8.5. Единство регуляторных систем организма

8.5. Единство регуляторных систем организма

Сигнальные молекулы традиционно делили на три группы, согласно «дальности» действия сигнала. Гормоны переносятся кровью по всему организму, медиаторы – в пределах синапса, гистогормоны – в пределах соседних клеток. Однако прогресс в понимании природы регуляторных систем приводит к постепенному размыванию границ между группами, демонстрируя условность предложенных классификаций.

Наиболее показательным примером является самая многочисленная группа межклеточной коммуникации – регуляторные пептиды. Они широко распространены в нервной системе, поэтому часто называются нейропептидами. Однако регуляторные пептиды синтезируются не только нервными клетками, причем нейрон и клетка другой ткани могут синтезировать идентичные пептиды.

Регуляторные пептиды обычно включают в себя от 2 до 50 аминокислотных остатков. Они составляют подавляющее большинство сигнальных молекул – число известных нейропептидов уже превышает тысячу. Попытки сформировать функциональные классификации столь огромного числа веществ не удались из-за отсутствия четких границ между группами.

Пептиды-нейромедиаторы могут «по совместительству» выполнять функции гормонов и гистогормонов. Функция гистогормона у них часто выражается в коррекции действия другого медиатора, причем модуляция может распространяться как на собственный нейрон, так и на другие нейроны. Некоторые нейропептиды совмещают медиаторные, модуляторные и гормональные функции. Одинаковые нейропептиды, синтезированные в разных местах мозга, могут быть наделены разной функцией. Выполняя функцию нейромедиаторов, они передают сигнал в пределах синапса, а выполняя гормональную функцию, осуществляют дистантную регуляцию.

Совокупность наблюдений нейрохимии и нейрофизиологии позволила предположить, что система регуляторных пептидов вместе с непептидными сигнальными молекулами образует в организме функциональный континуум (Ашмарин И. П., Каразеева Е. П., 1999).

Хотя все члены континуума имеют общие характеристики, каждый из них эволюционно включен в регуляцию определенных функций и обладает собственным спектром активности. Каждый регулятор полифункционален, но, сколько бы функций ни совпадало у двух регуляторов, всегда имеются отличия по каким-либо показателям.

В системе континуума просматривается сложная структура иерархии, опосредованность активности одного регулятора другим, что дает еще больше возможностей для разнообразных вариантов. Кроме того, биологической активностью могут обладать и продукты распада сигнальных молекул. Все это весьма осложняет понимание нами сложной картины регуляции, тем более что количество открытых веществ-переносчиков информации постоянно растет.

На молекулярном уровне регуляторные системы животных демонстрируют поразительное сходство, причем у многоклеточных они строились на основе элементов прокариот. Так, потенциал-зависимые каналы возникли 1500 млн лет назад, система G-белков – единая для всех животных и может быть прослежена до протистов, а важнейшим вторичным мессенджером и в синапсах, и при гормональной передаче является ц-АМФ (Смит К., 2005).

Единство всех систем регуляции организма наглядно демонстрирует гипоталамо-гипофизарная система, которая служит центральным звеном в нейрогуморальной регуляции позвоночных.

Первоначально ведущая роль в регуляции активности эндокринной системы отдавалась аденогипофизу. За ним даже закрепилось название «дирижер эндокринного оркестра». Затем стало ясно, что подлинным «дирижером» является гипоталамус. Этот крошечный отдел промежуточного мозга координирует также деятельность вегетативной нервной системы.

Нейросекреторные клетки гипоталамуса совмещают свойства нервной и эндокринной систем. Они воспринимают нервный импульс как обычные нейроны, но информацию передают гуморальным путем, секретируя нейропептиды, которые называются нейрогормонами. Нейрогормоны гипоталамуса, специфичные для каждого гормона гипофиза, выделяются не в общий кровоток, а в специальные (портальные) кровеносные сосуды, соединяющие гипоталамус и гипофиз, формирующие, таким образом, единую функциональную систему. Ее роль аналогична роли нейрогемального органа беспозвоночных.

На гипоталамо-гипофизарную систему действуют как нервные импульсы нейронов ЦНС, так и гормоны эндокринных желез по принципу обратной связи. Следует учитывать, что мозг также является органом-мишенью для гормонов. В самом общем виде механизм регуляции можно представить следующим образом.

Информация от разнообразных источников внешней среды (зрительная, слуховая, обонятельная и другая) поступает в ЦНС, где направляется в гипоталамус. Здесь эта информация перерабатывается, преобразуется в гуморальный сигнал и передается в переднюю долю гипофиза. Гормоны аденогипофиза регулируют деятельность других эндокринных желез. Гормоны этих желез оказывают непосредственное действие на клетки-мишени. Схематично сказанное можно представить следующим образом: сигналы внешней среды ? сенсорные системы ? гипоталамус ? аденогипофиз ? эндокринные железы ? клетки-мишени (Карш Ф., 1987). Любой гормон имеет множество клеток-мишеней, поэтому он всегда действует на многие органы и ткани. Обычно уровень гормона в крови регулируется по принципу отрицательной обратной связи.

В плане филогении весьма интересным представляется поразительное сходство нейромедиаторов у представителей разных типов беспозвоночных и позвоночных животных. Различие в структуре гормонов выше, чем медиаторов, но даже протисты имеют в своей цитоплазме вещества, аналогичные гормонам позвоночных. Как уже указывалось ранее, многие элементы регуляторных систем ведут свою молекулярную эволюцию со стадии прокариот. Следует добавить, что вариабельность на филогенетическом древе даже родственных веществ может быть велика. Так, из двух гормонов нейрогипофиза вазопрессин весьма консервативен у самых разных типов животных, в то время как окситоцин – вариабелен (Чернышева М. П., 1995).

Фундаментальное значение придается в настоящее время особой группе регуляторных пептидов – факторам роста. Открытие этого класса веществ стало важным моментом в понимании процессов клеточной дифференцировки, которая все еще остается во многом загадочной областью. В качестве примера можно привести фактор роста нервов (ФРН), состоящий из двух цепей и 118 аминокислотных остатков. Многие клетки синтезируют ФНР в процессе развития. Нервные волокна растут по направлению к этим клеткам-мишеням, но в онтогенезе сохраняются только те нервные волокна, которые установили контакт с органом-мишенью. Исследование факторов роста и родственных им веществ показало широкое распространение их в организме животных. Их дальнейшее изучение, несомненно, внесет много нового в наше понимание природы регуляции.

Что касается классификации регуляторных систем и их сигнальных веществ, то создается впечатление, что феномен континуума универсален для всех аспектов живых систем. Природа никак «не идет навстречу» биологам в их желании строить красивые классификации (Смит К., 2005).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.