Сигнальная трансдукция - важнейший фактор организации живой материи на всех ее уровнях. В основополагающих работах по информационным проблемам жизнедеятельности [1] роль важнейших информационных детерминант в организме отводится пептидам. Выделение пептидов во внеклеточную среду - универсальный механизм, сформировавшийся еще у одноклеточных организмов, для которых характерны реакции хемотаксиса, и сохранившимися в усовершенствованном виде на протяжении последующей эволюции в качестве положительного и необходимого функционального приобретения. В клеточных ансамблях высших животных эндогенная пептидная система - эффективная система регуляции функций, обеспечивающая приспособление организма к меняющимся условиям существования [2]. Регуляторные эффекты пептидов выявлены на всех уровнях функционирования целого организма.
Исключительно важная роль регуляторных пептидов в информационном обеспечении жизнедеятельности определяется их огромным разнообразием, наличием во всех тканях, способностью к избирательному лиганд-рецепторному взаимодействию с любыми типами клеток, многообразием вариантов их взаимодействия с другими биологически активными веществами. Регуляторные пептиды влияют на синтез, высвобождение, оборот и утилизацию всех медиаторов, содержание циклических нуклеотидов и трансмембранный транспорт ионов, водно-солевой, углеводный, липидный обмен, энергетику клеток, регуляцию специфических функциональных сдвигов, обеспечивая как развитие адаптивных реакций, так и триггерную срочную мобилизацию систем организма в стрессорных реакциях; модулируют эффекты нейрогуморальной регуляции в условиях измененного гомеостаза. Регуляторные пептиды могут находиться в пресинаптических терминалях вместе с медиатором. Присутствие пептида-спутника повышает сродство рецепторов на постсинаптической мембране к медиатору. Установлено, что вазоинтестинальный пептид способствует возрастанию сродства ацетихолиновых рецепторов к ацетилхолину в 10 000 раз [3]. Нейропептидам, как важнейшему компоненту объемной передачи информации, принадлежит существенная роль в развитии адаптивных реакций, реализация которых включает активацию внутриклеточными протеинкиназами семейства ранних генов, экспрессия которых индуцируется в ответ на стрессорные воздействия, нейронную стимуляцию [4, 5] и вызывает активацию поздних генов, кодирующих синтез нейромодуляторных пептидов. Эффекты регуляторных пептидов, как правило, реализуются локально, там, где они в данный момент необходимы. Пептидергический информационный посыл не всегда напрямую адресован эффекторным клеткам тканей и органов. Нередко регуляторные пептиды вступают в каскадные реакции через другие регуляторные клеточные структуры, например, нейрональные. Предполагается, что нейропептидам принадлежит контрольная роль в объемной передаче информации в мозге [6].
Термином «объемная передача» (volume transmission) [7] обозначается распространение нейромедиаторов и других активных веществ по межклеточному пространству мозга от места выброса до отдаленных рецепторов посредством диффузии. В отличие от нейромедиаторной передачи информации по «анатомическому адресу», сформированному контактом пре- и постсинаптических структур, объемная передача информации по «химическому адресу» обеспечивается переносом сигнальных молекул через кровь, ликвор, лимфу, межклеточную жидкость, а также внешнюю среду (воздух, воду). Объемная передача информации ‒ филогенетически более древний способ межклеточного взаимодействия по сравнению с синаптической передачей, которая является лишь частным случаем объемной передачи, когда диффузия нейромедиатора ограничена областью синапса [8]. Объемная передача информации участвует как в реализации регуляторных эффектов, так и в модуляции сигналов, получаемых посредством нейросинаптической передачи. Сочетание объемной и нейромедиаторной передачи имеет важное значение в формировании адаптивных реакций мозга [2].
Экспериментальные свидетельства существования объемной сигнальной трансдукции в ЦНС были получены нейроморфологами, обнаружившими участки несинаптического выброса и несинаптические рецепторы глутамата, ГАМК, моноаминов, нейропептидов во многих структурах мозга. Однако объемная передача не является уникальным явлением ЦНС. Доказательства функциональной важности сигнальной трансдукции посредством диффузии в ганглиях получил Ю.И. Аршавский [9]. Экспериментально доказано, что внутрисосудистое введение медиаторов, нейропептидов, других биологически активных веществ изменяет функциональное состояние децентрализованных органов висцеральных систем. Биологически активные вещества внемозгового происхождения участвуют в регуляции большинства физиологических реакций организма. В этой связи было высказано предположение [10], что объемная передача информации может обеспечивать не только межнейрональное взаимодействие, но и взаимодействие других клеточных сообществ и тем самым обеспечивать регуляцию популяций или ансамблей функционально связанных клеток. Таким образом, объемная передача информации в организме - важный компонент организации регуляторных эффектов не только в ЦНС, но и в целом организме, что позволило выдвинуть гипотезу о существовании в живой природе регуляции физиологических функций (или патофизиологических реакций) по принципу объемной биорегуля- ции [10]. В реализации эффектов объемной биорегуляции могут быть задействованы нервные, гуморальные, иммунные и паракринные механизмы, регулирующие морфофункциональный статус различных по объему компартментов тканей, органов, а также жизнедеятельность целых организмов и даже их сообществ.
Основными факторами, лимитирующими объем и эффективность пептидергической передачи информации, можно считать период существования сигнальных молекул, характер движения биологических жидкостей, определяющий скорость их транспорта от места их выделения; мощность сигнала, определяемого количеством молекул пептида, готовность клеток-мишеней к восприятию сигнала, зависящее от наличия специфических рецепторов. Если биологически активное вещество циркулирует в общем кровотоке, то его действие может реализоваться только там, где есть рецепторы, способные с ним связываться. Рецепторная готовность, генетически запрограммированное эффективное лиганд-рецепторное взаимодействие обеспечивает адресность пептидергического регуляторного эффекта, его локальность.
Пептидергическая передача информации ‒ важнейший фактор объемной регуляции жизнедеятельности как клеточных сообществ, так и сообществ живых существ от микроорганизмов до млекопитающих. Взаимодействие клеток в определенном объеме ткани, органа, обмен информацией между особями в группе с участием регуляторных пептидов обеспечивается специфичностью молекулярной структуры лигандов и их рецепторов. В организме каждая клетка обладает специфическим набором рецепторов, взаимодействующих с соответствующими лигандами, т.е. может воспринимать сигнальную информацию по определенному набору кодов. При изменении внеклеточных или внутриклеточных ситуаций клетки способны к экспрессии новых рецепторов, либо к изменению количества уже существующих рецепторов. Эти уникальные возможности системы универсальных пептидных регуляторов в большой степени обеспечивают эффекты генетически-запрограммированной пространственно-времен-ной системы событий, обеспечивающих объемную регуляцию жизнедеятельности на всех уровнях существования живой материи.
Рецензент ‒
Горькова А.В., д.м.н., профессор, ЗДН РФ, г. Саратов.
Работа поступила в редакцию 12.09.2011.