ABC-Білки (ABC-транспортери, суперродина транспортних білків ABC)

До суперсімейства AВС (AТР binding cassette) зараз відносять близько 300 білків, багато з яких є транспортерами, що переносять різні сполуки [Higgins, 2007, Szakacs, 2006, Dean, 2001, Нейфах, 2003]. Білкам цього сімейства властива наявність AТР-зв'язуючого домену, що має характерну структуру. Завдяки виконанню програми "Геном людини" та результатам секвенування інших геномів більша частина ABC-транспортерів була відкрита за два роки наприкінці XX ст. Найбільше (129) транспортерів сімейства ABC виявлено у рослин (завдяки розшифровці геному Arabidopsis).

Білки цього сімейства є в усіх живих організмів. У людини знайдено близько 50 ABC-білків, приблизно стільки ж у миші [Dean, 2001]. У зв'язку з тим, що велика кількість білків ABC відкрита порівняно недавно, багато з них ще мало вивчені. Дослідження ABC-білків є важливими як для медицини, так і для біології, оскільки йдеться про проблеми захисту всіх живих клітин.

Білки людини сімейства ABC ділять на сім підродин (табл. 1) [Dean, 2001, Website]. Приналежність білка до того чи іншого підродини визначають виходячи з його доменної організації - числа та поєднання трансмембранних доменів (TMD, transmembrane binding domens) та AТР-зв'язуючих доменів (NBD, nucleotid binding domens). NBD всіх білків даного сімейства подібні (вони мають 30-40% гомології) незалежно від субстратної специфічності транспортерів, яка дуже різна, та від видової приналежності [Sarkadi, 2006].

Доменна організація ABC-білків докладно описана в ряді оглядів [Ambudkar, 1999, Higgins, 2007, Нейфах, 2003, Sarkadi, 2006].

Варто зазначити, щодля функціонування AВС-транспортера необхідні як мінімум чотири домени. Два цитоплазматичні NBD зв'язують та гідролізують AТР. Кожен із двох TMD представлений декількома (найчастіше шістьма) альфа-спіралями, що перетинають мембрану. Мультидоменні поліпептиди, які утворюються цими основними чотирма доменами, можуть бути організовані по-різному. Так, бактеріальні транспортери (наприклад, Sav1866) найчастіше являють собою гомодимери, що включають один NBD і один TMD (два гомодимери зазвичай функціонують разом). У Р-глікопротеїні ссавців усі чотири домени злиті в один поліпептид.

Таким чином, у підродині AВСВ (MDR) білки AВСВ1 (Р-глікопротеїн, Pgp) , ABCB4 (Pgp3, він же MDR2/3) і AВСВ11 (ВСЕР, він же SPGP) представлені структурою (TMD-NBD)2, тобто . ці білки мають дві частини, кожна з яких містить TMD та NBD. У цьому підсімействі білки AВСВ2 (ТAР1) і AВСВЗ (ТAР2) мають структуру (TMD- NBD)1.

Деякі транспортери підродини AВСС (MRP) мають на N'-кінці третій TMD (що позначається як TMD0), що містить п'ять трансмембранних спіралей [Kruh, 2003, Deeley, 2006]. Це білки AВСС1 (MRP1), AВСС2 (MRP2), AВССЗ (MRP3), AВСС6 (MRP6), AВСС8 (SUR1), AВСС9 (SUR2). Білки, що відносяться до цієї ж підродини через їх гомологію з іншими транспортерами MRP (ABCC4 (MRP4) і AВСС5 (MRP5)), не мають TMD0.

В інші підродини ABC (підродини AВСЄ і ABCF) включені деякі протеїни, що мають лише NBD [Klein, 1999].

Таким чином, доменна організація ABC-білків різноманітна.

Транспортери, що характеризуються структурою (TMD-NBD)2 називають повними транспортерами. Вони зазвичай локалізуються в плазматичній мембрані клітини, тоді як половинні транспортери, що містять лише один набір TMD-NBD, знаходять зазвичай увнутрішньоклітинних мембранах [Klein, 1999]. Так, білки AВСВ2 (ТAР1) та AВСВЗ (ТAР2) локалізовані в мембранах ендоплазматичного ретикулуму. Виняток становить половинний транспортер ABCG2 (він же BCRP, або MXR), який виявляється в плазматичній мембрані клітини [Rocchi, 2000].

Подібність доменної організації, з одного боку, та її різноманітність, з іншого - свідчать, що ці білки еволюційно пов'язані і що еволюція білків сімейства ABC людини була складним процесом. Зрозуміло також, що фізіологічні функції цих білків мають бути різними. Дослідження фізіологічних функцій білків сімейства ABC - один з напрямків, що інтенсивно розвиваються в даний час.

Хоча деякі білки сімейства ABC можуть і не володіти транспортними функціями, переважна більшість їх переносить різноманітні речовини (від неорганічних іонів до полісахаридів, амінокислот і білків). До небагатьох винятків відноситься білок ABCC7 (CFTR), який функціонує як канал і відіграє найважливішу роль у регуляції потоку іонів хлору в клітинах епітелію [Gadsby, 1995, Kimura, 2007].

Мутації гена CFTR визначають тяжке і часто зустрічається (1 на 2000-2500) спадкове захворювання - муковісцидоз (кістофіброз).

Мутації в низці інших генів сімейства ABC також визначають спадкові захворювання у людей, що свідчить про важливу роль цих білків в організмі людей [Dean, 2001].

Білки ABC-родини висококонсервативні та функціонують у всіх живих клітинах, що свідчить про важливу роль АВС-білків у процесах життєдіяльності клітини. Регуляція цих білків тісно пов'язана з тими шляхами трансдукції сигнальної, елементи яких часто змінюються при злоякісній трансформації. Тому ясно, що проблеми множинної лікарськоїстійкості (МЛУ) пухлин, обумовленої ABC-транспортерами, нерозривно пов'язані з проблемами канцерогенезу в цілому, а також з пошуками нових мішеней для таргетної терапії і шляхів подолання МЛУ [ , 2006].

Для розуміння ролі AВС-транспортерів в індивідуальній чутливості людей до різних ліків дуже важлива проблема поліморфізму генів, що кодують АВС-транспортери.

Дослідження ролі експресії та активності АВС-транспортерів для клінічної онкології продовжують залишатися необхідними. Насамперед потрібно враховувати, що багато ABC-транспортерів можуть брати участь у багатофакторній МЛУ пухлин. Тим часом для більшості ABC-білків характер їхньої експресії в різних тканинах організму та зміни їхньої експресії та активності при різних новоутвореннях не досліджені. Попереду – роботи із застосуванням експресійних мікрочіпів, методів протеоміки, методів, що дозволяють вивчати локалізацію білків у клітинах та функціональну активність цих білків. З точки зору МЛУ, в першу чергу необхідно зрозуміти, які лікарські препарати транспортує кожен ABC-білок, а також дослідити його фізіологічні функції. Важливо також знайти наскільки можна специфічні інгібітори різних АВС- транспортеров.

Проведені дослідження показують, що у регуляції АВС- транспортерів беруть участь різні шляхи сигнальної трансдукції, різні чинники транскрипції, різні молекулярні події (наприклад, здійснюється як транскрипційна регуляція, а й регуляція цих білків лише на рівні трансляції). Які фактори, що активують той чи інший шлях сигнальної трансдукції, активують ABC-транспортер (транспортери)?Чи є такими факторами протипухлинні препарати? Найчастіше ці питання ще вимагають відповідей. Які елементи сигнальних каскадів можна визначити як маркери багатофакторної МЛУ (за аналогією з YB-1)?

Очевидно, експресія АВС-транспортерів стовбуровими клітинами солідної пухлини або лейкозу може сприяти відбору стовбурових пухлинних клітин в умовах тієї чи іншої терапії. Закономірності цього процесу необхідно розуміти для того, щоб вибрати подальшу стратегію терапії даного новоутворення. Ці та багато інших проблем потребують подальших досліджень.