиназа PP2A в аритмии сердца. (роль+механизм подробно)

Это приводит к уменьшению силы тонического сокращения гладких мышц.
Единственный предполагаемый механизм прямой активации фосфатазы РЛЦ миозина связывают с фосфорилированием белка KRP/телокина. Ген этого белка входит в состав гена киназы легких цепей миозина КЛЦМ и имеет ту же рамку считывания [10], что и отражено в двух его названиях – KRP (Kinase Related Protein) и телокин (telos of the kinase, т.е. «хвост» киназы). KRP экспрессируется независимо благодаря наличию собственного промотора в одном из интронов гена КЛЦМ. Он вызывает расслабление скинированных гладкомышечных волокон, которое становится более выраженным в присутствии протеинкиназы G [7].
Показано, что протеинкиназы А и G фосфорилируют остаток Ser13 KRP/телокина при расслаблении интактных гладких мышц, а искусственная замена Ser13 на аланин отменяет фосфорилирование KRP/телокина и усиливающий эффект протеинкиназы G на расслабление скинированных гладких мышц [7]. Однако, несмотря на кажущуюся изящность, прямые доказательства функционирования этого механизма in vivo пока отсутствуют. Эксперименты, в которых сравнивали способность KRP/телокина и его фосфорилированного по Ser13 варианта расслаблять скинированные гладкомышечные волокна, не выявили различий [1]. Более того, пока не показано ни влияния KRP/телокина на активность фосфатазы РЛЦ миозина, ни прямого взаимодействия этих белков [F. Brozovich, личное сообщение]. В отсутствие положительных ответов на эти вопросы, роль KRP/телокина в активации фосфатазы миозина под действием циклонуклеотид-зависимых протеинкиназ остается пока спорной.
Таким образом, представляется наиболее вероятным, что роль циклических нуклеотидов и активируемых ими протеинкиназ в подавлении тонического сокращения реализуется путем нейтрализации передачи сигнала от рецепторов к сократительному аппарату клетки на уровне фосфорилирования MYPT и/или Rho белка.
2.5 Регуляция доступности РЛЦ миозина для киназ и фосфатазы

Результаты последних исследований указывают на наличие еще одного механизма регуляции фосфорилирования миозина, связанного с изменением доступности Ser19 РЛЦ миозина для модифицирующих его ферментов. Основными известными пока регуляторами являются KRP/телокин, который препятствует фосфорилированию РЛЦ миозина, и белок M-RIP (Myosin phosphatase-Rho Interacting Protein), который связывает фосфатазу РЛЦ миозина с сократительным аппаратом и способствует дефосфорилированию миозина.
Первые же функциональные эксперименты показали, что KRP представляет собой миозин-связывающий домен КЛЦМ и конкурирует с ней за связывание с миозином, замедляя фосфорилирование РЛЦ миозина in vitro [6]. Была выдвинута гипотеза о том, что в гладких мышцах KRP действует как специфический антагонист КЛЦМ и снижает общий уровень фосфорилирования РЛЦ миозина, тормозит развитие сокращения и способствует расслаблению [3]. Однако выяснилось, что KRP/телокин лишь незначительно ингибирует развитие первой стадии Са2+-зависимого сокращения под действием высокоактивной КЛЦМ [7], но подавляет Са2+-независимое фосфорилирование миозина и тоническое сокращение скинированных волокон (рис. 2). Вместе с тем, связывание с миозином действительно необходимо для проявления эффектов KRP, поскольку KRP, лишенный С-концевой миозин-связывающей последовательности не способен ингибировать сокращение (рис. 2). По-видимому, молекулярный механизм действия KRP/телокина связан с экранированием фосфорилируемого Ser19 на РЛЦ миозина не только под действием КЛЦМ, но и других киназ [11]. Чтобы считать этот механизм физиологически значимым, необходимо еще подтвердить его с использованием животных, нокаутированных по KRP/телокину. Такие животные были недавно получены, они имеют повышенный уровень фосфорилирования РЛЦ миозина, нарушения расслабления гладких мышц и общий сократительный фенотип, согласующийся с предполагаемой функцией KRP/телокина [4]. Дальнейшие эксперименты прояснят молекулярные детали этого механизма. M-RIP функционирует как каркасный белок и важный регулятор миозиновой фосфатазы.
Он одновременно взаимодействует с MYPT, белком Rho, Rho-киназой, миозином и, возможно, актином, обеспечивая совместную локализацию этих белков в сократительном аппарате клетки [13]. Молекулярный механизм действия M-RIP пока недостаточно понятен, но ясно, что он не влияет на каталитическую активность PP1c, а улучшает дефосфорилирование миозина, повышая доступность РЛЦ для фосфатазного комплекса. Подавление экспрессии M-RIP в культивируемых гладкомышечных клетках ведет к нарушению Rho-зависимой передачи сигнала к фосфатазе миозина, снижению ее активности и повышению уровня фосфорилирования миозина [7].
Весьма возможно, что KRP/телокин и M-RIP являются не единственными регуляторами, контролирующими доступность РЛЦ миозина для модифицирующих ферментов. Несмотря на скудность информации о малой субъединице фосфатазного комплекса М20, ее также можно рассматривать как потенциального представителя этой группы белков. Считается, что М20 играет роль в закреплении MYPT на миозине, что должно повышать доступность РЛЦ для каталитической субъединицы фосфатазы PP1c [3]. Интересно, что N-концевые последовательности М20, KRP/телокина и белка CPI-17 имеют определенную гомологию и сходное расположение фосфорилируемых регуляторных остатков. Более того, высказано предположение о том, что гены М20 и MYPT имеют тот же принцип организации, что и в случае KRP/телокина и КЛЦМ, т.е. ген М20 расположен внутри гена MYPT, но эти белки экспрессируются назависимо [11]. Дальнейшие исследования должны выявить функциональную значимость такого структурного сходства.
Вопрос о регуляции взаимодействия KRP и M-RIP с миозином в настоящее время остается открытым. Фосфорилирование N-концевых остатков KRP/телокина не влияет на его связывание с миозином, которое опосредует С-концевой домен KRP [5]. Ничего пока не известно и о том, как регулируется связывание M-RIP или М20. Вполне возможно, что регуляторный вклад каждого из этих белков определяется уровнем его экспрессии. Так, содержание KRP/телокина максимально в фазных гладких мышцах и очень низкое в тонических, способных поддерживать сокращенное состояние при низких значениях [Са2+]i и общего уровня фосфорилирования РЛЦ миозина [12]. Есть основания считать, что это совпадение не случайно и физиологические отличия этих мышц, по крайней мере отчасти, связаны с разным содержанием KRP/телокина. Уровень экспрессии М20 также существенно различается в разных тканях [3], но для M-RIP такие данные пока отсутствуют.












Заключение

Ближайшие перспективы лекарственной терапии при патологиях, связанных с нарушениями сократимости гладких мышц, связаны с разработкой фармакологических препаратов нового поколения, действие которых направлено на внутриклеточные мишени. Считается, что преимущество такого подхода по сравнению с ранее и сейчас используемыми блокаторам ионных каналов и антагонистами мембранных рецепторов состоит в избирательности воздействия и минимизации побочных влияний на гомеостаз клетки и сопряженные рецепторактивируемые процессы. Многочисленные данные, полученные на клеточных моделях и в экспериментах на животных, а также результаты первых клинических испытаний показывают, что Rho/Rho-киназный каскад играет критическую роль в нарушениях тонического сокращения гладких мышц. Rho-киназа рассматривается в настоящее время как наиболее перспективная мишень для фармакологической терапии гиперсократимости гладких мышц. Этому способствует тот факт, что существуют по крайней мере два высокоселективных ингибитора Rho-киназы, Y-27632 и фасудил, причем последний уже применяется в клинической практике [7].
В некоторых тканях не менее важную роль могут играть каскады с участием ZIP-киназы и ILK, однако их организация в клетке и индивидуальный вклад в регуляцию сократимости пока не совсем ясны. Возможно использование ингибиторов тех компонентов рецептор-зависмых каскадов, которые функционируют в начале сигнальной цепочки, но оно может быть связано с риском побочных эффектов. Так, специфические ингибиторы МАР-киназ существуют давно, но до сих пор не используются в качестве лекарственных препаратов. Аналогичная ситуация складывается с ингибиторами протеинкиназы С и белка Rho. Их применение может быть связано с нарушением широкого спектра внутриклеточных регуляторных процессов [1].
Список литературы

1. Воротников А.В., Крымский М.А., Ширинский В.П. Внутриклеточная сигнализация и фосфорилирование белков при сокращении гладких мышц. Биохимия 67: 1587-1610. 2002.
2. Воротников A.В., Крымский М.А., Хапчаев А.Ю., Серебряная Д.В. Сигнальные механизмы регуляции сократительной активности гладких мышц. Рос. физиол. журнал им. И.М. Сеченова 90: 705-518. 2004.
3. Хапчаев A.Ю., Крымский M.A., Сидорова M.В., Беспалова Ж.Д., Ванг Ч.-Л.A., Ширинский В.П., Воротников A.В. Новые фосфоспецифические антитела для анализа фосфорилирования белковых продуктов генетического локуса киназы легких цепей миозина. Биохимия 69: 968-980. 2004
4. Berridge M.J. Smooth muscle cell calcium activation mechanisms. J Physiol 586: 5047-61. 2008.
5. Cohen P.T. Protein phosphatase 1--targeted in many directions. J Cell Sci 115: 241-56. 2002.
6. Deng J.T., Van Lierop J.E., Sutherland C. , Walsh M.P. Ca2+-independent smooth muscle contraction. a novel function for integrin-linked kinase. J Biol Chem 276: 16365-73. 2001.
7. Geeves M.A. , Holmes K.C. The molecular mechanism of muscle contraction. Adv Protein Chem 71: 161-93. 2005.
8. Kawano Y., Fukata Y., Oshiro N., Amano M., Nakamura T., Ito M., Matsumura F., Inagaki M., Kaibuchi K. Phosphorylation of myosin-binding subunit (MBS) of myosin phosphatase by Rhokinase in vivo. J Cell Biol 147: 1023-38. 1999.
9. Kitazawa T., Eto M., Woodsome T.P. , Khalequzzaman M. Phosphorylation of the myosin phosphatase targeting subunit and CPI-17 during Ca2+ sensitization in rabbit smooth muscle. J Physiol 546: 879-89. 2003.
10. MacDonald J.A., Walker L.A., Nakamoto R.K., Gorenne I., Somlyo A.V., Somlyo A.P. , Haystead T.A. Phosphorylation of telokin by cyclic nucleotide kinases and the identification of in vivo phosphorylation sites in smooth muscle. FEBS Lett 479: 83-8. 2000.
11. Shirinsky V.P., Vorotnikov A.V., Birukov K.G., Nanaev A.K., Collinge M., Lukas T.J., Sellers J.R. , Watterson D.M. A kinase-related protein stabilizes unphosphorylated smooth muscle myosin minifilaments in the presence of ATP. J Biol Chem 268: 16578-83. 1993.
12. Van Eyk J.E., Arrell D.K., Foster D.B., Strauss J.D., Heinonen T.Y., Furmaniak-Kazmierczak E., Cote G.P. , Mak A.S. Different molecular mechanisms for Rho family GTPase-dependent, Ca2+- independent contraction of smooth muscle. J Biol Chem 273: 23433-9. 1998.
13. Wu X., Haystead T.A., Nakamoto R.K., Somlyo A.V. , Somlyo A.P. Acceleration of myosin light chain dephosphorylation and relaxation of smooth muscle by telokin. Synergism with cyclic nucleotide-activated kinase. J Biol Chem 273: 11362-9. 1998.









23