Схема расположения гипоталамуса (белый) и гипофиза (оранжевый): красным обозначены нейросекреторные клетки гипоталамуса и кровеносные сосуды. (Рисунок Francis Leroy.)
Исследователи из Бристольского университета (Великобритания) сообщают, что им удалось раскрыть одну из гормональных загадок, связанную с гипоталамическим гормоном гонадолиберином. Гонадолиберин вырабатывается в нейронах гипоталамуса и спускается в гипофиз, где стимулирует синтез и секрецию гонадотропных гормонов: лютеинизирующего и фолликулостимулирующего. Эти гормоны, в свою очередь, управляют синтезом стероидных гормонов, производимых в половых железах, и влияют на процессы созревания яйцеклеток. Таким образом, гонадолиберин осуществляет общий контроль над размножением и половым поведением.
Вместе с тем в гормональном общении между гипоталамусом и гипофизом существует одна загадка. Освобождение гонадолиберина происходит импульсами: каждые полчаса в течение нескольких минут гормон выходит из гипоталамуса; у человека такая пульсация может длиться до восьми часов. Эффект, который гонадолиберин оказывает на гипофиз, зависит от его частоты этой пульсации. Слишком низкая и слишком высокая частота подавляет синтез и секрецию половых гормонов. Стимулирующей оказывается некая средняя частота; говорят, что зависимость гонадтропных гормонов от пульсации гонадолиберина имеет колоколообразный вид.
Причина этой колоколообразности и не давала долгое время покоя исследователям. Как интенсивная работа гипоталамуса подавляет гипофиз? Обычно в таких случаях всё объясняется отрицательной обратной связью: чем больше одного — тем меньше второго. Но в экспериментах на культурах клеток этот механизм не подтвердился: учёные пытались следить за воздействием, которое гонадолиберин оказывал на белки двух клеточных сигнальных путей — киназы ERK и фактора NFAT. Увеличение частоты появления гонадолиберина в среде ни к какой отрицательной обратной связи не приводило.
Тогда учёные разработали математическую модель, которая учитывала экспериментальные данные, касающиеся поведения этих двух сигнальных путей в ответ на действие гормона. Математика сотворила чудо: модель позволила увидеть, как сигнальные пути сходятся на транскрипционных факторах, управляющих синтезом гонадотропных гормонов. Для активации этих белков, которые включали гормональные гены в гипофизе, требовалась определённая частота сигналов, приходящих от «верховного» гормона. Таким образом, хотя оба сигнальных пути стимулировались при повышении пульса гонадолиберина, их совмещение и схождение на факторах транскрипции позволяло более тонко расшифровать частоту гормонального сигнала, не прибегая к механизму отрицательной обратной связи. Свои результаты исследователи опубликовали в издании Journal of the Royal Society Interface.
Зачем организму понадобился именно такой способ регуляции — это уже другой вопрос. Но авторы полагают, что такая же схема может реализовываться и в других многоступенчатых «пирамидах» эндокринной системы.