Механизм расслабления

Существует два основных пути для реализации механизмов расслабления гладкой мышцы: либо уменьшить внутриклеточную концентрацию ионов Ca²⁺, либо увеличить активность фосфатазы легких цепей миозина [207, 243, 301].

1. Наиболее эффективным и часто встречающимся способом расслабления гладких мышц является снижение концентрации свободного Са²⁺ в саркоплазме. Это достигается несколькими способами – либо выведением избытка Са²⁺ из клетки с участием Са²⁺-АТФазы, Na/Ca обменника и закачивание Са²⁺ в цистерны саркоплазматического ретикулума, либо ионы Са²⁺ могут быть связаны внутриклеточными Са-связывающими белками и транспортированы в митохондрии [156]. В связи с тем, что гладкие мышцы не обладают развитым саркоплазматическим ретикулумом (в отличие от скелетных мышц), роль депо Са²⁺ не столь существенна по сравнению с выбросом Са²⁺ во внеклеточное пространство.

Через клеточную мембрану ионы кальция удаляются либо с помощью Na-Ca обменника, либо с помощью Са²⁺ насоса (Са, Mg–АТФаза, Са, Н-АТФаза). У большинства гладкомышечных клеток на плазматической мембране имеется система активного транспорта, которая удаляет ионы Са²⁺ из клетки - PMCA (plasma-membrane Ca²⁺-ATPase). Существует четыре изоформы РМСА [200, 240]. Кальциевый насос плазматической мембраны в результате гидролиза АТФ обменивает один ион Н⁺ на один ион Са²⁺.

Кроме этого, для процесса расслабления также большое значение имеет гиперполяризация плазматической мембраны, вызванная активацией калиевых каналов [294].

Одним из механизмом уменьшения количества ионов кальция до уровня покоя является ресеквестрация Са²⁺ в саркоплазматический ретикулум. Этот процесс осуществляется с помощью SERCA- типа кальциевого насоса [47].

Кальциевый насос на мембране саркоплазматического ретикулума мышечной клетки имеет аббревиатуру SERCA (sarcoplasmic and endoplasmic reticulum calcium ATPase). SERCA играет важнейшую роль в активной ресеквестрации ионов Са²⁺ в саркоплазматический ретикулум. В процессе работы SERCA гидролиз одной АТФ сопровождается транспортом двух ионов Са²⁺ в саркоплазматический ретикулум в обмен на два иона Н⁺ [95].

Ca, Mg-АТФаза может располагаться как на мембране саркоплазматического ретикулума, так и на плазматической мембране. Ионы Mg²⁺ необходимы для активации фермента – они связываются с каталитическим сайтом АТФазы.

Скорость ресеквестрации зависит от активности Са²⁺ насоса саркоплазматического ретикулума и может регулироваться. Высокая концентрация ионов Са²⁺ внутри саркоплазматического ретикулума ингибирует активность Са²⁺ насоса. В гладкой мышце присутствует регуляторный белок фосфоламбан, который может ингибировать активность Са²⁺ насоса саркоплазматического ретикулума [111]. Этот белок также имеется в сердечной и в медленной скелетной мышце, но отсутствует в быстрых скелетных мышцах. Ионы кальция в саркоплазматическом ретикулуме связываются со специфическими Са²⁺ связывающими белками – кальсеквестрином и кальретикулином. Основным Са²⁺ связывающим белком скелетной мышцы является кальсеквестрин, который также обнаружен и в сердечной и в гладкой мышце. Кальретикулин в достаточно большом количестве имеется в саркоплазматическом ретикулуме гладкой мышцы. Эти белки обладают огромной способностью связывать ионы Са²⁺: до 50 сайтов связывания на одну молекулу белка [69, 256].

Са²⁺ связывающие белки имеют специфическую локализацию в саркоплазматическом ретикулуме. Например, кальсеквестрин локализуется в основном в области саркоплазматического ретикулума непосредственно под триадой, формируя комплекс с Са²⁺ каналами саркоплазматического ретикулума и особыми белками - юнктином и триадином.

2. Другим механизмом, приводящим к торможению процесса сокращения, является инактивация киназы легких цепей миозина, причем этот процесс происходит значительно раньше понижения уровня цитозольного Са²⁺. Обычно фосфорилирование киназы легких цепей миозина приводит к понижению на порядок сродства киназы легких цепей миозина к комплексу Са²⁺-кальмодулин. Вследствие этого снижается активность киназы легких цепей миозина. Таким образом, Са²⁺ одновременно индуцирует процесс сокращения и по механизму отрицательной обратной связи запускает механизмы его торможения.

Как уже отмечалось выше, для инициации сокращения гладкой мышцы необходимо фосфорилирование регуляторной легкой цепи миозина, которое запускается увеличением внутриклеточной концентрации ионов Са²⁺. Расслабление гладкой мышцы осуществляется с помощью дефосфорилирования легких цепей миозина с участием фосфатазы легких цепей миозина (рис.19). Фосфатаза легких цепей миозина также снижает АТФ-азную активность миозина до базального уровня. Этот фермент является гетеротримером, состоящим из субъединиц с молекулярной массой 130, 20 и 37 кДа. Субъединица с молекулярной массой 130 кДа может специфически связываться с миозином. Субъединица с молекулярной массой 37 кДа является каталитической субъединицей, ответственной за процесс дефосфорилирования [142, 302, 309]. Существуют природные ингибиторы фосфатаз, которые вызывают устойчивое сокращение гладких мышц – таутомицин, микроцистин-LR и окадаевая кислота [110].

Рис.19. С хема основных механизмов расслабления в гладкомышечной клетке (объяснение в тексте). СПР - саркоплазматический ретикулум, ИФ₃ – инозитол-1, 4, 5-трифосфат, ДГ – диацилглицерол, КЛЦМ – киназа легких цепей миозина, ФЛЦМ – фосфатаза легких цепей миозина.

В регуляции активности фосфатазы легких цепей миозина большую роль играет небольшой G-протеин RhoA и его мишень Rho киназа. Rho киназа, относящаяся к классу серин/треонин киназ, фосфорилирует миозин-связывающую субъединицу фосфатазы легких цепей миозина и ингибирует ее активность, обеспечивая фосфорилированное состояние легкой цепи миозина. Ингибирование Rho киназы вызывает расслабление гладких мышц артерий и приводит к понижению кровяного давления. [58, 99, 130, 268, 334]. В гладкой мышце обнаружен особый так называемый фактор обмена гуаниновых нуклеотидов – RhoGEF, который ускоряет активацию RhoА. Таким образом, повышенная экспрессия и/или активность RhoGEF может усилить активацию сокращения гладкой мышцы и может сыграть определенную патофизиологическую роль при таких заболеваниях, как гипертензия, астма и т.п.

Обобщая то, что известно о процессе сокращения и расслабления гладкой мышцы, можно сказать, что уровень фосфорилирования легких цепей миозина контролируется ферментами с противоположным характером действия: киназой и фосфатазой легких цепей миозина и зависит от баланса их активности.