Молекулярные механизмы секреции инсулина в организме человека

Микротубулы образуются путем полимеризации белковых (тубулиновых) субъединиц, и во многих типах клеток полимеризующиеся канальцы находятся в динамическом равновесии с пулом их субъединиц. ЦАМФ и ионы кальция, влияющие на секрецию инсулина, изменяют равновесие между субъединицами и микротубулами (микроканальцами) в сторону полимеризации микроканальцев. Не исключено, что это влияние цАМФ на микроканальцевую систему опосредуется через фосфорилирование микроканальцевых белков.

Микроканальцы способны сокращаться и расслабляться, перемещая гранулы по направлению к плазматической мембране. При приближении гранулы, содержащей инсулин, к мембране микроворсинки как бы обволакивают ее и подводят к мембране клетки, осуществляя процессы их слияния и растворения мембраны в точке соприкосновения, способствуя тем самым процессу экструзии – опорожнению гранулы, излиянию ее содержимого наружу.

Вследствие изменения физических свойств среды происходит отщепление цинка, и кристаллический инсулин становится растворимым.

Несмотря на то, что инсулин продуцируется теми же механизмами синтеза пептидов, как и в других клетках, В-клетки считаются уникальными, поскольку синтез и секреция инсулина стимулируется повышением уровня глюкозы в крови. Cook D.L., TaborskyG.J., (1997) полагают, что β – клетка владеет особым комплексом механизмов, посредством которых метаболизм глюкозы контролирует электрическую активность мембран, захват кальция и выделение инсулина. Могут ли в действительности В-клетки отличаться от клеток других эндокринных органов? Такая уникальность должна быть физиологически целесообразна.

Однако, оказалось, что обеспечение секреции В-клеткой зависит от инсулина в той же мере, как и любые другие клетки организма. В-клетки поджелудочной железы имеют на своей клеточной мембране рецепторы к инсулину [Шестакова М.В., 2005]. Секретированный инсулин взаимодействует с рецепторами на поверхности, возможно, его же секретировавшей В-клетки. Пополняя клетку необходимыми субстратами, инсулин инициирует синтез веществ, обеспечивающих ее функцию. Взаимодействие с В-клеткой стимулирует её основную функцию – синтез инсулина [Смирнова О.М., 2005]. Следовательно, регуляция секреции инсулина не является уникальным, а подчиняется общим биологическим законам регуляции функции любой клетки.

Глюкоза и другие подвергающиеся метаболизму питательные вещества (включая некоторые аминокислоты и жирные кислоты) транспортируются инсулином в b -клетки островков Лангерганса, где в процессе их метаболизма образуется АТФ. Происходит изменение мембранного потенциала, в конечном итоге обеспечивающим поток ионов Са²⁺ в цитоплазму. В состоянии покоя мембранный потенциал (МП) на внутренней поверхности мембраны В-клетки равен –50 -70 мВ. Как известно, изменения МП в большей степени контролируются изменением мембранной проницаемости для калия.

Проникая в В-клетку, глюкоза под влиянием ферментов метаболизируются до пирувата, что приводит к накоплению энергии в виде АТФ со смещением соотношения АТФ/АДФ в сторону АТФ. Эти энергетические изменения сопровождаются закрытием АТФ-зависимых К⁺-каналов, в результате чего К⁺ накапливается внутри клетки, вызывая деполяризацию мембраны и открытие вольтажзависимых Са-каналов, по которым Са в избытке поступает в В-клетку. Именно увеличение содержания Са в цитозоле В-клетки и приводит к экзоцитозу (выбросу) из клетки инсулина. Калий и кальций являются важными регуляторами секреции инсулина В-клеткой. Под воздействием избытка кальция происходит открытие калиевых каналов, что приводит к выходу калия из клетки и реполяризации мембраны, в результате чего секреция инсулина прекращается. [Шестакова М.В., 2005]

В мембранах b -клеток существуют 2 типа калиевых каналов (АТФ-чувствительные и Са-чувствительные), оба из которых участвуют в секреции инсулина. Образовавшийся АТФ вызывает закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов. Это предотвращает выход К⁺ из клетки, что является результатом накопления в ней положительных зарядов и, соответственно, деполяризации мембраны. По достижении порога (снижение потенциала на 15 мВ) открываются потенциал-чувствительные Са каналы, обеспечивая поток ионов Са²⁺ в клетки. Са-чувствительные калиевые каналы открываются по мере того, как Са²⁺ поступает в клетку, благодаря чему К⁺ выходит из нее, восстанавливая МП.

Считается, что ионы Са²⁺ обеспечивают секрецию инсулина из секреторных гранул несколькими путями:

1) Положительно заряженные ионы Са²⁺ облегчают экзоцитоз (инсулин секретируется из клеток именно таким путем), уменьшая электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными поверхностями плазматической мембраны и мембран секреторных гранул.

2) Са²⁺ облегчает передвижение гранул внутри клеток, т. к. влияет на функцию сократительных белков, содержащих актин и тубулин (микротрубочек и микрофиламентов).

3) Са²⁺ связывается с калмодулином; это активирует фермент аденилатциклазу, катализирующую превращение АТФ в цАМФ. Этот вторичный посредник также образуется в результате прямой активации АЦ гормонами желудочно-кишечного тракта. Циклический АМФ потенциирует секрецию инсулина путем увеличения чувствительности b -клеток к стимулирующему действию кальция.

О клеточных процессах, лежащих в основе увеличения чувствительности b -клеток к Са²⁺, известно мало. Предполагается, что активируются ферменты (такие как протеинкиназы), влияющие на функционирование микротрубочек и микрофиламентов. Чувствительность b -клеток к Са²⁺ увеличивается и другими вторичными мессенджерами (инозитолтрифосфатом и диацилглицеролом) предположительно таким же путем. Эти вторичные посредники образуются при взаимодействии нейромедиаторов энтероинсулярной оси (ацетилхолин, холецистокинин) с фосфолипазой С, встроенной в плазматическую мембрану. Следует подчеркнуть, что вышеперечисленные вторичные мессенджеры служат для увеличения секреции инсулина; тогда как главным стимулом служит увеличение концентрации глюкозы.