Структура и функции нейтральных протеаз

Ключевая роль кальпаинов в нервной системе определяется в большей степени тем, что эти пептидгидролазы характеризуются двойной системой контроля их активности; одной, общей для всех протеолитических ферментов и обеспечиваемой специфическими эндогенными ингибиторами и реактивными предшественниками ферментов, и другой - регулируемой концентрацией эндогенного Са2+. Сочетание в первичной структуре Са2+ - зависимой нейтральной протеазы протеолитического и Са2+ - связывающего доменов, по-видимому, дает возможность строго регулировать активность фермента и включать его в обмен в зоне локального повышения концентрации Са2+, определяя тем самым топографию и временной контроль биологического процесса (Азарян, 1989).

Кальпаины изменяют активность и некоторых протеинкиназ. Так одна из протеинкиназ, осуществляющая фосфорилирование белка 6S рибосом, активируется кальпаинами, а действие последних усиливается при образовании комплексов инсулина с рецепторами на плазматических мембранах клеток (Kenyon et al., 2003).

При наличии в нейтрофилах человека микромолярных концентраций Са2+, и кальпаин, и протеинкиназа С ассоциируют с плазматическими мембранами. Это связывание обуславливает активацию протеиназы, которая в свою очередь осуществляет ограниченный протеолиз протеинкиназы с образованием активной ее формы, не нуждающейся в Са2+ и фосфолипиде. Активированная таким образом протеинкиназа диссоциирует с мембраны клеток и действует внутриклеточно на белки. В отсутствие протеиназы кальций содействует связыванию протеинкиназы С, однако превращение ее в независимую от кальция и фосфолипида форму не происходит и фермент остается ассоциированным с мембраной (Chua et al., 2000). Активирование кальпаина путем связывания его с мембраной наблюдается и в эритроцитах (Иванов и др., 1999). Имеются данные и об изменениях агрегационных свойств субъединиц цАМФ-зависимой протеинкиназы в клетках легкого новорожденных мышей путем ограниченного протеолиза с участием кальпаина. Следует отметить, образование в тромбоцитах человека Са2+-независимой протеинкиназы (молекулярная масса 50 тыс. дальтон) из более высокомолекулярного, зависимого от этого иона предшественника, также осуществляется при участии кальпаина (Chua et al., 2000).

Кальпаин с помощью ограниченного протеолиза активирует триптофангидроксилазу клеток печени животных, регулирующих биосинтез серотонина, а также катализирует образование из предшественников кининов, участвующих в воспалительных процессах. Из эритроцитов печени была выделена протеиназа, которая расщепляет пируваткиназу, причем последняя дефосфорилируется, и ее сродство к фосфоенолпировиноградной кислоте снижается (Локшина, 1985).

Показано, что действие таких биологически активных факторов, как полипептидные факторы роста, в частности эпидермальный фактор роста, контролируется путем ограниченного протеолиза с помощью кальпаинов. Имеются сообщения, что кальпаины могут принимать участие и в ограниченном протеолизе факторов роста связанных с рецепторами (Сологуб, Пашковская, 1988).

Кальпаины расщепляют различные белки, однако не действуют на низкомолекулярные синтетические субстраты, обычно используемые при определении активностей других протеиназ. Показано, что кальпаины мозга свиньи и обезьяны гидролизуют некоторые нейропептиды и либерины. Из мышцы сердца обезьяны выделен фермент этого типа, обладающий энкефалиназной активностью (Панченко и др., 1999), а из скелетных мышц человека кальпаины, действующие на нейротензин, динорфин, люлиберин, вещество Р и соматостатин. Кальпаины способны расщеплять также казеин, гемоглобин, однако не действуют на альбумин сыворотки крови. Интересно отметить, что фосфорилированные белки более чувствительны к действию этих ферментов, чем неэстерифицированные их формы (Лишманов и др., 1997).