Рецепторные тирозинкиназы

Рецепторные тирозинкиназы (РТК) — это класс трансмембранных белков, обладающих ферментативной активностью тирозинкиназы, которые играют ключевую роль в передаче сигналов от внеклеточных факторов роста, цитокинов и гормонов внутрь клетки. Они представляют собой один из основных механизмов, регулирующих пролиферацию, дифференцировку, миграцию, метаболизм и апоптоз клеток. Нарушения в работе рецепторных тирозинкиназ часто связаны с развитием онкологических заболеваний, метаболических расстройств и нарушений развития.

Структура

Рецепторные тирозинкиназы имеют общую архитектуру, состоящую из трёх основных доменов:

• Внеклеточный лиганд-связывающий домен — расположен на внешней стороне клеточной мембраны. Он обеспечивает специфическое распознавание и связывание сигнальных молекул (лигандов), таких как факторы роста (например, эпидермальный фактор роста, EGF) или инсулин. Этот домен часто содержит повторяющиеся участки, богатые цистеином, или иммуноглобулиноподобные структуры, что определяет разнообразие РТК.
• Трансмембранный домен — единственный альфа-спиральный сегмент, который пересекает липидный бислой мембраны. Он фиксирует рецептор в мембране и участвует в передаче конформационных изменений при активации.
• Внутриклеточный каталитический домен — цитоплазматическая часть, обладающая тирозинкиназной активностью. Он содержит АТФ-связывающий сайт и каталитический центр, который фосфорилирует остатки тирозина в белках-мишенях. У многих РТК этот домен дополнительно содержит регуляторные участки, например, юкстамембранный сегмент, который может ингибировать активность в отсутствие лиганда.

Механизм активации

Активация рецепторных тирозинкиназ происходит в несколько этапов:

1. Связывание лиганда — внеклеточный домен связывается со специфическим сигнальным белком (например, фактором роста). Это вызывает конформационные изменения, которые способствуют димеризации рецептора.
2. Димеризация — два мономера РТК сближаются, образуя гомо- или гетеродимер. В некоторых случаях димеризация может происходить без лиганда, но обычно она индуцируется связыванием.
3. Аутофосфорилирование — в димере каталитические домены фосфорилируют друг друга по остаткам тирозина в регуляторных участках, что активирует киназную активность. Затем происходит фосфорилирование дополнительных тирозинов в C-концевом хвосте, которые служат сайтами связывания для адаптерных белков.
4. Рекрутирование сигнальных молекул — фосфотирозиновые участки привлекают белки, содержащие SH2- или PTB-домены, которые запускают внутриклеточные каскады (например, MAPK/ERK, PI3K/Akt, JAK/STAT).

Классификация

Рецепторные тирозинкиназы классифицируются на основе структуры внеклеточного домена и гомологии последовательностей. Выделяют более 20 семейств, наиболее изученные из которых:

• Семейство EGFR (ErbB) — включает рецепторы эпидермального фактора роста (EGFR/ErbB1, HER2/ErbB2, ErbB3, ErbB4). Участвуют в регуляции роста эпителиальных клеток; мутации и амплификации часто встречаются при раке лёгкого, молочной железы и колоректальном раке.
• Семейство InsR — рецепторы инсулина (InsR) и инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1R). Регулируют метаболизм глюкозы и рост тканей; нарушения связаны с диабетом 2 типа и акромегалией.
• Семейство PDGFR — рецепторы тромбоцитарного фактора роста (PDGFR-α и PDGFR-β) и фактора стволовых клеток (c-Kit). Влияют на ангиогенез и гемопоэз; мутации c-Kit характерны для гастроинтестинальных стромальных опухолей (GIST).
• Семейство VEGFR — рецепторы сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3). Ключевые регуляторы ангиогенеза; ингибиторы VEGFR используются в терапии рака и возрастной макулярной дегенерации.
• Семейство FGFR — рецепторы фактора роста фибробластов (FGFR1–4). Участвуют в эмбриональном развитии и заживлении ран; мутации вызывают скелетные дисплазии и некоторые виды рака.

Функции и сигнальные пути

Рецепторные тирозинкиназы инициируют несколько основных внутриклеточных каскадов:

• MAPK/ERK-путь — активируется через Ras-Raf-MEK-ERK. Регулирует пролиферацию и дифференцировку. Гиперактивация этого пути часто наблюдается при раке.
• PI3K/Akt-путь — активируется через PI3K и Akt. Контролирует выживание клеток, метаболизм и рост. Мутации PI3K характерны для многих опухолей.
• JAK/STAT-путь — активируется через JAK-киназы и STAT-факторы транскрипции. Играет роль в иммунном ответе и воспалении.
• PLCγ-путь — активирует фосфолипазу Cγ, что приводит к повышению внутриклеточного кальция и активации протеинкиназы C.

Патологии и клиническое значение

Нарушения в работе рецепторных тирозинкиназ являются одними из наиболее изученных причин онкологических заболеваний. Основные механизмы включают:

• Активирующие мутации — например, мутации EGFR при немелкоклеточном раке лёгкого (делеции в экзоне 19 или точечная мутация L858R) приводят к конститутивной активации рецептора.
• Амплификация гена — увеличение числа копий гена HER2 (ERBB2) при раке молочной железы, что стимулирует неконтролируемую пролиферацию.
• Хромосомные транслокации — например, слияние генов BCR-ABL при хроническом миелолейкозе, которое создаёт конститутивно активную тирозинкиназу.
• Аутоиммунные и метаболические заболевания — мутации в InsR вызывают синдром инсулинорезистентности, а мутации в FGFR3 — ахондроплазию.

Терапевтические подходы

Из-за центральной роли РТК в онкогенезе они стали мишенями для таргетной терапии. Основные классы препаратов:

• Малые молекулы-ингибиторы тирозинкиназ — блокируют АТФ-связывающий сайт каталитического домена. Примеры: иматиниб (ингибитор BCR-ABL и c-Kit), эрлотиниб (ингибитор EGFR), сунитиниб (ингибитор VEGFR и PDGFR). Эти препараты применяются при хроническом миелолейкозе, раке лёгкого, почечно-клеточном раке и GIST.
• Моноклональные антитела — связываются с внеклеточным доменом, блокируя связывание лиганда или индуцируя интернализацию рецептора. Примеры: трастузумаб (анти-HER2) при раке молочной железы, цетуксимаб (анти-EGFR) при колоректальном раке.
• Антитела-конъюгаты — сочетают моноклональное антитело с токсином, что обеспечивает доставку цитотоксического агента в клетки, экспрессирующие РТК. Пример: трастузумаб эмтанзин (T-DM1).

История открытия

Первые рецепторные тирозинкиназы были идентифицированы в 1970–1980-х годах. В 1978 году был открыт рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) как белок, связывающий EGF. В 1982 году Стэнли Коэн и Рита Леви-Монтальчини получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие факторов роста и их рецепторов. В 1984 году был клонирован ген EGFR, что позволило установить его гомологию с вирусным онкогеном v-ErbB. В 1986 году Майкл Бишоп и Гарольд Вармус получили Нобелевскую премию за открытие клеточных протоонкогенов, включая гены РТК. В 1990-х годах началось активное клиническое применение ингибиторов тирозинкиназ, начиная с иматиниба (одобрен в 2001 году).

Интересные факты

• Рецепторные тирозинкиназы составляют около 2% всех генов человека, но их мутации обнаруживаются более чем в 70% всех случаев рака.
• Некоторые вирусы, например, вирус саркомы Рауса, кодируют онкогены, имитирующие активированные РТК, что приводит к неконтролируемому росту клеток.
• У растений рецепторные тирозинкиназы отсутствуют; их функции выполняют рецепторные серин/треониновые киназы, что подчёркивает эволюционную специализацию этого класса у животных.

Источники

• Alberts B., Johnson A., Lewis J. et al. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. — Garland Science, 2014.
• Lemmon M. A., Schlessinger J. Cell signaling by receptor tyrosine kinases // Cell. — 2010. — Vol. 141, No. 7. — P. 1117–1134.
• Blume-Jensen P., Hunter T. Oncogenic kinase signalling // Nature. — 2001. — Vol. 411, No. 6835. — P. 355–365.
• Cohen P. The role of protein phosphorylation in human health and disease // European Journal of Biochemistry. — 2001. — Vol. 268, No. 19. — P. 5001–5010.
• Hanahan D., Weinberg R. A. Hallmarks of cancer: the next generation // Cell. — 2011. — Vol. 144, No. 5. — P. 646–674.