МГУ им. М. В. Ломоносова.

Курсовая работа по биоинформатике на тему

Поиск белков-мишеней циклопентеноновых простагландинов.

Научный руководитель: д.х.н. Сергеева Марина Глебовна

Студент: Решетников Роман

Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ

Группа 201

Москва 2003 год.

Аннотация

Циклопентеноновые простагландины (ЦПГ) активно исследуются в настоящее время как ключевые участки терапевтических стратегий нового поколения для лечения таких заболеваний как острые и хронические воспаления, рак, аутоиммунные заболевания. В данной работе была поставлена задача выявления возможных белков-мишеней действия циклопентеноновых простагландинов методами сравнения первичных белковых последовательностей и поиска родственных гомологов. За основу были взяты белки клеток человека, для которых точно известно, что они связывают циклопентеноновые простагландины – PPAR. Проведено их сравнение с белками других классов ядерных рецепторов (рецепторы тироидных, стероидных гормонов, ретиноевой кислоты). Выявлены участки консервативных последовательностей как имеющие отношение к процессу выполнения рецептором функций после активации циклопентеноновыми простагландинами. При сравнении лиганд-связывающих участков PPAR выделены специфические последовательности. Поиск гомологов привел к описанию нескольких белков, которые могут быть возможными мишенями действия циклопентеноновых простагландинов.

Введение

Разработка новых эффективных стратегий коррекции развития таких патологических процессов, как острые и хронические воспаления, сердечно-сосудистые заболевания и рак относится к фундаментальным проблемам, т.к. расширяет наши представления о молекулярных, биохимических и физиологических процессах живого, а также расширяет базу для решения прикладных задач фармакологии и медицины. Важную роль в регуляции процессов воспаления играют простаноиды [1]. В последние годы из этого класса веществ в отдельную группу выделяются так называемые циклопентеноновые простагландины, которые образуются при протекании воспалительных процессов и других условиях повышенного синтеза простаноидов [2]. Эти вещества обладают антипролиферативной и противовоспалительной активностью. Простаноиды синтезируются клетками из арахидоновой кислоты и действуют на клетки, активируя рецепторы плазматической мембраны, которые относятся к семейству G-белок связывающих рецепторов. Циклопентеноновые простагландины, которые образуются из простаноидов группы Е и Д, оказывают свое действие через белки-мишени, находящиеся внутри клеток. Таким образом, в рамках одного цикла превращений «арахидоновая кислота – простагландины – циклопентеноновые простагландины» образуется новое сигнальное вещество, действующее на принципиально другой тип рецепторов, т.е. происходит переключение сигнала с плазматической мембраны на внутриклеточные белки-мишени. Такая смена ответов является уникальной для простагландинов и не описана для других классов гормонов. Выявление механизмов синтеза и реализации действия циклопентеноновых простагландинов на уровне клеток, определение взаимосвязи функций этих веществ с действием арахидоновой кислоты и простагландинов на клетки и являются задачами современных исследований.

Значительную волну интереса к циклопентеноновым простагландинам вызвало в 1995 году открытие того факта, что 15d-PGJ2 является лигандом-активатором для PPAR [3,4]. PPAR являются членами суперсемейства ядерных рецепторов и включают в себя три типа – PPAR-альфа, бета и гамма. PPAR формируют гетеродимеры с ретиноидным рецептором и активируют экспрессию некоторых генов. Связывание лигандов, таких как 15d-PGJ2 с PPAR-гамма ведёт к активации транскрипции генов, имеющих PPAR-реагирующий элемент, локализованный на энхансере или промоторе. Альтернативно, связывание лиганда с рецептором может вести и к супрессии других генов, включая гены, кодирующие iNOS, TNF, COX-2 [5,6]. Однако существуют доказательства в пользу того, что существует альтернативный, PPAR-гамма-независимый механизм действия 15d-PGJ2. В настоящее время получены данные, что транскрипционный фактор NF-каппаB является также мишенью рецептор-независимой репрессии генов 15d-PGJ2 [7]. Имеются указания на существование других мишеней действия [8].

Целью данной работы является выявление возможных белков-мишеней действия циклопентеноновых простагландинов методами сравнения первичных белковых последовательностей и поиска родственных гомологов.

Были поставлены следующие задачи:

1. Определить основные понятия данной области исследования и информационных ресурсов Internet.

2. Провести поиск гомологов PPAR и построить соответствующие филогенетические деревья.

3. Сравнить белковые последовательности рецепторов к тироидным, стероидным гормонам, а также ретиноевой кислоте с PPAR для выявления сходств и различий в механизмах их действия.

4. Выделить участки белковых последовательностей PPAR, связывающие циклопентеноновые простагландины, и провести поиск гомологичных белков.

Методы и материалы

1. Поиск информации и определение основных информационных ресурсов. Сбор информации проводился с помощью Internet, были использованы поисковые системы Google и Rambler. Кроме этого, мы использовали базу PubMed банка данных NCBI.

2. Построение филогенетических деревьев белков семейства ядерных рецепторов. Поиск белковых последовательностей проводился в банке данных SwissProt. Выравнивание последовательностей было проведено с помощью программы ClustalW, матрица выравнивания BLOSUM 62. Деревья были построены с помощью пакета Phylip на сайте института Пастера, визуализированы с помощью программы TreeView.

3. Сравнение белковых последовательностей LBD ядерных рецепторов для выявления схожих участков. Для найденных записей мы выбирали уже выделенные в SwissProt LBD. Выравнивание проводилось с помощью программы AliBee, матрица выравнивания BLOSUM 62, визуализированы с помощью программы GeneDoc.

4. Сравнение белковых последовательностей PPAR с другими белками, связывающими циклопентаноновые простагландины. Поиск гомологов на основе результатов проделанной работы. Выравнивание было проведено с помощью программы AliBee, матрица выравнивания BLOSUM 62, визуализировано с помощью программы GeneDoc. Поиск гомологов проводился в банке доменов ProSite. При построении паттернов мы пользовались таблицей функционального сходства аминокислотных остатков, размещенной на сайте факультета биоинженерии и биоинформатики http://kodomo.cmm.msu.ru/FBB/index.html.

Результаты

1. Поиск информации и определение основных информационных ресурсов.

В результате поиска информационных ресурсов Internet были найдены следующие web-страницы:

1.http://obi.img.ras.ru/humbio/default.htm- русскоязычный сайт, содержащий информацию по разным областям медицины и по биоинформатике.

2.http://www.med2000.ru/perevod/perevod19.htm- сайт содержит энциклопедии, справочники, статьи, в том числе и переводные, на медицинскую тематику.

3.http://www.ncbi.nlm.nih.gov- огромный банк данных по белковым и другим последовательностям, статьи, книги, таксономия и многое, многое другое.

4.http://www.consilium-medicum.com/media/onkology/01_02/48.shtml- здесь можно найти информацию о ретиноевой кислоте.

5.http://www.vsma.ac.ru/~pharm/library/books/endo/part1-2.htm- учебник по эндокринологии.

На базе найденных ресурсов были определены основные положения и понятия, используемые в данной работе, которые приведены в приложении 1.

Анализ литературы показал, что PPAR, рецепторы к стероидным, тироидным гормонам, ретиноевой кислоте имеют функциональное сходство в механизмах их действия. Помимо этого, вышеперечисленные рецепторы имеют схожую доменную организацию.

Рисунок 1. Обобщенная схема доменной структуры ядерных рецепторов.

Источник: Molecular Cell Biology 10. Regulation of Transcription Initiation 10.7. Molecular Mechanisms of Eukaryotic Trascriptional Control

PPAR, не указанные на рис.1, имеют схожую доменную структуру.

Рисунок 2. Обобщенная схема доменной структуры PPAR .

Источник: http ://www .comparative -hepatology .com /content /2/1/3

Наиболее консервативным регионом является С, который состоит из домена, связывающегося с ДНК. Домен E/F является доменом связывания с лигандом и содержит AF2 лиганд-зависимый активационный домен. Находящийся на N-конце A/B домен состоит из AF1 лиганд-независимого активационного домена. D-домен представляет собой своеобразный высокопластичный шарнир.

Домен AF2, показанный на рис. 2, является лиганд-зависимым. По этой причине при дальнейшей работе мы не рассматривали домен E/F как два различных, для нас это был один домен, связывающийся с лигандом (в дальнейшем LBD).

Известно, что DBD у всех ядерных рецепторов состоит из двух цинк-фингерных доменов. В SwissProt домен, связывающийся с ДНК, несмотря на этот факт, рассматривается единое целое. Это связано с высокой степенью консервативности, демонстрируемой этим доменом. Мы также не рассматривали этот домен как два различных.

2. Построение филогенетических деревьев белков семейства ядерных рецепторов.

Критерием отбора белков была принадлежность последовательности семейству стероидных/тироидных рецепторов, либо рецепторов ретиноевой кислоты, либо PPAR. Другим условием отбора была видовая принадлежность белков (Homo sapiens).

Затем мы построили филогенетические деревья для найденных последовательностей: по полной последовательности (рис. 3) и по домену, связывающемуся с ДНК (в дальнейшем DBD) (рис. 4). Домены были выявлены из записей SwissProt.

Все обозначения последовательностей, принятые в рисунках 3 и 4 соответствуют Entry name последовательностей в SwissProt. Расшифровки обозначений с указанием полного имени, длины последовательности в аминокислотных остатках, веса белка в килоДальтонах и другой информации помещены в таблицу (см. приложение 2).

Рисунок 3. Филогенетическое дерево полных последовательностей ядерных рецепторов.

Рисунок 4. Филогенетическое дерево DBD ядерных рецепторов.

Рисунки 3 и 4 отражают в целом идентичную картину, различия в них обусловлены наличием в полной последовательности других доменов с незначительной относительной гомологичностью. При этом рецепторы тироидных гормонов (на рисунках THB1, THA) гораздо ближе к PPAR, чем к рецепторам стероидных гормонов.

Видно, что рецепторы стероидных гормонов выделились в группу, наиболее удаленную ото всех остальных (рис. 3, 4).

Интересным фактом является то, что Х-рецепторы ретиноевой кислоты, которые связываются с лигандом как гетеродимер в паре с PPAR , на дереве, построенном для DBD, располагаются близко к PPAR, в то время как на дереве полных последовательностей они ближе к стероидным рецепторам (рис. 3 и 4). По-видимому, это отражает тот факт, что вышеназванные рецепторы имеют схожие механизмы связывания с ДНК и совершенно различные механизмы связывания со своими лигандами.

Общей же картиной является разделение рецепторов в зависимости от того, с каким лигандом они связываются, все последовательности разделились на группы эстрогеновые рецепторы- Х-рецепторы ретиноевой кислоты- тироидные рецепторы- PPAR и так далее.

При проведении выравниваний мы обнаружили значительную консервативность в области DBD, в то время как в области LBD подобной картины не наблюдалось. Исходя из этого, мы заключили, что функциональное сходство рецепторов стероидных/тироидных гормонов, ретиноевой кислоты и PPAR базируется в основном на механизме связывания с ДНК, различия же кроются в LBD.

3. Сравнение белковых последовательностей LBD ядерных рецепторов для выявления схожих участков.

Работа белков-рецепторов базируется на высоко специфическом взаимодействии белка с молекулой-лигандом. Для этого взаимодействия необходима достаточно «твердая» пространственная структура. Поэтому биологическая функция белков тесно связана с определенностью их трехмерных структур. Знание молекулярной трехмерной структуры белка необходимо для понимания функционирования белковой молекулы.

Подавляющая часть того, что мы знаем о трехмерных белковых структурах, относится к водорастворимым глобулярным белкам. Для мембранных же и фибриллярных белков расшифрованы лишь считанные пространственные структуры или отдельные фрагменты. Причина- водорастворимые белки легче выделять в виде отдельных молекул и их структуру легче изучать методами рентгеноструктурного анализа и ЯМР. К сожалению, PPAR не относятся к водорастворимым глобулярным белкам. В банке данных SwissProt последовательность PPAR-гамма расписана по вторичной структуре, однако пространственная структура неизвестна. Чтобы выйти из сложившейся ситуации нами была разработана следующая стратегия.

Мы сравнивали первичные структуры LBD PPAR с группами LBD ядерных рецепторов, выделившихся на рисунках 3 и 4. Затем мы вычеркивали консервативные позиции, полагая, что они ответственны за схожесть в механизмах действия. Нам же известно, что ни один белок из рассматриваемых нами, кроме PPAR, не способен связывать циклопентаноновые простагландины, следовательно, в участках связывания не должно быть консервативных позиций.

Рисунок 5. Фрагмент выравнивания белковых последовательностей LBD рецепторов стероидных гормонов и PPAR .

Для иллюстрации процесса рассмотрим рис. 5. Выравнивание, представленное на рис.5 выполнено в формате GeneBee, в котором консервативные позиции обозначаются знаком (*). Серым выделен столбец, содержащий единственную аминокислоту- пролин. Согласно нашей методике, мы рассматриваем эту позицию как определяющую функциональное сходство между механизмами связывания с лигандом рецепторов стероидных гормонов и PPAR. Следовательно, мы ее вычеркиваем. Конечным результатом такой работы будут являться «урезанные» белковые последовательности, представленные на рис. 6.

Рисунок 6. Результат вычеркивания консервативных позиций из белковых последовательностей рецепторов стероидных гормонов и PPAR .

На рис.6 вычеркнуты все консервативные позиции. Светло- серым обозначены позиции, содержащие родственные аминокислотные остатки. Такие столбцы мы оставляли для дальнейшей работы. При подтверждении консервативности в результате выравнивания с другим классом рецепторов мы их вычеркивали, если же такового подтверждения мы не получали, то такие позиции сохранялись.

Результатом проделанной работы явились белковые последовательности LBD PPAR изоформа альфа, бета и гамма с оставленными в них участками, не встречающимися в последовательностях LBD других ядерных рецепторов.

Рисунок 7. Фрагмент последовательностей LBD PPAR , получившихся в результате вычеркивания.

На рис. 7 приведена иллюстрация результата описанной выше работы. Светло- серым обозначены столбцы, содержавшие аминокислотные остатки с подтвердившейся консервативностью.

4. Сравнение белковых последовательностей PPAR с другими белками, связывающими циклопентаноновые простагландины. Поиск гомологов на основе результатов проделанной работы.

4.1. Сравнение белковых последовательностей PPAR с другими белками, связывающими циклопентеноновые простагландины.

Мы решили проверить результаты проделанной работы, сравнив последовательности PPAR с последовательностями других белков, про которые достоверно известно, что они связываются с циклопентаноновыми простагландинами. Для этой цели был выбран ингибитор NF-kB альфа (см. Приложение 1).

Рисунок 8. Фрагмент выравнивания белковых последовательностей ингибитора NF - kB альфа и PPAR .

На рис. 8 приведен фрагмент выравнивания последовательностей ингибитора NF-kB альфа и PPAR. Серым отмечены вычеркнутые нами позиции, эти участки мы не рассматриваем. Символом (*) обозначены консервативные позиции.

При сравнении с белком совсем другого класса и механизма действия, который имеет сходство с PPAR только в том, что способен связывать циклопентеноновые простагландины, к оставленным нами позициям, полученным при сравнении с ядерными рецепторами добавилось лишь незначительное количество уже вычеркнутых, что подтвердило наше исходное предположение. Консервативные позиции, располагающиеся в участках, не выделенных серым, и есть объекты нашего исследования. Такие позиции, определенные нами (см. п. 3), являются значимыми и могут нести биологический смысл.

4.2. Поиск гомологов на основании полученных результатов.

Дальнейшим шагом было составление паттернов на основе полученных результатов и поиск гомологов с помощью банка доменов ProSite. При составлении паттернов мы учитывали тот факт, что в процессе эволюции некоторые аминокислотные остатки могут быть заменены на функционально схожие, некоторые могут быть «вырезаны», а некоторые- добавлены. В конечном итоге мы получили следующие результаты.

Паттерн (1) был составлен для позиций 318_327 последовательности P 37231 (PPAR-гамма человека). Мы даем только эту последовательность ввиду того, что выравнивание всех PPAR с вычеркнутыми позициями мы не приводим из-за его внешней неинформативности, но все результаты могут быть легко воспроизведены пытливым читателем на основании данных, которые мы приводим. Необходимо добавить, что в дальнейшем мы не будем указывать в результатах поиска последовательности PPAR-альфа, бета и гамма ввиду того, что работа велась на их основе и их появление в результатах не несет никакой смысловой нагрузки, кроме подтверждения правильности составления паттернов. Паттерн (1) выглядит следующим образом:

V-X(2)-V-X-[DE]-[LI]-T-X-[FY]

Результатом поиска по таксону Homo sapiens были последовательности:

Q 07864 (DPOE _HUMAN ) - ДНК-полимераза эпсилон, каталитическая субъединица А, позиции 1800_1809;

P 51157 (RB 28_HUMAN )- Родственный Ras белок Rab-28, позиции 89_98 во всех изоформах.

P 31939 (PUR 9_HUMAN ) - Бифункциональный белок биосинтеза пурина, позиции 48_57.

Необходимо добавить, что в структуре PPAR-гамма эти позиции входят в состав альфа-спирали.

Паттерн (2) был составлен примерно для той же области, позиции 320_332 последовательности P 37231 (все та же альфа-спираль с участком поворота). Он составлялся на основе выравнивания с ингибитором NF-kB альфа:

[TA]-[AV]-X-[HE]-[LI]-[AT]-[VE]-X(2)-[QK]-X(1,2)-P

Результатом поиска по таксону Homo sapiens были последовательности:

P 25963 (IKBA _HUMAN ) - ингибитор NF-kB альфа, позиции 219_230;

Q 15653 (IKBB _HUMAN ) - ингибитор NF-kB бета, позиции 60_72.

Паттерн (3) был составлен для позиций 374_387 последовательности P 37231 . Обозначенная область представлена на рис. 8, начиная с первого глицина. Это уже другая альфа-спираль в комплексе с двумя поворотами. Выглядит он следующим образом:

G -X (2)-T -X -E -X -L -X (2)-L -X (0,2)-P

Результатом поиска по таксону Homo sapiens были последовательности:

P 25963 (IKBA _HUMAN ) - ингибитор NF-kB альфа, позиции 270_281.

Q 9ULD 8 (KCH 3_HUMAN ) - Калиевый потенциалзависимый канал, подсемейство Н. Позиции 551_562.

Был проведен поиск научных статей, посвященных работам с циклопентеноновыми прстагландинами, который показал, что некоторые белки из представленных выше способны связываться с ЦПГ. Это ДНК-полимераза [9], белки семейства H-Ras [10] и ингибитор NF-kB альфа [7]. По остальным белкам мы не нашли подобной информации, но мы рассматриваем их как потенциальные белки-мишени для циклопентеноновых простагландинов.

Мы предполагаем, что в случае с PPAR именно эти две альфа-спирали вступают во взаимодействие с вышеназванным лигандом, возможно, используя разные механизмы, что может объяснить отсутствие в списке гомологов для второго и третьего паттернов ДНК-полимеразы и белка, родственного Ras.

Обсуждение результатов

Итак, на основе анализа литературы, проведенных выравниваний и построенных филогенетических деревьев мы сделали вывод, что ядерные рецепторы имеют функциональное сходство в основном за счет области связывания с ДНК. Исходя из этого, мы заключили, что можно произвести анализ того, каков механизм связывания белка PPAR с циклопентаноновым простагландином за счет сравнения участков связывания с лигандом белков семейства ядерных рецепторов. Мы вычеркнули из последовательностей PPAR позиции, оказавшиеся консервативными в процессе выравнивания этих последовательностей с группами последовательностей рецепторов стероидных, тироидных гормонов, ретиноевой кислоты.

По получившимся «урезанным» последовательностям мы составили паттерны с целью идентифицировать функции того или иного участка. В результате мы получили список гомологичных белков, часть которых обладает способностью связываться с циклопентаноновыми простагландинами, часть рассматривается нами в качестве потенциальных белков-мишеней для них.

Список используемой литературы

1. Варфоломеев С.Д., Мевх А.Т. Простагландины – молекулярные биорегуляторы. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. – 308 с.

2. Gilroy, DW, et al (1999) Nature Med. 5 , 698.

3. Forman B.M. et al (1995) Cell 83 , 803

4. Kliewer S.A. et al (1995) Cell 83 , 813.

5. Ricote, M. et al (1998) Nature 391 , 79.

6. Jiang, C. et al (1998) Nature 391 , 82.

7. Rossi, A. et al (2000) Nature 403 , 103.

8. Negishi M and Katoh H. (2002) Prostaglandins & other Lipid Mediators 68-69 , 611.

9. Ono K. et al (1987) Adv Prostaglandin Thromboxane Leukot Res. 17B, 976.

10. Oliva J.L. et al (2003) Proc Natl Acad Sci U S A 100 , 4772.

11. Auwerx J. et al (1999) Cell 97 , 161.

12. Straus D. and Glass C.K. (2001) Med. Res. Rev . 21 , 185.

13. Hihi A.K. et al (2002) Cell. Mol. Life Sci . 59 , 790.

14. Boitier E. et al (2003) Comparative Hepatology 2 , 3.

Приложение 1.

Рецептор.

Рецепторы - это специальные соединения на поверхности или внутри клеток органа-мишени, которые связывают гормон (в общем случае лиганд), доставляемый к его месту действия кровью, и, как следствие такого связывания, индуцируют реакции (или серию реакций), обеспечивающие конечный эффект гормона (лиганда).

Гормональные рецепторы являются крупномолекулярными белками, способными нековалентно связывать гормон, и делятся на две группы в зависимости от типа связываемого гормона.

Липофильные гормоны (стероиды, тироиды) легко проходят через клеточную мембрану и связываются с рецептором, локализованном либо в цитоплазме, либо в ядре клетки.

Гидрофильные гормоны, не способные проникать внутрь клетки, связываются с рецепторами на поверхности клетки, что обеспечивает запуск передачи сигнала внутри клетки.

Независимо от локализации, рецепторы имеют ряд общих характеристик.

1. Рецепторы имеют высокое сродство к соответствующему гормону, так что значительное связывание происходит при довольно низкой концентрации гормона, обычно наблюдаемой в циркуляции. Из-за прочного связывания, гормоны часто остаются связанными с рецепторами и таким образом удлиняют свое биологическое действие.

2. Рецепторы обнаруживают высокую степень структурной специфичности: рецептор для данного гормона будет связывать только этот гормон или близкородственное соединение. Обычно существует хорошая корреляция между сродством рецептора к гормональному аналогу и биологической активностью этого аналога.

3. Рецептор обнаруживает тканевую специфичность, и значительное содержание рецептора обнаруживается только в ткани-мишени этого гормона. Таким образом, тканевая и структурная специфичность рецепторов обеспечивает то, что гормон действует только в своей ткани-мишени.

4. Связывание гормона с рецептором вызывает соответствующий биологический ответ.

PPAR.

PPAR принадлежат суперсемейству стероидных/тироидных ядерных гормональных рецепторов. Они найдены во многих видах, включая Xenopus , мышь, крыса, человек. Имеется 3 изоформы (a, b/d, g) соответственно NR1C1, NR1C2 и NR1C3, согласно единой номенклатуры ядерных рецепторов, которые имеют типичный домен организации ядерных рецепторов [11]. N-концевой A/B домен содержит лиганд-независимую функцию трансактивации. В a и g изотипах активность этого домена может регулироваться фосфорилированием MAPK. C- конец – это DNA связывающий домен с типичным мотивом “two zinc-finger-like», как ранее было показано для стероидных рецепторов. E/F домен – связывает лиганд. Он содержит лиганд-зависимую функцию трансактивации, AF-2, и способен взаимодействовать с коактиваторами транскрипции, такими как SRC-1 и CBP, в лиганд-зависимой манере. PPAR действуют как промотеры генов-мишеней как гетеродимеры с обязательным партнером RXR (NR2B), ядерном рецепторе для 9-cis ретиноидной кислоты. Для сравнения изоформ смотри обзор [12, 14].

Лиганд-связывающий домен PPAR (LBD )

Содержит трансактивационную функцию, которая впервые была охарактеризована в опытах по трансфекции, использующих PPAR LBD сплавленный с DNA-связывающим доменом рецепторов к эстрогену. Эти исследования показали, что соединения, вызывающие пероксисомную пролиферацию способны активировать PPAR. Дальнейшие исследования показали, что PPARs могут быть активированы множеством полиненасыщенных жирных кислот в микромолярном концентрационном диапазоне, а также маленькими синтетическими молекулами типа тиазолидиндионов и L-тирозин анологи в наномолярном диапазоне. Наблюдаемые различия в лигандах к PPAR привели к предположению, что они отражают некоторые необычные свойства лиганд-связывающего домена. Тем не менее, PPAR LBD представляет общую трехмерную складку, очень похожую на другие рецепторы. PPARa, PPARb/d, PPARg LBD состоят из 13 a-спиралей и маленкого четырех-скрученного b листа, образующих большой Y-образный гидрофобный карман. Этот карман представляет лиганд-связывающую полость и имеет объем примерно 1300 А³ , что вдвое больше, чем у других ядерных рецепторов. Например, лиганд-связывающая полость тироидного рецептора имеет объем около 600 А³ . В случае PPARb/d и -g, лиганд занимает ~ 30-40% кармана, в противоположность тироидному рецептору, где лиганд заполняет около 90% кармана. Кроме большого размера, другая характерная черта PPAR-связывающего кармана заключается в том, что нижняя часть запечатывается спиралью 2, которая отсутствует в других ядерных рецепторах. Эта особенная спираль может увеличивать размер кармана, и возможно участвует во входящем канале для лиганда. Положение лиганда в PPARb LBD была определена для EPA. EPA взаимодействует врямо с С-концевой спиралью, содержащей the activation function 2 core (ядро). Его гидрофобный хвост может принимать 2 конформации внутри полости, каждая из которых стабилизируется гидрофобным взаимодействием с LBD. Однако, карман PPARb LBD отчасти узковат в области AF-2 спирали, что затрудняет прием некоторых лигандов, таких как тирозин-содержащих молекул, что и вносит вклад в особенности связывания на этом подтипе. Интересно, что структурное выравнивание лиганд-связывающих полостей PPAR a and PPARg в сочетании с анализом мутантов, показало, что селективность лигандов зависит от идентичности одной аминокислоты в спирали 5 (тирозин в PPAR a и гистидин в PPARg . Эта селективность кажется консервативной между различными классами лигандов и соответствует внутренним свойствам рецепторов. Характеристики PPARb LBD дают представления о предрасположении PPARs к взаимодействию к различным натуральным и синтетическим лигандам.

Таблица 1. Лиганды PPAR (подчеркнуты эндогенные лиганды).

*LG100268 is a combined PPARa, PPARg and RXR agonist

**Rosiglitazone [141: Bishop-Bailey D 2002, Circ Res 91:210]

***Diclofenac [Adamson DJ 2002 Mol Pharm 61(1)7]

Рисунок 10. Синтез циклопентеноновых простагландинов.

Источник : . Straus D. and Glass C.K. (2001) Med. Res. Rev. 21 , 185.

Рисунок 6. Возможные пути реализации эффектов циклопентеноновых простагландинов.

Провоспалительные стимулы ( липополисахарид (LPS), интерлейкин 1-бета ( IL-1-beta) и другие факторы) активируют фактор транскрипции (NF-kB), который приводит к активации различных генов, участвующих в развитии воспалительных ответов. В их числе COX-2 (циклооксиназа- 2), которая синтезирует простагландины из арахидоновой кислоты (АА). Простагландины групп E и D превращаются в циклопентеноновые простагландины А и Y соответственно. Циклопентеноновые простагландины ингибируют активацию NF-kB через действие на соответствующую киназу (IKK) или PPAR, активация которых приводит к супрессии воспалительных ответов.

?- означает гипотетические пути.

Erk- активация MAPкаскада. MAP- митоген- активированные белки.

Схема составлена по материалам работ [2, 5, 7, 8, 14].

Приложение 2.

Таблица 2. Обозначения, принятые в рисунках 3 и 4.