Гормоны. 
Основы биотехнологии. В 2 ч. Часть 2 -

С давних времен среди людей нормального телосложения рождаются и лилипуты (примерно 10 человек на 1 млн населения). Доказано, что в период, когда тело растет, у лилипутов отсутствует специальный гормон — соматотропный, или гормон роста; такое нарушение физиологии имеется в генотипе этих людей. Но если в период роста в организм вводить этот гормон, то человек, казалось бы обреченный стать лилипутом, будет расти и достигнет нормального роста.

Соматотропный гормон (соматотропин, соматропин) является одним из гормонов передней доли гипофиза. По строению соматотропин является пептидным гормоном, состоит из 121 аминокислотного остатка, его молекулярная масса равна 20 кДа.

Влияние соматотропина на процессы метаболизма.

Соматотропин играет существенную роль в постнатальном развитии организма, контролируя многие стороны углеводного, липидного и минерального обмена. Гормоном роста его называют потому, что у детей и подростков, а также у молодых людей с еще не закрывшимися зонами роста в костях он вызывает выраженное ускорение линейного (в длину) роста, в основном за счет длинных трубчатых костей конечностей. Дефицит гормона приводит к карликовости, лечение которой проводится посредством соматотропинотерапии. Секреция соматотропина максимальна у подростков в период интенсивного линейного роста и полового созревания. С возрастом она постепенно понижается и минимальна у пожилых людей.

Соматотропин оказывает мощное анаболическое и антикатаболическое действие, усиливает синтез белка и тормозит его распад, а также способствует снижению отложения подкожного жира, усилению его сгорания и увеличению соотношения мышечной массы к жировой. Кроме того, соматотропин принимает участие в регуляции углеводного обмена: он вызывает выраженное повышение уровня глюкозы в крови и является одним из гормонов-антагонистов инсулина по действию на углеводный обмен. При гипогликемии уровень соматотропина в крови резко повышается — это один из естественных физиологических механизмов быстрой коррекции гипогликемии.

Соматотропный гормон можно добывать дорогим и неприятным способом — из гипофиза мозга умерших людей.

Использование биотехнологических методов позволило «сконструировать» микроорганизм, способный синтезировать соматотропный гормон, и организовать его производство, которое может удовлетворить все потребности человечества.

Получение соматотропина с использованием генноинженерных методов проводилось с учетом того, что просоматотропин не подвергается процессингу в бактериальной клетке. Первоначально из клеток гипофиза выделили соответствующую мРНК (рис. 6.8). Фрагмент ДНК, кодирующий первых 23 аминокислотных остатка с N-конца, был получен методом химико-ферментативного синтеза, а олигопептид, кодирующий остальные аминокислотные остатки гормона, представлял собой к ДНК, полученную посредством обратной транскриптазы на матрице мРНК. Затем оба фрагмента объединяли в одной плазмиде и переносили в Е. coli. Такая трансформация и клонирование этого вектора в бактериальных клетках, где осуществляются интенсивная репликация, транскрипция и трансляция, позволили получить необходимое количество гормона. Он обладал биологической активностью, сопоставимой с гипофизарным соматотропином.

Получение генно-инженерного соматотропина явилось решением проблемы обеспечения медицины этим препаратом. Кроме того, он используется и в практическом животноводстве, повышая интенсивность роста животных.

Рис. 6.8. Схема получения гормона роста человека (по А. С. Коничеву и Г. А. Севастьяновой, 2003):

а — выщепление рестриктазной области, кодирующей сигнальный пептид, и присоединение триплета ATG, кодирующего метионин; б — присоединение к гену промотора и области, необходимой для связывания мРНК с рибосомой Е. coli, включение в вектор; в — экспрессия гена в клетках бактерии.

Соматостатин — это один из гормонов гипоталамуса, а также гормон 5-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. По химическому строению это пептидный гормон, содержащий 14 аминокислот. Соматостатин существует в двух биологически активных формах, происходящих от одного предшественника и различающихся длиной N-конца (рис. 6.9).

Соматостатин подавляет секрецию гипоталамусом соматотропинрилизинг-гормона и секрецию передней долей гипофиза соматотропного гормона, а также секрецию различных гормонально активных пептидов и серотонина, продуцируемых в желудке, кишечнике, печени и поджелудочной железе. Наиболее распространенное фармакологическое воздействие на соматостатинэргическую систему связано с ингибированием выброса гормона роста, что делает данную систему весьма перспективной при лечении опухолевых заболеваний.

Рис. 6.9. Первичная структура молекулы соматостатина (по Т. А. Егоровой и др., 2003).

Рис. 6.10. Схема получения соматостатина с использованием генно-инженерных методов (по А. С. Коничеву и Г. А. Севастьяновой, 2003).

Получение соматостатина с использованием генно-инженерных методов представляет собой интересный пример целенаправленного конструирования белков (рис. 6.10). Получить соматостатин в клетках бактерий в значительных количествах первое время не удавалось, так как он быстро разрушался протеолитическими ферментами. Чтобы «обмануть» внутриклеточные бактериальные протеазы, пришлось сконструировать химерный белок — искусственный предшественник соматостатина. В этом белке в качестве N-концевого участка использовали легко синтезируемый белок бактерии, а к нему через аминокислоту метионин присоединили сам соматостатин. Все это сделано на уровне генетического материала ДНК, который затем клонировали в соответствующем векторе. Успех работы обеспечивался предварительным анализом первичной структуры соматостатина, в составе которого отсутствуют остатки метионина.