обратный захват
Обратный захват — это реабсорбция нейромедиатора транспортером нейромедиатора , расположенным вдоль плазматической мембраны ( окончания аксона т. е. пресинаптического нейрона в синапсе) или глиальной клетки после того, как она выполнила свою функцию передачи нервного импульса .
Обратный захват необходим для нормальной синаптической физиологии, поскольку он обеспечивает рециркуляцию нейротрансмиттеров и регулирует уровень нейротрансмиттеров, присутствующих в синапсе, тем самым контролируя продолжительность действия сигнала, возникающего в результате высвобождения нейротрансмиттера. Поскольку нейромедиаторы слишком велики и гидрофильны, чтобы диффундировать через мембрану, специфические транспортные белки для реабсорбции нейромедиаторов необходимы . Для получения информации о механизме обратного захвата было проведено множество исследований, как биохимических, так и структурных.
Структура белка
[ редактировать ]Первая первичная последовательность белка обратного захвата была опубликована в 1990 году. Методика определения последовательности белка основывалась на очистке, секвенировании и клонировании рассматриваемого белка-переносчика или на стратегиях экспрессионного клонирования, в которых транспортная функция использовалась в качестве анализа кДНК. вид, кодирующий этот транспортер. После разделения стало понятно, что между двумя последовательностями ДНК существует много общего. Дальнейшие исследования в области белков обратного захвата показали, что многие из транспортеров, связанных с важными нейротрансмиттерами в организме, также очень похожи по последовательности на транспортеры ГАМК и норадреналина. Членами этого нового семейства являются транспортеры дофамина , норадреналина , серотонина , глицина , пролина и ГАМК . Их звали На + /Cl − зависимые переносчики нейромедиаторов. Зависимость от ионов натрия и хлорида будет обсуждаться позже в механизме действия. Используя сходство последовательностей и анализ графиков гидропатии, было предсказано, что в «классическом» семействе транспортеров существует 12 гидрофобных мембранных областей. [ 1 ] Помимо этого, во внутриклеточном пространстве существуют N- и C-концы . Все эти белки также имеют расширенную внеклеточную петлю между третьей и четвертой трансмембранными последовательностями. Эксперименты по сайт-направленному химическому мечению подтвердили предсказанную топологическую организацию переносчика серотонина. [ 2 ]
Помимо транспортеров нейротрансмиттеров, многие другие белки как у животных, так и у прокариот были обнаружены со схожими последовательностями, что указывает на более крупное семейство нейротрансмиттеров: симпортеры натрия (NSS). Один из этих белков, LeuT, из Aquifex aeolicus , был кристаллизован Yamashita et al. [ 3 ] с очень высоким разрешением, обнаруживая молекулу лейцина и два Na + ионы связываются вблизи центра белка. Они обнаружили, что трансмембранные (ТМ) спирали 1 и 6 содержат раскрученные сегменты в середине мембраны. Наряду с этими двумя спиралями ТМ-спирали 3 и 8 и области, окружающие раскрученные участки 1 и 6, образовывали субстрат и места связывания ионов натрия. В кристаллической структуре LeuT обнаружена псевдосимметрия, при которой структура спиралей ТМ 1–5 отражается в структуре спиралей 6–10.
В белке имеется внеклеточная полость, в которую выступает спиральная шпилька, образованная внеклеточной петлей EL4. В TM1 аспартат отличает моноаминовые транспортеры NSS от транспортеров аминокислот , которые содержат глицин в том же положении. Внешние и внутренние «ворота» были отнесены к парам отрицательно и положительно заряженных остатков во внеклеточной полости и вблизи цитоплазматических концов спиралей ТМ 1 и 8.
Механизм действия
[ редактировать ]Классические белки-транспортеры используют трансмембранные ионные градиенты и электрический потенциал для транспортировки нейромедиатора через мембрану пресинаптического нейрона. Типичные переносчики симпорта натрия (NSS) нейромедиатора, которыми являются Na + и Cl − ионно-зависимый, используйте оба преимущества Na + и Cl − градиенты, направленные внутрь через мембрану. Ионы текут вниз по градиенту концентрации, что во многих случаях приводит к трансмембранному движению заряда, которое усиливается мембранным потенциалом. Эти силы втягивают субстрат нейромедиатора в клетку, даже несмотря на собственный градиент концентрации. На молекулярном уровне Na + ионы стабилизируют связывание аминокислоты в сайте субстрата, а также удерживают транспортер в открытой наружу конформации, которая позволяет связываться с субстратом. [ 4 ] Роль CL − Было предложено, чтобы ион в механизме симпорта стабилизировал заряд симпортированного Na. + . [ 5 ] [ 6 ]
После того, как произошло связывание иона и субстрата, должны произойти некоторые конформационные изменения. На основании конформационных различий между структурой ТМ 1–5 и ТМ 6–10, а также идентификации пути проникновения субстрата между местом связывания SERT и цитоплазмой был предложен механизм конформационных изменений, при котором четыре Пучок -спиралей, состоящий из ТМ 1, 2, 6 и 7, меняет свою ориентацию внутри остальной части белка. [ 7 ] Структура LeuT в конформации, открытой внутрь, впоследствии продемонстрировала, что основной компонент конформационного изменения представляет собой движение пучка относительно остальной части белка. [ 8 ]
Механизм ингибирования обратного захвата
[ редактировать ]Основная цель ингибитора обратного захвата — существенно снизить скорость реабсорбции нейромедиаторов в пресинаптический нейрон, увеличивая концентрацию нейромедиатора в синапсе. Это увеличивает связывание нейромедиаторов с пре- и постсинаптическими рецепторами нейромедиаторов. [ 9 ] В зависимости от рассматриваемой нейрональной системы ингибитор обратного захвата может оказывать радикальное воздействие на когнитивные функции и поведение. Неконкурентное ингибирование бактериального гомолога LeuT трициклическими антидепрессантами происходит в результате связывания этих ингибиторов на пути внеклеточного проникновения. [ 10 ] [ 11 ] Однако конкурентный характер ингибирования транспорта серотонина антидепрессантами позволяет предположить, что в транспортерах нейромедиаторов они связываются в сайте, перекрывающем сайт субстрата. [ 12 ]
Человеческие системы
[ редактировать ]Хоршиц и др. [ 13 ] исследовали селективность ингибитора обратного захвата белка обратного захвата серотонина крысы (SERT), экспрессируемого в клетках эмбриональных почек человека (HEK-SERT). Они представили SERT с различными дозами либо циталопрама ( СИОЗС ), либо дезипрамина (ингибитора белка обратного захвата норэпинефрина, NET). Изучая кривые «доза-реакция» (с использованием нормальной среды в качестве контроля), они смогли количественно определить, что циталопрам действовал на SERT как СИОЗС, а дезипрамин не оказывал влияния на SERT. В отдельном эксперименте Horschitz et al. подвергались воздействию HEK-SERT с циталопрамом в течение длительного времени. Они заметили, что длительное воздействие приводит к снижению регуляции сайтов связывания. Эти результаты предполагают некоторый механизм долгосрочных изменений в пресинаптическом нейроне после лекарственной терапии. Хоршиц и др. обнаружили, что после удаления циталопрама из системы вернулись нормальные уровни экспрессии сайта связывания SERT. [ 13 ]
Было высказано предположение, что депрессия является результатом снижения уровня серотонина, обнаруженного в синапсе, хотя эта гипотеза подвергалась сомнению еще в 1980-х годах. [ нужна ссылка ] . Первоначально это подтверждалось успешным уменьшением симптомов депрессии после приема трициклических антидепрессантов (таких как дезипрамин) и СИОЗС. Трициклические антидепрессанты ингибируют обратный захват серотонина и норадреналина, воздействуя как на SERT, так и на NET. СИОЗС избирательно ингибируют обратный захват серотонина, воздействуя на SERT. [ как? ] . Конечным результатом является увеличение количества серотонина в синапсе, что увеличивает вероятность того, что серотонин будет взаимодействовать с серотониновым рецептором постсинаптического нейрона. Существуют дополнительные механизмы, с помощью которых должна происходить десенсибилизация серотониновых ауторецепторов , но конечный результат тот же. [ 14 ] Это увеличивает передачу сигналов серотонина, который, согласно гипотезе, повышает настроение и, таким образом, облегчает симптомы депрессии. Это предположение об антидепрессивном механизме ингибиторов обратного захвата серотонина не учитывает временной ход терапевтического эффекта, который занимает от нескольких недель до месяцев, в то время как ингибирование транспортера происходит по существу немедленно.
Конечным эффектом употребления амфетамина (АМФ) является увеличение уровня дофамина, норадреналина и серотонина в синапсе. Было показано, что AMPH действует на рецептор 1, связанный с следами аминов (TAAR1), вызывая ингибирование оттока и обратного захвата в переносчиках серотонина, норадреналина и дофамина . Этот эффект требует, чтобы транспортер и TAAR1 были локализованы вместе (происходили вместе) внутри одного и того же нейрона.
Нейропротекторная роль
[ редактировать ]Астроциты , по-видимому, используют механизмы обратного захвата для нейропротекторной роли. Астроциты используют возбуждающий переносчик аминокислот 2 (EAAT2, также известный как GLT-1) для удаления глутамата из синапса. EAAT2 Мыши с нокаутом были более склонны к летальным и спонтанным судорогам и острым повреждениям головного мозга в коре головного мозга. Эти эффекты могут быть связаны с повышенными концентрациями глутамата в мозге мышей с нокаутом EAAT2, проанализированных посмертно. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Массон Дж., Санье С., Хамон М., Эль Местикави С. (сентябрь 1999 г.). «Переносчики нейромедиаторов в центральной нервной системе». Фармакологические обзоры . 51 (3): 439–64. ПМИД 10471414 .
- ^ Андруцеллис-Теотокис А.; Рудник Г. (2002). «Доступность и конформационная связь в переносчике серотонина предсказывают внутренние домены» . Дж. Нейроски . 22 (19): 8370–8378. doi : 10.1523/JNEUROSCI.22-19-08370.2002 . ПМЦ 6757799 . ПМИД 12351711 . S2CID 16525312 .
- ^ Ямасита А., Сингх С.К., Кавате Т., Джин Ю., Гуо Э. (сентябрь 2005 г.). «Кристаллическая структура бактериального гомолога Na +/Cl-зависимых переносчиков нейромедиаторов». Природа . 437 (7056): 215–23. Бибкод : 2005Natur.437..215Y . дои : 10.1038/nature03978 . ПМИД 16041361 . S2CID 4420334 .
- ^ Клэкстон Д.П., Квик М., Ши Л., де Карвальо Ф.Д., Вайнштейн Х., Джавич Дж.А., МакХаураб Х.С. (июль 2010 г.). «Ионно-субстратно-зависимая конформационная динамика бактериального гомолога нейротрансмиттера: симпортеров натрия» . Структурная и молекулярная биология природы . 17 (7): 822–9. дои : 10.1038/nsmb.1854 . ПМЦ 3245867 . ПМИД 20562855 .
- ^ Зомот Э., Бендахан А., Квик М., Чжао Ю., Джавич Дж.А., Каннер Б.И. (октябрь 2007 г.). «Механизм взаимодействия хлоридов с нейротрансмиттерами: симпортерами натрия» . Природа . 449 (7163): 726–30. Бибкод : 2007Natur.449..726Z . дои : 10.1038/nature06133 . ПМИД 17704762 . S2CID 4391735 .
- ^ Тавулари С., Ризван А.Н., Форрест Л.Р., Рудник Г. (январь 2011 г.). «Реконструкция сайта связывания хлоридов в гомологе бактериального переносчика нейромедиаторов» . Журнал биологической химии . 286 (4): 2834–42. дои : 10.1074/jbc.m110.186064 . ПМК 3024779 . ПМИД 21115480 .
- ^ Форрест Л.Р., Рудник Дж. (декабрь 2009 г.). «Качающийся пучок: механизм ионно-связанного потока растворенных веществ с помощью симметричных переносчиков» . Физиология . 24 (6): 377–86. дои : 10.1152/физиол.00030.2009 . ПМК 3012352 . ПМИД 19996368 .
- ^ Кришнамурти Х., Гуо Э. (январь 2012 г.). «Рентгеновские структуры LeuT в безсубстратном, открытом наружу и апо-открытом внутрь состояниях» . Природа . 481 (7382): 469–74. Бибкод : 2012Natur.481..469K . дои : 10.1038/nature10737 . ПМК 3306218 . ПМИД 22230955 .
- ^ Васс, Виктория (16 июля 2023 г.). «Типы СДВГ: понимание многоликости СДВГ» . Планировщик СДВГ . Проверено 17 июля 2023 г.
- ^ Сингх С.К., Ямасита А., Гуо Э. (август 2007 г.). «Сайт связывания антидепрессантов в бактериальном гомологе переносчиков нейромедиаторов». Природа . 448 (7156): 952–6. Бибкод : 2007Natur.448..952S . дои : 10.1038/nature06038 . ПМИД 17687333 . S2CID 4315958 .
- ^ Чжоу З, Чжэнь Дж, Карпович Н.К., Гетц Р.М., Ло С.Дж., Рейт М.Э., Ван Д.Н. (сентябрь 2007 г.). «Структура LeuT-дезипрамина показывает, как антидепрессанты блокируют обратный захват нейромедиаторов» . Наука . 317 (5843): 1390–3. Бибкод : 2007Sci...317.1390Z . дои : 10.1126/science.1147614 . ПМЦ 3711652 . ПМИД 17690258 .
- ^ Андерсен Дж., Кристенсен А.С., Банг-Андерсен Б., Стрёмгаард К. (июль 2009 г.). «Последние достижения в понимании взаимодействия антидепрессантов с переносчиками серотонина и норадреналина». Химические коммуникации . 2009 (25): 3677–92. дои : 10.1039/b903035m . ПМИД 19557250 .
- ^ Перейти обратно: а б Хоршиц С., Хаммерих Р., Шлосс П. (ноябрь 2001 г.). «Структура, функции и регуляция переносчика 5-гидрокситриптамина (серотонина)» (PDF) . Труды Биохимического общества . 29 (Часть 6): 728–32. дои : 10.1042/BST0290728 . ПМИД 11709064 .
- ^ Члонковская А.И., Зенович М., Бидзинский А., Мацеяк П., Ленер М., Тараха Е., Висловска А., Плазник А. (ноябрь 2003 г.). «Роль нейростероидов в анксиолитическом, антидепрессивном и противосудорожном эффекте селективных ингибиторов обратного захвата серотонина». Монитор медицинских наук . 9 (11): РА270-5. ПМИД 14586292 .
- ^ Танака К., Ватасе К., Манабэ Т., Ямада К., Ватанабе М., Такахаси К., Ивама Х., Нисикава Т., Итихара Н., Кикучи Т., Окуяма С., Кавасима Н., Хори С., Такимото М., Вада К. (июнь 1997 г.). «Эпилепсия и обострение черепно-мозговой травмы у мышей, у которых отсутствует транспортер глутамата GLT-1». Наука . 276 (5319): 1699–702. дои : 10.1126/science.276.5319.1699 . ПМИД 9180080 .