Прогестерон играет центральную роль в становлении беременности и поддерживает успешное ее течение. В последнее время было выявлено, что для сохранения гестации необходим не только прогестерон, но и его рецепторы (РП), ведь именно их поражение является причиной 70% случаев невынашивания беременности [2].
Действие прогестерона через ядерные рецепторы
Большинство эффектов прогестерона в организме человека опосредуется его ядерными рецепторами, являющихся, по существу, белками, регулирующими транскрипцию. Ядерные рецепторы названы так за их локализацию в клетке: при нормальном функционировании взаимодействие с лигандом (прогестероном) приводит к формированию комплекса лиганд-рецептор с последующей транслокацией в ядро и активацией экспрессии спектра специфических генов. Другими словами, образовавшийся комплекс прогестерон + РП обладает сильной транскрипционной активностью. Наиболее распространенными изоформами РП являются РП-А и РП-В, возникающие в результате действия разных промоторов и различающиеся между собой наличием фрагмента из 164 аминокислотных остатков у РП-В [18]. Обе формы РП имеют одинаковые лиганд- и ДНК-связывающие активности, но различаются по транскрипционной активности. По всей видимости, благодаря большему размеру, РП-В, как правило, является более сильным транскрипционным активатором, чем РП-А [14], причем гены, регулируемые разными изоформами, мало перекрываются. РП-В действует как транскрипционный активатор генов в различных клетках, РП-А не активирует транскрипцию, а чаще работает как строгий репрессор транскрипционной активности, моделируемой через РП-В и другие стероидные рецепторы. В норме РП-А и РП-В синтезируются в эквимолярном соотношении [6].
В структуре РП, представляющего собой одиночную белковую молекулу, выделяют несколько функциональных доменов. Особое значение имеют лиганд- и ДНК-связывающие домены, а также активационные функции (AF) – аминокислотные последовательности, ответственные за координацию большого транскрипционного комплекса. AF-1 локализована в аминотерминальной части молекулы РП и регулирует специфичность промотора гена-мишени через взаимодействие с компонентами транскрипционного комплекса и коактиваторами. AF-2 локализована в лигандсвязывающем домене, содержит последовательности для димеризации, связывания вспомогательных белков, межмолекулярного торможения и внутримолекулярной репрессии. Уникальная AF-3 присутствует только в РП-В, может работать как самостоятельно, так и усиливая другие активационные функции [40]. Участок рецептора, связывающийся с ДНК, содержит две выступающие структуры – С1 и С2. С1 принимает участие в непосредственном связывании с гормончувствительными элементами (ГЧЭ – GRE/PRE) ДНК, а С2 – в образовании гомодимеров и гетеродимеров рецепторов [4, 40].
Кроме вышеупомянутых рецепторов, у человека идентифицирован РП-С, который увеличивает транскрипционную активность РП-А и РП-В. Описаны и другие минорные изоформы РП: M, S. РП-C короче изоформы А, в ней отсутствует не только фрагмент из 164 аминокислотных остатков, но и часть ДНК-связывающего домена, поэтому РП-С транскрипционно неактивна, как и остальные минорные изоформы [44].
Репродуктивная роль рецепторов прогестерона
Для выявления репродуктивной роли РП-А и РП-В было проведено немало экспериментов на животных, у которых избирательно удалялись РП-А и РП-В [7, 28]. Абляция РП-A не влияла на реакцию молочной железы и тимуса в ответ на прогестерон, но приводила к тяжелым нарушениям функции яичников и матки, и способствовала женскому бесплодию. Удаление РП-B показало, что их абляция не влияет на реакцию яичников, матки и тимуса, но угнетает морфогенез молочных желез во время беременности. Таким образом, был сделан вывод о том, что РП-A необходимы для реализации прогестерон-зависимых ответов репродуктивной системы, тогда как изоформа РП-B требуется для пролиферации и дифференцировки молочной железы.
Вспомогательные белки
В отсутствие прогестерона РП находятся в комплексе с несколькими вспомогательными белками, которые оставляют открытым на поверхности глобулы лишь лигандосвязывающий домен [45]. В состав комплекса входят – шапероны (hsp90, hsp70, hsp40), белок р23 и иммунофилины: циклофилин 40, связывающий циклоспорин А, белки FKBP51 и FKBP52, связывающие иммуносупрессорный агент FK506, а также протеинфосфатаза 5 (фермент, гидролизующий связь фосфата с аминокислотными остатками белковых субстратов). Функциональная роль вспомогательных белков включает посттранскрипционную модификацию рецепторной молекулы, маскировку активных центров рецептора, защиту молекулы от действия протеиназ и связывание рецептора с внутриклеточной транспортной системой.
Указанные олигомерные комплексы рецепторов формируются в ходе сложного динамического процесса межбелковых взаимодействий с участием белков: Hsp40, Hsp70, hip и hop [8, 16].
Центральное место в поддержании рецептора в состоянии готовности к связыванию лиганда занимает Hsp90, экспрессируемый практически во всех клетках. Важную роль в функционировании Hsp90 играют связывание АТФ и АТФазная функция. Присоединение АТФ стимулирует связывание кошаперона р23 и ослабляет взаимодействие Hsp90 с белками-«клиентами». Гидролиз АТФ обеспечивает возвращение Hsp90 к состоянию готовности к новому циклу шаперонинга [29, 36].
Корегуляторы рецепторов прогестерона
Считается, что специфичность гормонального действия формируется в значительной мере на уровне корегуляторов. К ним относятся коактиваторы и корепрессоры, представляющие большую группу белков с различными механизмами действия [24]. Одним из механизмов реализации разных гормональных стимулов служит предпочтительность взаимодействия рецепторов с теми или иными корегуляторами. Ряд корегуляторов экспрессируется тканеспецифично, что также служит основой уникальности спектра действия гормонов. Иными словами, в зависимости от набора РП и их корегуляторов в разных тканях и разновидностях клеток прогестерон может иметь различные действие. Активность корегуляторов может контролироваться рядом факторов, например, путем фосфорилирования [22]. К коактиваторам относятся семейство белков SRC (steroid receptor activator), SPA/SRPA (steroid receptor RNA activator), E6-AP/RPF1 (убиквитинзависимая лигаза), ASC-2 (ядерный белково-активирующий сигнальный коинтегратор-2), L7/SPA (специфический коактиватор для антагонистов стероидов), ARA (androgen receptor associated proteins), семейство белков PIAS (protein inhibitor of activated signalntramsducer and activator of transcription), белок SNURF (small nuclear RING finger protein), BRCA1 белок, CBP/h300 белок. Корепрессорами рецепторов стероидных гормонов являются белки N-CoR SMRT.
Регуляция рецепторов прогестерона
Общепринятым является представление о том, что главным физиологическим регулятором экспрессии ядерных рецепторов внутри клеток-мишеней является уровень циркулирующих свободных гормонов. Регуляция эта ткане- и видоспецифична.
Важный индуктор экспрессии ядерных РП – эстрадиол, действует через ядерные рецепторы эстрогенов. Эстрадиол усиливает синтез собственных рецепторов, рецепторов прогестерона и рецепторов андрогенов. Прогестерон не только не усиливает синтез собственных рецепторов, но, напротив, подавляет его так же, как и синтез рецепторов эстрадиола [18]. Так, например, было выявлено, что в иммортализованных клетках миометрия беременных женщин прогестерон снижает экспрессию ядерных рецепторов в 2,4 раза [41]. Следовательно, количество определенного вида рецепторов зависит как от содержания соответствующего активного гормона в крови, так и от концентрации стероидов других классов.
Действие прогестерона через мембранные рецепторы
Прогестерон и его метаболиты воздействуют и на клетки, которые не содержат классических ядерных РП. В 2003 году в ооцитах рыб были идентифицированы мембранные РП – мРП, относящиеся к семейству рецепторов адипонектина и связывающие прогестерон с высокой избирательностью и сродством [47, 48]. Позднее гомологи этих рецепторов найдены и у других видов животных. Известно пять форм мРП – α, β, γ, δ и ε (мРПα, мРПβ, мРПγ, мРПδ, мРПε), кодируемых разными генами. Наибольшее количество работ посвящено изучению мРПα, который экспрессировали в различных системах, начиная от клеток Escherichia coli и кончая клеточными линиями человека, не имеющими классических ядерных РП. Специфичность связывания этим рецептором различных лигандов существенно отличается от специфичности ядерных РП [27].
Интересно, что действие прогестерона через мРПα и мРПβ связано с активацией ингибиторных белков Gi и снижением уровня цАМР в клетках миометрия человека [19, 43]. После связывания прогестерона с мРП происходит диссоциация ингибиторного G-протеина на субъединицы, при этом α-субъединица связывается с аденилатциклазой и тормозит её активность, в результате чего уровень цАМФ падает [9, 19, 42]. Кроме этого, мРП обеспечивает стимулирующее действие прогестерона, опосредуя активирующий эффект на активируемую митогенами протеинкиназу (МАРК), вызывающую фосфорилирование Erk 1/2. Для взаимодействия мРП с лигандом характерна быстрая кинетика, типичная для мембранных рецепторов [42]. Таким образом, действие прогестерона через мРП разного типа опосредуется разными субъединицами G-белков или происходит без их участия. В зависимости от типа ткани или мРП прогестерон активирует разные сигнальные пути, приводя либо к апоптозу, либо усиливая пролиферацию клеток и их выживаемость. В результате сложных перекрестных взаимодействий сигнальных путей действие прогестинов в одних и тех же клетках может быть разнонаправленным.
Установлено, что подтипы мРП различаются по тканевому распределению и экспрессии в репродуктивном цикле. мРНК мРП первоначально определяли в основном в репродуктивных тканях человека, особенно в яичниках, яичках, плаценте и матке, а также в почках и надпочечнике. Недавние исследования также выявили мРПα в миометрии, амнионе, хорионе и эндометрии, молочных железах [42]. У человека мРПα экспрессированы в основном в репродуктивных тканях, таких как плацента и яичники, мРПβ – в центральной нервной системе, мРПγ – в почках и кишечнике.
Другие типы мембрано-ассоциированных рецепторов прогестерона
Второй тип плазмамембранных РП – прогестероновый мембранный рецепторный компонент 1 (PGRMC1) и 2 (PGRMC2) [4, 42]. Эти белки локализуются в микросомальной фракции клеток. У человека компонент 1 экспрессируется в печени, почках, в стероидогенных и репродуктивных тканях, мозге, молочных железах, сердце, легких, скелетных мышцах, поджелудочной железе и других органах, а компонент 2 – в плаценте [26, 39]. Данный тип рецепторов имеет широкий спектр физиологической активности – регуляция стероидного синтеза и катаболизма, концентрации холестерина, эндоцитоза, гомеостаз железа, гемический обмен, энергетический метаболизм, аутофагия, апоптоз, регуляция клеточного цикла, миграция клеток и влияние на репродуктивное поведение. Механизм их действия изучается [34, 35].
К мембранно-ассоциированным РП помимо PGRMC1 и PGRMC2 относятся neudesin и neuferricin [15, 39]. Первоначально neudesin был идентифицирован как белок с нейротрофной активностью и назывался нейрогенным нейротрофический фактор. Neudesin экспрессируется преимущественно в спинном мозге и в нескольких периферических тканях [21, 31]. Его физиологическая роль, по-видимому, существенно отличаются от PGRMC1/2, включая, в частности, нейротрофную активность. Neuferricin также широко выражен в нескольких тканях, включая ЦНС, сердце, надпочечники и почки [21].
Негеномные эффекты прогестерона и рецепторы других соединений
Негеномные эффекты прогестерона не ограничиваются его взаимодействием с собственными мембранными рецепторами. Прогестерон может служить антагонистом рецепторов опиоидов сигма-1, ингибируя, в частности, болевую чувствительность [38]. Выявленное действие прогестерона, по-видимому, является физиологически значимым, поскольку беременность снижает стимулируемое σ-1 возбуждающее действие аналога глутамата N-метил-D-аспартата [5]. Прогестерон служит избирательным ингибитором рецепторов глицина [25]. Предполагается, что прогестерон тем самым оказывает влияние на развитие нейронов в перинатальном периоде. Выявлено, что прогестерон может служить неконкурентным ингибитором никотиновых рецепторов ацетилхолина, служащих каналами для ионов Na+. Открытие данных каналов обеспечивает деполяризацию клетки и повышение ее возбудимости [3, 11]. Особый интерес представляет то, что прогестерон (а также его метаболиты) являются аллостерическими регуляторами рецепторов типа А γ-аминомасляной кислоты [13]. Эти рецепторы обеспечивают мощное тормозное синаптическое действие.
Функция прогестерона в эндометрии
Функция прогестерона в эндометрии заключается в подавлении эстрогензависимой пролиферации эпителия и последующей секреторной трансформации желез для имплантации бластоцисты, индукции децидуализации стромальных клеток, т.е. их дифференцировки в специализированные секреторные децидуальные клетки. Показано, что многие функции прогестерона опосредуются через РП стромы эндометрия [37]. Эксперименты на животных показали, что именно РП-А необходимы для опосредования как антипролиферативных, так и связанных с имплантацией функции прогестерона в матке [6, 7].
В течение нормального менструального цикла содержание рецепторов в эндометрии претерпевает закономерные колебания, синхронные с изменением концентрации половых гормонов [30]. Максимальное содержание РП сохраняется до середины лютеиновой фазы. Установлено, что именно прогестерон, действуя во вторую фазу цикла, запускает прогрессирующую дифференцировку стромальных клеток в децидуальные, которые обладают уникальными способностями регулировать инвазию трофобласта и местные иммунные реакции. Причем, преобладающим медиатором децидуализации у человека является РП-A [23]. Весь этот процесс завершает подготовку эндометрия к приему бластоцисты и ведет к выработке большого количества биологически активных сигнальных молекул, таких как факторы роста, цитокины, нейропептиды. Считается, что именно рецептивная полноценность определяет готовность эндометрия к имплантации бластоцисты, поэтому снижение количества РП, либо нарушение их структуры или функции неизбежно вызовет препятствия для становления беременности.
Функция прогестерона в миометрии
Главная функция прогестерона в миометрии – поддержание спокойного расслабленного состояния во время беременности [12]. Показано, что прогестерон регулирует экспрессию генов, участвующих в данном процессе: генов калиевых каналов, множества рецепторов, в том числе эндотелина, окситоцина и простагландина, белков сократительного аппарата клеток и сигнальных кальциевых путей [41]. Предполагается, что у человека, изоформа РП-В важна для сохранения миометрия в состоянии покоя, в то время как повышение уровня РП-А может вносить вклад в индукцию сократительной активности.
Известно, что продукция прогестерона плацентой человека постепенно увеличивается, достигая 300 мг в день. Естественно предположить, что для начала родовой деятельности должна быть какая-то форма выведения гормона. Известно, что экспрессия генов, чувствительных к РП, снижается в матке к концу беременности [42], что предполагает «функциональный» вывод прогестерона. Механизм такого вывода остается неясным. Сделано предположение, что в течение беременности, при максимальном уровне РП-B, прогестерон, действуя однонаправленно через мРП и РП-B, способствует расслаблению миометрия. Перед родами преобладающей становится изоформа РП-А, в клетках увеличивается содержание мРП и происходит функциональное переключение на противоположные процессы, ведущие к началу родовой деятельности [19, 42].
Исследования показали, что передача сигналов прогестерона через мРП может способствовать сокращению миометрия при начале родов посредством трех механизмов: с помощью понижающего регулирования SRC2, что вместе с уменьшением отношения РП-B/РП-A приводит к снижению трансактивационной активности РП-B; путем ингибирования аденилилциклазы; и путем индуцирования фосфорилирования киназы легких цепей миозина (MLCK) [42].
Следует сказать, что гестагены могут активировать различные сигнальные пути через мРПα и PGMRC1 [42]. В большинстве случаев прогестерон, связывающийся с мРПα, изменяет работу вторичного мессенджера посредством активации ингибирующих G-белков. Прогестерон активирует митоген-активируемые протеинкиназы (MAPK), вызывающие фосфорилирование Erk 1/2. Другая MAPK – p38 – активируясь через мРПα в клетках миометрия человека приводит к фосфорилированию MLCK. Третий путь передачи сигналов, который, по-видимому, инициируется β-субъединицами белка G, включает в себя протеинкиназы Akt/PI3. Прогестероновая стимуляция мРПα вызывает снижение уровней цАМФ путем ингибирования активности аденилилциклазы. Имеются данные о том, что гестагены инициируют мобилизацию кальция из внутриклеточных депо через мРПα и PGMRC1.
Что касается влияния гормона на пролиферацию клеток миометрия, то предполагается, что прогестерон, действуя через классические РП, подавляет деление клеток нормального миометрия беременных женщин [41].
Рецепторы прогестерона в плаценте
Вначале исследований по локализации РП классические прогестероновые рецепторы не были обнаружены в хорионе, амнионе и зрелой плаценте [20]. Более поздние изыскания показали, что канонический ядерный РП-B незначительно выражен в зрелой плаценте человека как при доношенной беременности, так и в более ранние сроки [46].
Что касается негеномных эффектов прогестерона, то здесь показана другая картина. Следуя ключевым выводам нескольких лабораторий по изучению локализации рецепторов, представляется, что плацента человека и иммортализованные плацентарные клетки экспрессируют мРП, включая мРПα, мРПβ, мРПγ, а также PGRMC1 и 2 [10, 46]. мРПα и PGRMC1 интенсивно экспрессируются в цитоплазме и плазматической мембране синцитиотрофобласта. Поскольку была обнаружена высокая корреляция между экспрессией мРПα и PGRMC1, предполагается, что они могут потенциально взаимодействовать.
