Протеасома

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьПРОТЕАСОМА :: РАЗРУШАТЬ ,, ЧТОБЫ ЖИТЬЕ.Б. Абрамова, Н.П. Шарова, В.Л. КарповЕлена Борисовна Абрамова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудникИнститута биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН.Наталья Петровна Шарова, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудниктого же института. Руководитель проекта 030449127.Вадим Львович Карпов, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораториейИнститута молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН.Первую публикацию см.: «Природа». 2003. №7. С.36—45.Известно, что в живой клетке содержится множество разных белков. Одни из них существуютдовольно долго, другие живут от нескольких минут до 2—3 ч. Последние синтезируютсятолько в определенный момент жизни клетки, в ответ на не которые внутренние и внешниеимпульсы. Когда потребность в таком белке отпадает, специальные факторы сигнализируюто том, что его синтез должен быть остановлен. Действуют они или на этапе считыванияматричных РНК (мРНК) с ДНК (факторы транскрипции), или на стадии синтеза белка с ужеимеющихся РНК-матриц. Однако если некий белок существует, но в его функционированииклетка больше не нуждается, должен быть и механизм, обеспечивающий остановку его работы.Такой механизм давно и весьма детально исследован для белков-ферментов. Чтобы «вывестииз строя» фермент, его активность обратимо подавляется (ингибируется) веществамибелковой или небелковой природы. Однако клетка на протяжении своей жизни синтезирует имножество белков, не обладающих ферментативной активностью, но, тем не менее «исполняющих»разнообразные роли. Такие белки не только прекращают свою работу в определенныймомент, но и существуют очень не долго (потому и называются короткоживущими) посравнению со временем жизни клетки. Очевидно, что каким-то образом должны удаляться и«сделавшие свое дело» белки, иначе они переполнят клетку и раз рушат ее. Может быть, онасправляется с ними посредством хорошо изученного протеолиза (распада белков под действиемспециальных ферментов)? Но тогда неясно, почему не повреждаются при этом структурныекомпоненты клетки и еще нужные ей белки. Протеолиз в лизосомах — процесс неспецифический,в этих образованных мембраной «мешочках» с набором ферментов гидролаз молекулыбелков расщепляются до аминокислот, идущих затем в обменные процессы клетки(здесь же гидролизуются нуклеиновые кислоты и полисахариды). У высших эвкариот лизосомыразрушают только белки, связанные с мембранами, а также чужеродные, захваченные вовремя эндоцитоза (например, вирусные или бактериальные).К началу 80х стало ясно, что эффективная регуляция не только количества, но и функциимногих белков зависит и от процессов, связанных с деградацией.Многоликие частицыВ это же время в клетке был обнаружен высокомолекулярный белковый комплекс, которыйработал в определенных условиях как несколько протеолитических ферментов [1]. Однако,что очень важно, свою разрушающую активность комплекс проявлял только в явно нефизиологическихусловиях под действием изменяющих его структуру веществ. Он был найден вклетках как самых примитивных, так и высших эвкариот, причем и в ядре, и в цитоплазме.Это свидетельствовало об абсолютной необходимости комплекса для нормальной жизнедеятельностиклетки.Его начали интенсивно изучать во многих лабораториях мира, и даже возникло множествоназваний, из которых сейчас чаще всего используется то, что дали К. Танака и А. Голд-1

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьберг, — протеасома, т.е. частица (сома) с протеолитической функцией [2]. Надо сказать, чтопротеасомой названы две частицы разной сложности строения. Они отличаются также молекулярноймассой и коэффициентом седиментации (его выражают в единицах Сведберга иобозначают буквой S при числе).В 90-х годах выяснилось, что первоначально выделенный комплекс с молекулярной массойоколо 700 кДа и коэффициентом седиментации 20S в качестве протеолитического ядравходит в состав еще более сложной частицы. Первую стали называть 20S протеасомой, вторую— 26S протеасомой.Затем обе частицы были выделены в очищенном виде, проведен рентгеноструктурныйанализ 20S протеасомы, а методами электронной микроскопии и компьютерной томографииполучены «портреты» и этой, и другой частицы (рис. 1). Судя по рентгеноструктурным данным,20S протеасома представляет собой полый цилиндр длиной 15—17 нм и диаметром 11—12 нм, образованный четырьмя лежащими друг на друге кольцами. Каждое из них состоит изсеми белковых субъединиц (молекулярной массой 20—35 кДа), причем периферическиекольца сформированы субъединицами α-типа, а два центральных — β-типа (рис. 2).Рис. 1. Компьютерная томография двух форм протеасомы [8].Канал внутри цилиндра, расширяясь, образует три камеры: большую центральную и двеменьшие, по краям (рис. 3). В центральной камере и осуществляется протеолиз. Роль α и β-колец в работе протеасомы различна. Так, субъединицы α-кольца за счет своих гидрофобныхучастков закрывают отверстие в центральный канал и препятствуют случайному проникновениюбелков в протеолитическую камеру. Кроме того, эти же субъединицы отвечают за присоединениедругих высокомолекулярных комплексов, которые регулируют работу 20S протеасомы.2

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьКак возникает столь непростая конструкция? Сначала автокаталитически образуется семичленноекольцо из α-субъединиц (см. рис. 2). Затем во взаимодействие с ним вступают триβ-субъединицы, одна из которых несет так называемый лидерный пептид, работающий какшаперон (этот полипептид-помощник «следит» за правильностью укладки белковой молекулы).Три первых β-субъединицы определяют посадку остальных, и в результате образуется13S комплекс из двух разноименных колец. После димеризации 13S комплекса возникает 16Sпредшественник из четырех колец, а «зрелая» 20S протеасома — после автокаталитическогоотщепления лидерного пептида и высвобождения N-концевого треонина, играющего важнейшуюроль в формировании каталитических центров.Рис. 2. Сборка 20S протеасомы.Рис. 3. Схематическое строение 26S протеасомы и протеолитических камер.Мы упоминали, что центральная камера — это место, где происходит протеолиз. Именнотам, на внутренней поверхности, располагаются каталитические центры — три основных идва дополнительных. Один из основных катализирует протеолиз по типу химотрипсина, другой— подобно трипсину, третий работает по принципу каспазы. Эти основные области локализованына трех разных субъединицах каждого β-кольца, там же находятся и дополнительные.Структура активного центра β-субъединиц необычна: как упоминалось, в качестве ос-3

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьновного структурного элемента, про водящего катализ, в нем присутствует N-концевой треонин.Отверстие, ведущее в центральный канал и образованное α-субъединицами 20S протеасомы,по размеру сопоставимо с α-спиралью белка (см. рис. 3), а, кроме того, оно закрыто ихгидрофобными N-концевыми участками. Это и не позволяет цитоплазматическим белкам проникатьк месту возможного разрушения. Поэтому 20S протеасома, выделенная в условиях,сохраняющих ее целостность, гидролизует толь ко короткие полипептиды в реакции, котораяне требует АТФ как источника энергии. Но ведь мы говорили, что главная забота 20S протеасомы— расщепление не пептидов, а белков. Как же они проникают в каталитические области,если вход закрыт?Рис. 4. Различные формы протеасомы и ее активаторов.Все выяснилось: если использовать агенты, способные влиять на структуру 20S протеасомы,протеолитическая активность увеличивается, так как отверстие в α-кольце, ведущее вцентральный канал, расширяется (об этом свидетельствуют последние рентгеноструктурныеданные). В эксперименте такое расширение происходит в нефизиологических условиях, подвлиянием низкомолекулярных веществ, а в клетке роль «открывалок» выполняют макромолекулярныерегуляторы (активаторы) весьма сложного строения (рис. 4). Пока их известнотолько два — РА700 и РА28 (аббревиатура англ. Protein Activator). На протеолитическую активность20S протеасомы они влияют по-разному.Благодаря первому регулятору (РА700) она участвует в деградации основной массы клеточныхбелков. Формирующие его 17—18 субъединиц гетерогенны по молекулярной массе,аминокислотной последовательности и третичной структуре. В составе этого комплекса можновыделить два структурных элемента, тоже отнюдь непростых. В англоязычной литературе4

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьпоследующее разворачивание субстрата, нуждается в энергии, которую поставляют, видимо,АТФазы базового (нижнего) элемента в структуре того же регулятора. Развернутая, линейнаямолекула белка протягивается через регулятор, играющий роль рта протеасомы, и через открытоеотверстие в α-кольце проникает в протеолитическую камеру (см. рис. 5). Здесь белокрасщепляется на полипептиды длиной от 5 до 24 аминокислотных остатков, которые высвобождаютсяиз протеасомы и в цитоплазме могут подвергнуться гидролизу до аминокислотпротеазами (например, эндопептидазами). Ненужная больше маркировочная цепочка ликвидируется:изопептидазы разрывают ее на мономеры (см. рис. 5).Рис. 5. Схема протеасомной деградации белков. Вверху — маркирование убиквитиновой цепочкой;внизу — гидролиз субстрата протеасомой до пептидов и высвобожденного убиквитина.Описывая каскад реакций по маркировке субстрата, мы, чтобы не разбивать ход событий,намеренно кое-что опустили. Не сказали, почему цепочка убиквитина пришиваетсяименно к тому белку, чья судьба предрешена. Оказывается, он уже несет признаки смерти —специфические сигналы, которые включают процесс деградации. Ими могут быть участкивнутри белковой молекулы или на ее N-конце. Видимо, в определенных условиях они становятсядоступными для узнавания ферментной системой, ответственной за маркировку.Некоторые N-концевые аминокислотные остатки (у эвкариот чаще всего Арг, Лиз, Лей,Фен, Асп) играют большую роль в определении жизни многих короткоживущих белков (всреднем они существуют от нескольких минут до трех часов), а также частично разрушенныхили с измененной третичной структурой. На зависимость скорости деградации от природы N-концевых аминокислот (правило N-конца) первым обратил внимание наш бывший соотечественникА. Варшавский, он же ввел понятие «короткоживущие белки» [3]. В ряде случаев дестабилизирующиеаминокислоты присоединяются к N-концу долгоживущих белков специфическимиферментами, после чего такие белки быстро разрушаются протеасомой.Цепочка убиквитина способна присоединяться к белку-мишени и по сигналам, возникающимза счет некоторых вторичных модификаций (например, фосфорилирования) или соединениясо вспомогательными белками.6

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьВ общих чертах мы рассмотрели всю схему (именно схему, потому очень многие подробностиостались за ее пределами) строения и сборки протеасомы, систему маркировки белка,который будет ею разрушен до полипептидов. За счет этого протеасома регулирует времяжизни важнейших белков, удаляет из нее чужеродные и аномальные, поставляет образовавшиесяв результате гидролиза полипептиды в качестве антигенов, способных сообщать иммуннойсистеме о неполадках в клетке. Таким образом, внутриклеточный протеолиз — это немеханический процесс деградации белков, а один из основных факторов, которые регулируютжизнедеятельность клетки.Из разнообразных процессов, в которых участвует протеасома (табл.), рассмотрим лишьнекоторые.Участница множества процессовОтметим, прежде всего, что при изучении роли протеасомной деградации в различныхклеточных процессах весьма часто использовались ингибиторы активности протеасомы. Онилегко проникают в клетку и избирательно подавляют данный путь протеолиза [4].Регуляция клеточного цикла. Как известно, клеточный цикл состоит из не сколькихфаз, а их последовательная смена регулируется белками циклинами. Поскольку на каждой фазедействует собственный регулятор, жизнь его должна быть короткой. Это и обеспечивает26S протеасома. Оказалось, что одни циклины в качестве метки для узнавания содержат участки,обогащенные пролином, глутаминовой кислотой, серином и треонином, а ряд других —консервативный фрагмент из девяти аминокислот, который обычно располагается на расстоянииоколо 40 аминокислотных остатков от N-конца. Узнанный по той или иной метке регуляторныйбелок сшивается, как уже было сказано, с убиквитиновой цепочкой своим собственнымферментом из семейства Е3 и разрушается 26S протеасомой. Ясно, что сбой в ее работевызовет остановку клеточного цикла на той или иной фазе.Злокачественное перерождение клетки. В нормальной здоровой клетке белки, регулирующиескорость транскрипции, во многих случаях определяют ее дальнейшую судьбу —станет ли работать и делиться с запрограммированной для нее скоростью, пойдет ли по путинеконтролируемого злокачественного роста, будет ли раз рушена как представляющая опасность.Поэтому такие регуляторные белки в зависимости от обстоятельств могут быть или онкобелками,или же, наоборот, онкосупрессорами. Пример подобных превращений — белокр53, уровнем которого поддерживается в здоровой клетке соотношение между процессамироста и апоптоза. Но все меняется, например, при заражении человека вирусом папилломы:вирусный белок E6 находит белок р53 и сигнализирует строго определенному ферменту изсемейства Е3 о необходимости присоединить к р53 убиквитиновую цепочку. Фермент выполняетсвою функцию, и р53 становится субстратом для протеасомной деградации. В результатеего ускоренного разрушения клетка идет по пути злокачественного перерождения.Транскрипция. Мы говорили, что под действием 26S протеасомы расщепляются белковыемолекулы. Однако выяснилось, что протеолизу может подвергаться даже отдельная субъединицав сложном белковом комплексе. Представить себе механизм взаимодействия с ним26S частицы довольно трудно. Тем не менее, частичный протеолиз осуществляется в процесседвухступенчатой активации ядерного фактора (его обозначают NF-κB), который контролируеттранскрипцию. Сначала в результате гидролиза протеасомой образуется из своего предшественникасубъединица p50 этого фактора. Затем она, еще одна субъединица — р65 — и белокингибиторIκB объединяются в неактивный комплекс. Транскрипция становится возможнойпосле деградации 26S протеасомой ингибитора IκB, перед этим фосфорилированного в двухместах.7

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьИммунная система. Участие протеасомы в иммунном ответе клетки — один из наиболееактивно изучаемых аспектов работы 26S частицы. Она, гидролизуя аномальные или чужеродныебелки до полипептидов, поставляет некоторые из них (обычно длиной от восьми до 11аминокислот) в качестве антигенов [5]. Такие полипептиды соединяются в цитозоле с определеннымтранспортным белком и переносятся в эндоплазматический ретикулум, где взаимодействуютс молекулами белков класса I главного комплекса гистосовместимости и выносятсяна поверхность клетки. Вновь появившиеся антигены иммунная система обнаруживает спомощью цитотоксических T-лимфоцитов и разрушает клетки, в которых продуцируются вирусныеили другие необычные для них белки.Чтобы эффективнее защищать организм от опасных для него клеток с синтезирующимисяв них аномальными белками, в каталитическом ядре протеасомы три конституционные β-субъединицы могут быть заменены на их изоформы, или иммунные субъединицы. В культуреклеток млекопитающих такая замена происходит под действием γ-интерферона — мощногоиммуномодулятора. В лимфоидных органах (селезенке, тимусе, лимфатических узлах) изоформысинтезируются постоянно, при чем их количественное соотношение с конституционнымисубъединицами зависит и от типа ткани, и от стадии дифференцировки органа. В результатеподобной модификации количество образуемых протеасомой полипептидов — потенциальныхантигенов — возрастает в несколько раз. Но это не единственный способ, посредствомкоторого активизируется работа протеасомы в качестве генератора антигенных полипептидов.8

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьМы упоминали, что существуют три формы протеасомы (в зависимости от того, с какимрегулятором связано ее ядро): РА700-20S-РА700, т.е. 26S форма, РА28-20S-РА28 и гибриднаяРА700-20S-РА28. Предполагают, что вторая форма способна гидролизовать длинные пептиды— первоначальный продукт расщепления белков 26S протеасомой — до коротких. Именноони и выносятся на поверхность клетки в качестве антигенов. Что касается гибридной формы,то один ее регулятор (РА700), видимо, узнает белок, несущий убиквитиновую цепочку, а второй(РА28) заставляет каталитическое ядро гидролизовать белковую молекулу до более короткихиммуногенных пептидов. К настоящему времени установлено, что содержание и внутриклеточноераспределение форм протеасомы связано с действием γ-интерферона и что в цитоплазмеодновременно с уменьшением количества 26S протеасомы накапливается гибриднаяформа.Термозащита. При нагревании, как известно, белки утрачивают нормальную конфигурациюи перестают выполнять свои функции. Чтобы защитить клетку от столь пагубных последствий,в ней синтезируются белки теплового шока, или шапероны. Они исправляют нарушеннуювысокой температурой форму белковых цепей. В каком качестве участвует в этомпроцессе протеасома, пока не совсем ясно. Однако установлено, что, если подавить ее активность,в клетке накапливаются поврежденные белки, но в то же время стимулируется синтезмРНК шаперонов. Повышается также и уровень трегалозы (молекулы термозащитницы) итермостабильность клеток в целом. Следовательно, полагают, ингибиторы протеасомы могутнайти применение в медицине в качестве терапевтических средств при шоковых воздействияхвысокими температурами.Апоптоз. Запрограммированная клеточная смерть — один из важнейших защитныхпроцессов, который обеспечивает контроль за количеством клеток и постоянством составатканей в организме. Таким способом разрушаются и опасные для него клетки: зараженныевирусами, раковые, с нарушенной ДНК. Механизмы апоптоза очень консервативны, одинаковыу низших эвкариот и млекопитающих и представляют собой сложную систему последовательныхмолекулярных событий, которые, в конечном счете, приводят к энзиматическойфрагментации хромосомной ДНК и смерти клетки. И хотя в апоптозе работают свои специфическиепротеазы (каспазы), исследователи обнаружили, что процесс связан и с протеасомнойдеградацией белков.Эту отнюдь не простую связь изучают в основном с помощью ингибиторов активностипротеасомы, и интенсивнее всего в исследованиях онкогенеза. Оказалось, что, снижая уровеньактивности упомянутого уже ядерного фактора транскрипции (NF-κB), такие ингибиторы могутзапускать апоптоз трансформированных клеток, предотвращать ангиогенез (разрастаниекровеносных капилляров в раковой ткани) и метастазирование in vivo. Это результат того, чтоснижение каталитической активности протеасомы приводит к накоплению ингибиторов ростаклетки и проапоптозных белков. Не разрушенные ингибированной протеасомой короткоживущиебелки, такие как р53 и р27, тоже способны запустить в клетке каскад биохимических иморфологических событий, ведущих к апоптозу. Однако ингибиторы протеасомы могут ипредотвращать его, например, в первичных клеточных культурах, если он вызван какими-тодругими стимулами.Как видно из приведенных примеров, ингибиторы протеасомной деградации служат молекулярныминструментом, с помощью которого удается раскрыть связь между клеточнойсмертью и работой протеасомы. Но не менее важно и другое: если к апоптозу злокачественныхклеток приводят ингибиторы, возможно, они могут послужить медицине как противораковыесредства.Репарация ДНК. Поддержание целостности генетического материала — ДНК — вомногом зависит от репарации, осуществляемой специальными ферментами и репаративнымифакторами. Каким образом внутриклеточный протеолиз влияет на этот процесс, пока неясно,но, несомненно, связь между ними существует. Известны уже некоторые участники — белки,9

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьподвергающиеся деградации протеасомой, и появляются все новые подтверждения ее роликак регулятора репарации ДНК. Нельзя исключить, что и субъединицы одной из репаративныхДНК-полимераз (сейчас обнаружено шесть подобных ферментов) разрушаются под действиемпротеасомы. Роль этих полимераз возрастает в эмбриональном развитии животных,когда организму наряду с активной репликацией ДНК жизненно необходимо точное и своевременноеисправление возникающих повреждений генетического материала.Мы предполагаем проследить связь между изменением активности репаративных ДНКполимерази активности протеасомы в эмбриогенезе. Также будет исследовано участие ееформ (26S, 20S) и субкомплекса РА700 в регуляции уровня этих ДНК-полимераз в сравнительномаспекте — в эмбриогенезе костистых рыб и млекопитающих. Задача первого этапанашего проекта — научиться работать с объектом, т.е. выделять, идентифицировать, определятьактивность, разделять формы, — нами они уже почти выполнена.Отметим, изучение множественных форм протеасомы сопряжено с определеннымитрудностями. В настоящее время нет способа, который был бы оптимален для ее выделения изразных тканей и клеток, приходится не только подбирать условия и методы для разделенияэтих макромолекулярных комплексов, но и получать их в неповрежденном состоянии. Оказалось,что для капризной протеасомы не пригодны ни ионообменная хроматография, во времякоторой 26S протеасома распадается на комплексы 20S и РА700, ни сефароза 6В и биогельA1,5 m (с их помощью достичь хорошего разделения 26S и 20S протеасом не удается). Но мыдобились желаемого: разработали методику получения чистых и активных в течение несколькихмесяцев 20S и 26S форм. Последовательным фракционированием белков растворамисульфата аммония разной концентрации, гель-фильтрацией на сефарозе 2В, высокоскоростнымультрацентрифугированием можно получать фракцию протеасомы 26S, свободную отпримеси более легкой формы.Белкисубстраты и болезниДеградация белков протеасомой — процесс с тонкой настройкой, поэтому сбои в нем,нарушающие равновесие между пролиферацией и апоптозом, служат причиной разных болезнейкак врожденных, так и приобретенных. Условно их можно раз делить на две группы: заболевания,обусловленные тем, что деградационная система не работает, и болезни, которыевозникают из-за усиления ее функции. Первые — это результат стабилизации субстратов, быстроразрушаемых в норме, вторые, наоборот, — аномально быстрого распада белковмишеней.Мы говорили, что клеточный белок р53 при заражении онкогенным штаммом вирусапапилломы человека соединяется с вирусным онкобелком Е6 и становится субстратом для ускореннойдеградации протеасомой. В результате лишенная защиты клетка — мишень вируснойатаки — превращается в раковую. Действительно, при не которых формах карциномыуровень клеточного р53 бывает резко снижен. Предполагают, что таким способом вирус можетнеконтролируемо размножаться в клетке, и она становится злокачественной. Агрессивныеформы рака прямой кишки и молочной железы исследователи тоже связывают с работой протеасомнойсистемы, хотя механизм образования трансформированных клеток здесь другой.Видимо, некоторые врожденные заболевания человека обусловлены генетическими изменениямиили в белках-субстратах, или в ферментах, отвечающих за сшивку с убиквитином.Фиброкистоз, например (его признаки — хроническая закупорка и инфекция дыхательныхпутей, нарушение пищеварения), связан с мутацией, при водящей к преждевременному гидролизупротеасомой мембранного белка, который регулирует транспорт ионов хлора черезмембрану эпителиальных клеток. При синдроме Ангельмана (задержка умственного развития)обнаружены делеция части Х хромосомы и поврежденные молекулы фермента из семействаЕ3. Редкая наследственная форма гипертензии, или синдром Лиддла, обусловлена делецией вгенах субъединиц белка, который формирует натриевые каналы в клетках эпителия. В итоге10

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьменяется скорость гидролиза субъединиц протеасомой и, как следствие, — баланс между ионамикалия и натрия (т.е. нарушается солевой гомеостаз).Целый ряд известных аутоиммунных заболеваний может быть вызван неправильнымразрезанием белка протеасомой. Она ведь гидролизует и собственные нормальные клеточныебелки, и чужеродные. Но из образующихся пептидов только чужие становятся антигенами,именно по ним цитотоксические лимфоциты узнают зараженную клетку и уничтожают ее.Свои же пептиды не вызывают Т-клеточного ответа. Однако если по какой-либо причине протеасоманеверно расщепляет субстрат, то и из собственных белков могут возникать нетипичныепептиды, которые распознаются Т-лимфоцитами как чужеродные. И тогда клетки организма,ничем не зараженные, становятся мишенью для атаки. По-видимому, с протеасомнойсистемой связаны многие иммунные заболевания и воспалительные реакции, но конкретныемеханизмы их возникновения отнюдь не одинаковы.Интересно, что вирусы могут уйти из-под контроля иммунной системы, причем разнымиспособами. Вирус гепатита В, например, достигает этого за счет взаимодействия собственногобелка Х с субъединицами 20S протеасомы и регулятора РА28. В такой комбинации протеолизподавляется, и белок Х остается целым. А раз нет пептидов-антигенов, иммунная система невоспринимает зараженную клетку. Цитомегаловирус человека не предохраняет свои белки отгидролиза, а способствует разрушению белковых молекул главного комплекса гистосовместимости,которые отвечают за транспорт: пептиды-антигены не попадают на поверхность зараженнойклетки, и та выживает. Другие вирусные белки взаимодействуют с протеасомнымиАТФазами, увеличивая скорость гидролиза внутриклеточных белков и приводя к усиленномуразмножению вируса.При многих нейродегенеративных заболеваниях (в их числе болезни Альцгеймера, Паркинсонаи др.) выявлены сенильные бляшки, различные тела включения и де генеративныеволокна, обогащенные убиквитином. Однако лишь на этом основании трудно понять, каковароль протеасомной системы в развитии данных патологий. Правда, в одном случае она проявляетсянагляднее. В нейронах есть белок пресенилин-2 (PS2), который пронизывает мембрануи участвует в транспорте предшественников амилоидов и последующем их превращении вамилоид β-42. Для нормальной работы PS2 от него отщепляется С-концевой фрагмент и разрушаетсяпротеасомой.Если подавить ее работу ингибиторами, фрагмент будет накапливаться, к такому же результатуприводят мутации в гене белка PS2. А они обнаружены в большинстве случаев раннегопроявления семейной формы болезни Альцгеймера. Таким образом, в ее патогенезе можетиграть роль накопление С-концевого фрагмента, вызванное мутациями в гене или действиемингибиторов протеасомы.Установлено, что в дистрофии скелетных мышц, обусловленной голоданием, сепсисом иденервацией, виноват усиленный гидролиз мышечных белков протеасомой. Но активирующиеее внеклеточные стимулы и сигнальные пути пока не ясны.Предполагают, что накопление окисленных белков при старении связано с нарушениямипротеасомной деградации. И это не лишено основания.* * *Прошло 20 лет с открытия специфического внутриклеточного протеолиза. За это время вмире сложилось несколько научных центров по изучению протеасомы, ее генов и регуляцииих считывания. Надо сказать, что в лаборатории структуры и функции хроматина Институтамолекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН обнаружена новая сигнальная цепь, котораяконтролирует зависимый от АТФ гидролиз бел ков протеасомой [6, 7]. Оказалось, у пекарскихдрожжей (Saccharomyces cerevisiae) короткоживущий белок Rpn4 служит факторомтранскрипции, регулирующим работу более 500 генов, которые кодируют большинство субъединицпротеасомы и ферменты, участвующие в протеасомной деградации белков. Таким об-11

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНАПротеасома: разрушать, чтобы житьразом, впервые по казано, что расщепление белков контролируется и на уровне транскрипциигенов.Сейчас уже никто не сомневается, что без внутриклеточного протеолиза, который специфически«выводит из игры» в нужное время и в нужном месте важнейшие белковые компоненты,клетка не может обойтись. Сделано очень много, а предстоит еще больше, потомучто работа протеолитической частицы теснейшим образом смыкается с патогенезом многихзаболеваний. А значит, и с возможностью изменять их течение.ЛИТЕРАТУРА1 Wilk S., Orlowski M. // J. Neurochem. 1983. V.40. P.842—849.2 Arrigo A.P., Tanaka K., Goldberg A.L., Welch W.J. // Nature. 1988. V.331. P.192—194.3 Bachmair A., Finley D., Varshavsky A. // Science. 1986. V.234. P.179—186.4 Rock K.L., Gramm C., Rothstein L. et al. // Cell. 1994. V.78. P.761—771.5 Rock K.L., Goldberg A.L. // Ann. Rev. Immunol. 1999. V.17. P.739—777.6 Mannhaupt G., Schall R., Karpov V. et al. // FEBS Lett. 1999. V.450. P.27—34.7 Капранов А.В., Курятова А.В., Преображенская О.И., Карпов В.Л. // Мол. биология. 2001. №35.С.356—364.8 Baumaister W., Walz J., Zuhl F., Seemuller E. // Cell. 1998. V.92. P.367—380.12