Глютамат транспортер
Транспортеры глутамата представляют собой семейство нейротрансмиттеров -транспортерных белков, которые перемещают глутамат - основной возбуждающий нейротрансмиттер - через мембрану . Семейство переносчиков глутамата состоит из двух первичных подклассов: семейство возбуждающих аминокислотных транспортер ( EAAT ) и семейство переносчика глутамата ( VGLUT ). В мозге EAAT удаляют глутамат из синаптической расщелины и экстразинаптических сайтов через глутамат обратный захват в глиальные клетки и нейроны , в то время как VGLUT перемещают глутамат из клеточной цитоплазмы в синаптические везикулы . Транспортеры глутамата также переносят аспартат и присутствуют практически во всех периферических тканях, включая сердце , печень , яички и кости. Они демонстрируют стереоселективность для L-глутамата, но транспортируют как L-аспартат, так и D-аспартат.
EAAT-это мембрановые вторичные переносчики, которые поверхностно напоминают ионные каналы . [ 1 ] Эти транспортеры играют важную роль регулирования концентраций глутамата во внеклеточном пространстве , транспортируя его вместе с другими ионами в клеточных мембранах. [ 2 ] После того, как глутамат высвобождается в результате потенциала действия , переносчики глутамата быстро удаляют его из внеклеточного пространства, чтобы поддерживать низкие уровни, тем самым завершая синаптическую передачу. [ 1 ] [ 3 ]
Без активности глутаматных транспортеров глутамат наращивал бы и убивал клетки в процессе, называемом экситотоксичностью , в котором чрезмерное количество глутамата действует как токсин в нейроны, запуская ряд биохимических каскадов . Активность транспортеров глутамата также позволяет переработать глутамат для повторного высвобождения. [ 4 ]
Классы
[ редактировать ]белок | ген | Распределение тканей |
---|---|---|
Eaat1 | SLC1A3 | Астроглия [ 5 ] |
Eaat2 | SLC1A2 | В основном Астроглия; [ 6 ] Посреднивание> 90% ЦНС глутамата обратного захвата [ 7 ] |
Eaat3 | SLC1A1 | Все нейроны - расположенные на дендритах и терминалах аксона [ 8 ] [ 9 ] |
Eaat4 | SLC1A6 | нейроны |
Eaat5 | SLC1A7 | сетчатка |
VGLUT1 | SLC17A7 | нейроны |
Vglut2 | SLC17A6 | нейроны |
Vglut3 | SLC17A8 | нейроны |
Существуют два общих класса переносчиков глутамата, которые зависят от электрохимического градиента ионов натрия (EAAT) и тех, которые не являются (VGLUTS и XCT). [ 10 ] Антипортер цистина-глутамата (XCT) локализуется в плазматической мембране клеток, в то время как переносчики везикулярного глутамата (VGLUTS) обнаруживаются в мембране синаптических везикул, содержащих глутамат. НА + -зависимые EAAT также зависят от трансмембранной k + и ч + Градиенты концентрации, и поэтому также известны как «переносчики глутамата натрия и калия». НА + -зависимые транспортеры также были названы «высокоаффинными переносчиками глутамата», хотя их сродство глутамата на самом деле сильно варьируется. [ 10 ] EAAT - это антипортеры , которые несут одну молекулу глутамата вместе с тремя NA + и один ч + , в то время как экспорт один k + . [ 11 ] EAAT - это трансмембранные интегральные белки, которые проходят плазмалемму 8 раз. [ 11 ]
Митохондрии также обладают механизмами для принятия глутамата, которые очень отличаются от переносчиков мембраны глутамата. [ 10 ]
Eaats
[ редактировать ]У людей (а также у грызунов) были идентифицированы пять подтипов и названы EAAT1-5 ( SLC1A3 , SLC1A2 , SLC1A1 , SLC1A6 , SLC1A7 ). Подтипы EAAT1-2 обнаружены в мембранах глиальных клеток [ 13 ] ( астроциты , микроглия и олигодендроциты ). Тем не менее, низкие уровни EAAT2 также обнаруживаются в аксонных концевых пирамидальных клетках гиппокампа CA3. [ 14 ] EAAT2 отвечает за более чем 90% обратного захвата глутамата в центральной нервной системе (ЦНС). [ 7 ] [ 12 ] Подтипы EAAT3-4 являются исключительно нейрональными и экспрессируются в терминалах аксона, [ 8 ] клеточные тела и дендриты. [ 9 ] [ 15 ] Наконец, EAAT5 обнаруживается только в сетчатке, где она в основном локализуется для фоторецепторов и биполярных нейронов в сетчатке. [ 16 ]
Когда глютамат поднимается в глиальные клетки EAAT, он превращается в глутамин и впоследствии транспортируется обратно в пресинаптический нейрон, превращается обратно в глутамат и поднимается в синаптические пузырьки путем действия VGLUTS. [ 3 ] [ 17 ] Этот процесс называется циклом глутамата -глютамина .
Vgluts
[ редактировать ]Известны три типа переносчиков везикулярных глутаматов, VGLUTS 1–3 [ 18 ] ( SLC17A7 , SLC17A6 и SLC17A8 соответственно) [ 3 ] и новый глютамат/аспартатный транспортер сиалин . [ 19 ] Эти транспортеры упаковывают нейротрансмиттер в синаптические везикулы , чтобы их можно было высвободить в синапс. Vgluts зависят от градиента протонов , который существует в секреторной системе ( везикулы более кислыми, чем цитозоль ). Vgluts имеют только от одной сотой до тысячи сродства к глутамату, которую есть EAAT. [ 3 ] Также в отличие от EAAT, они, по -видимому, не транспортируют аспартат.
Vglut3
[ редактировать ]VGLUT3 (везикулярный глутаматный транспортер 3), который кодируется геном SLC17A8, является членом семейства переносчиков везикулярного глутамата , которое транспортирует глутамат в клетки. Он участвует в неврологических и болезни.
Нейроны способны экспрессировать Vglut3, когда они используют нейротрансмиттер, отличный от глутамата, например, в конкретном случае центральных 5-HT нейронов. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Роль этого нетрадиционного транспортера (VGLUT3) по -прежнему остается неизвестной, но в настоящее время было продемонстрировано, что в слуховой системе VGLUT3 участвует в быстрой возбуждающей глутаматергической передаче, очень похожей на два других транспортеров глутамата, VGLUT1 и VGLUT2. [ 24 ] [ 25 ]
Существуют поведенческие и физиологические последствия абляции VGLUT3, поскольку она модулирует широкий спектр нейрональных и физиологических процессов, таких как тревога, регуляция настроения, импульсивность, агрессивное поведение, восприятие боли, цикл сна и бодрствования, аппетит, температура тела и сексуальное поведение. Конечно, никаких существенных изменений не было обнаружено в агрессии и поведении, подобном депрессии, но напротив, потеря Vglut3 привела к конкретному фенотипу, связанному с тревогой.
Сенсорные нервные волокна имеют разные способы обнаружения гиперсенсионности боли в течение их сенсорных модальностей и скоростей проводимости, но в настоящее время до сих пор неизвестно, какие типы сенсорного связаны с различными формами воспалительной и нейропатической боли. В этом случае везикулярный транспортер глутамата 3 (VGLUT3) участвует в механической гиперчувствительности после воспаления , но их роль в невропатической боли все еще остается в дебатах.
VGLUT3 обладает обширным соматическим развитием, что может быть вовлечено в несинаптическую модуляцию глутаматом в развивающейся сетчатке, и может влиять на трофическую и экстрааптическую передачу сигналов нейронов глутаматом во внутренней сетчатке.
Молекулярная структура EAAT
[ редактировать ]Как и все переносчики глутамата, EAAT представляют собой тримеры, каждый протомер, состоящий из двух доменов: центральный домен каркасов (рис. 1а, пшеница) и периферический транспортный домен (рис. 1а, синий). Транспортный конформационный путь заключается в следующем. Во -первых, возникает внешняя конформация (OF, открытая), которая позволяет связывать глутамат. Затем область HP2 закрывается после поглощения (OF, закрытого), а движение, подобное лифту, переносит субстрат на внутриклеточную сторону мембраны. Ничего не стоит того, что это движение лифта состоит из нескольких, которые еще предстоит классифицировать/идентифицированные конформационные изменения. После того, как движение лифта приносит субстрат в сторону IC мембраны, EAAT принимает внутреннее лицо (если, закрыто) состояние, в котором транспортный домен снижается, но затвор HP2 все еще закрыт, а глутамат все еще связан с транспортером. Наконец, затвор HP2 открывается, а глутамат диффундирует в цитоплазму клетки. [ 26 ]
Патология
[ редактировать ]Переоценка переносчиков глутамата может привести к неадекватному синаптическому глутамату и может участвовать в шизофрении и других психических заболеваниях. [ 1 ]
Во время травм, таких как ишемия и травматическая травма головного мозга , действие переносчиков глутамата может потерпеть неудачу, что приведет к токсическому наращиванию глутамата. Фактически, их активность также может быть изменена вспять из -за неадекватных количеств аденозинтрифосфата к Power ATPase насосам, что приводит к потере электрохимического ионного градиента . Поскольку направление переноса глутамата зависит от градиента ионов, эти транспортеры высвобождают глутамат вместо его удаления, что приводит к нейротоксичности из -за перегрева рецепторов глутамата . [ 27 ]
Потеря NA + Предполагается, что -зависимый глутамат EAAT2 связан с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера , болезнь Хантингтона и деменция ALS -Parkinsonism . [ 28 ] Кроме того, дегенерация моторных нейронов при заболевании амиотрофический боковой склероз была связана с потерей EAAT2 из мозга пациентов и спинного мозга . [ 28 ]
Пристрастие к определенным привыкающимся препаратам (например, кокаин , героин , алкоголь и никотин ) коррелирует с постоянным снижением экспрессии EAAT2 в прилежащем ядре (NACC); [ 29 ] Снижение экспрессии EAAT2 в этом регионе вовлечена в привыкание к поведению, связанного с наркотиками. [ 29 ] В частности, долгосрочная дисрегуляция нейротрансмиссии глутамата в NACC наркоманов связана с повышением уязвимости для рецидива после повторного воздействия на наркотики или связанные с ним сигналы лекарств . [ 29 ] Препараты, которые помогают нормализовать экспрессию EAAT2 в этом регионе, таких как N-ацетилцистеин , были предложены в качестве дополнительной терапии для лечения зависимости от кокаина, никотина, алкоголя и других лекарств. [ 29 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Дофаминовые переносчики
- Норпинефриновые переносчики
- Серотонинские переносчики
- NMDA -рецепторы
- AMPA -рецепторы
- Каинат -рецепторы
- Метаботропные глутаматные рецепторы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в Ganel R, Rothstein JD (1999). «Глава 15, дисфункция транспортера глутамата и гибель нейронов». В Monyer, Hannah, Gabriel A. Adelmann, Jonas, Peter (Eds.). Ионотропные глутаматные рецепторы в ЦНС . Берлин: Спрингер. С. 472–493. ISBN 3-540-66120-4 .
- ^ Zerangue, N, Kavanaugh, MP (1996). «Связь с потоком в нейрональном транспортере глутамата». Природа . 383 (6601): 634–37. Bibcode : 1996natur.383..634Z . doi : 10.1038/383634A0 . PMID 8857541 . S2CID 4266755 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Шигери Y, SEAL RP, Shimamoto K (2004). «Молекулярная фармакология переносчиков глутамата, EAAT и VGLUTS». Brain Res. Brain Res. Преподобный 45 (3): 250–65. doi : 10.1016/j.brainresrev.2004.04.004 . PMID 15210307 . S2CID 41057787 .
- ^ Zou JY, Crews FT (2005). «TNF Альфа усиливает нейротоксичность глутамата, ингибируя поглощение глутамата в органотипических культурах срезов головного мозга: нейропротекция с помощью ингибирования NF Kappa B» . Brain Res . 1034 (1–2): 11–24. doi : 10.1016/j.brainres.2004.11.014 . PMID 15713255 . S2CID 54316877 .
- ^ Бердсли П.М., Хаузер К.Ф. (2014). «Глиальные модуляторы как потенциальные методы лечения психостимулятора». Новые цели и терапевтические средства в лечении психостимуляционного злоупотребления . Достижения в области фармакологии. Тол. 69. С. 1–69. doi : 10.1016/b978-0-12-420118-7.00001-9 . ISBN 9780124201187 Полем PMC 4103010 . PMID 24484974 .
- ^ Cisneros IE, Ghorpade A (октябрь 2014 г.). «Нейротоксичность метамфетамина и ВИЧ-1, индуцированная нейротоксичностью: роль передачи сигналов цАМФ рецептора 1, связанного с амином, в астроцитах» . Нейрофармакология . 85 : 499–507. doi : 10.1016/j.neuropharm.2014.06.011 . PMC 4315503 . PMID 24950453 .
Сверхэкспрессия TAAR1 значительно снижала уровни EAAT-2 и клиренс глутамата ... лечение метамфетамина активировало TAAR1, приводя к внутриклеточному цАМФ в астроцитах человека и модулированных способностей к глутамату. Кроме того, молекулярные изменения на уровнях астроцитов TAAR1 соответствуют изменениям в уровнях и функции астроцитов EAAT-2.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Рао П., Яллапу М.М., Сари Й., Фишер П.Б., Кумар С. (июль 2015 г.). «Разработка новых наноформуляций, нацеленных на транспортер глутамат, возбуждающий аминокислотный транспортер 2: последствия для лечения наркомании» . J. Pers. Наномена . 1 (1): 3–9. PMC 4666545 . PMID 26635971 .
Транспортер глутамата 1 (GLT1)/ возбуждающий аминокислотный транспортер 2 (EAAT2) отвечает за обратное захват более 90% глутамата в ЦНС [12–14].
- ^ Jump up to: а беременный Андерхилл С.М., Уилер Д.С., Ли М., Уоттс С.Д., Ингрэм С.Л., Амара С.Г. (июль 2014 г.). «Амфетамин модулирует возбуждающую нейротрансмиссию посредством эндоцитоза транспортера глутамата EAAT3 в дофаминовых нейронах» . Нейрон . 83 (2): 404–16. doi : 10.1016/j.neuron.2014.05.043 . PMC 4159050 . PMID 25033183 .
Зависимость интернализации EAAT3 от DAT также предполагает, что два переносчика могут быть усвоены вместе. Мы обнаружили, что EAAT3 и DAT экспрессируются в одних и тех же клетках, а также в аксонах и дендритах. Однако субклеточная совместная локализация двух транспортеров нейротрансмиттеров еще предстоит определить с помощью электронной микроскопии высокого разрешения.
- ^ Jump up to: а беременный Holmseth SH, Yeang YH, после-Arbein-Arbell VV, Gruttle NJ, Grolonaku MN, Plachezing C, Plachez C, Shou Year, AD, DN, Bergles DN, Dn Bergle, De Bergage KP, Danbolt NC (2012). «Плотность переносчиков примера EAC1 (EAC3) была нейронами по нейронам в ЦНС млекопитающих» . J Neurosci 32 (17): 6000–13. DOO : 10.1523/jneuci.5347-11.2012 . PMC 4031369 . PMID 22539860 .
- ^ Jump up to: а беременный в Danbolt NC (2001). «Поглощение глутамата». Прогик Нейробиол . 65 (1): 1–105. doi : 10.1016/s0301-0082 (00) 00067-8 . PMID 11369436 . S2CID 27347413 .
- ^ Jump up to: а беременный Er Kandel, JH Schwartz, TM Jessell, Sa Siegelbaum, AJ Hudpseth, Принципы нейронной науки , 5-е изд., The McGraw-Hill Companies, Inc., 2013, с. 304
- ^ Jump up to: а беременный Холмсет С., Скотт Х.А., Реал К., Лере К.П., Легард Т.Б., Бьяли Дж.Г., Данболт Н.К. (2009). «Концентрации и распределения трех C-концевых вариантов белка переносчика глутамата GLT1 (EAAT2; SLC1A2) в ткани мозга крысы предполагают дифференциальную регуляцию». Нейробиология . 162 (4): 1055–71. doi : 10.1016/j.neuroscience.2009.03.048 . PMID 19328838 . S2CID 41615013 .
С тех пор было охарактеризовано семейство из пяти транспортеров глутамата с высоким аффинтом, которое отвечает за точную регуляцию уровней глутамата как в синаптических, так и в экстрасинаптических местах, хотя транспортер 1 глутамата (GLT1) является ответственным за более чем 90% поглощения глутамата. В мозге. Разъяснение номенклатуры. Основной глиальный транспортер глутамат называется GLT1 в литературе по грызунам и возбуждающим аминокислотным транспортеру 2 (EAAT2) в литературе человека.
- ^ Lehre KP, Levy LM, Ottersen OP, Storm-Mathisen J, Danbolt NC (1995). «Дифференциальная экспрессия двух глиальных транспортеров глутамата в мозге крысы: количественные и иммуноцитохимические наблюдения» . J Neurosci . 15 (3): 1835–53. doi : 10.1523/jneurosci.15-03-01835.1995 . PMC 6578153 . PMID 7891138 .
- ^ Фернесс Д.Н., Дехнес Ю., Ахтар А.В., Росси Д.Дж., Хаманн М., Грутл Н.Дж., Гандерсен В., Холмсет С., Лере К.П., Улленсванг К., Войводзич М., Чжоу Й., Аттвелл Д., Данболт Н.К. (2008). «Количественная оценка поглощения глутамата в синаптических терминалах и астроцитах гиппокампа: новая информация о роли нейронов для возбуждающего аминокислотного транспортера 2 (EAAT2)» . Нейробиология . 157 (1): 80–94. doi : 10.1016/j.neuroscience.2008.08.043 . PMC 2775085 . PMID 18805467 .
- ^ Андерсон К.М., Свансон Р.А. (2000). «Астроцит глутаматный транспорт: обзор свойств, регуляции и физиологических функций». Глиа 32 (1): 1–14. doi : 10.1002/1098-1136 (200010) 32: 1 <1 :: AID-Glia10> 3.3.co; 2-N . PMID 10975906 .
- ^ Pow DV, Barnett NL (2000). «Экспрессия развития возбуждающего аминокислотного транспортера 5: фоторецептор и транспортер глутамата биполярных клеток в сетчатке крысы». Нейроски. Летал 280 (1): 21–4. doi : 10.1016/s0304-3940 (99) 00988-x . PMID 10696802 . S2CID 13184375 .
- ^ Pow DV, Robinson SR (1994). «Глутамат в некоторых нейронах сетчатки происходит исключительно от глиа». Нейробиология . 60 (2): 355–66. doi : 10.1016/0306-4522 (94) 90249-6 . PMID 7915410 . S2CID 28256349 .
- ^ Найто С., Уэда Т (январь 1983 г.). «Аденозин-трифосфат-зависимое поглощение глутамата в синаптические везикулы, ассоциированные с белком,» . Дж. Биол. Химический 258 (2): 696–9. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 33100-4 . PMID 6130088 .
- ^ Miyaji T, Echigo N, Hiasa M, Senoh S, Omote H, Moriyama Y (август 2008 г.). «Идентификация везикулярного аспартатного транспортера» . Прокурор Нат. Академический Наука США . 105 (33): 11720–4. Bibcode : 2008pnas..10511720M . doi : 10.1073/pnas.0804015105 . PMC 2575331 . PMID 18695252 .
- ^ Фримо Р.Т., Берман Дж., Куреши Т., Тран Ч., Проктор Дж., Джонсон Дж., Чжан Х., Сулцер Д., Копенгаген Д.Р., Сторм-Матисен Дж., Реймер Р.Дж., Чаудхри Ф.А., Эдвардс Р.С. (2002). «Идентификация везикулярного переносчика глутамата 3 предполагает новые моды передачи сигналов с помощью глутамата» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (22): 14488–93. Bibcode : 2002pnas ... 9914488f . doi : 10.1073/pnas.222546799 . PMC 137910 . PMID 12388773 .
- ^ Gras C, Herzog E, Bellenchi GC, Bernard V, Ravassard P, Pohl M, Gasnier B, Giros B, El Mestikawy S (2002). «Третий везикулярный транспортер глутамата, экспрессируемый холинергическими и серотонинергическими нейронами» . Журнал нейробиологии . 22 (13): 5442–51. doi : 10.1523/jneurosci.22-13-05442.2002 . PMC 6758212 . PMID 12097496 .
- ^ Schäfer MK, Varoqui H, Defamie N, Weihe E, Erickson JD (2002). «Молекулярное клонирование и функциональная идентификация переносчика 3 -глутамата мыши и его экспрессии в подмножествах новых возбуждающих нейронов» . Журнал биологической химии . 277 (52): 50734–48. doi : 10.1074/jbc.m206738200 . PMID 12384506 .
- ^ Takamori S, Malherbe P, Broger C, Jahn R (2002). «Молекулярное клонирование и функциональная характеристика переносчика везикулярного глутамата человека 3» . Embo сообщает . 3 (8): 798–803. doi : 10.1093/embo-reports/kvf159 . PMC 1084213 . PMID 12151341 .
- ^ Ruel J, Emery S, Nouvian R, Bersot T, Amilhon B, Van Rybroek JM, Rebillard G, Lenoir M, Eybalin M, Delprat B, Sivakumaran TA, Giros B, El Mestikawy S, Moser T, Smith RJ, Lesperance MM,, Пуэль Дж.Л. (2008). «Нарушение SLC17A8, кодирующего везикулярный глутамат транспортер-3, VGLUT3, лежит в основе несиндроматической глухоты DFNA25 и дисфункции внутренних клеток волосяных клеток у нулевых мышей» . Американский журнал человеческой генетики . 83 (2): 278–92. doi : 10.1016/j.ajhg.2008.07.008 . PMC 2495073 . PMID 18674745 .
- ^ Seal RP, Akil O, Yi E, Weber CM, Grant L, Yoo J, Clause A, Kandler K, Noebels JL, Glowatzki E, Lustig LR, Edwards RH (2008). «Сенскорантурная глухота и судороги у мышей, в которых отсутствует везикулярный транспортер глутамата 3» . Нейрон . 57 (2): 263–75. doi : 10.1016/j.neuron.2007.11.032 . PMC 2293283 . PMID 18215623 .
- ^ Мортенсен, Оле В.; Либерато, Хосе Л.; Coutinho-Netto, Хоаким; Сантос, Вагнер Ф. Дос; Фонтана, Андрея К.К. (2015). «Молекулярные детерминанты транспортной стимуляции EAAT2 расположены на границе раздела между доменами тримеризации и транспортировки субстрата» . Журнал нейрохимии . 133 (2): 199–210. doi : 10.1111/jnc.13047 . ISSN 1471-4159 . PMID 25626691 . S2CID 206090609 .
- ^ Ким А.Х., Керхнер Г.А., Чой Д.В. (2002). «Глава 1, блокировка экситотоксичности». В Марку, Фрэнк У. (ред.). Нейропротекция ЦНС . Берлин: Спрингер. С. 3–36. ISBN 3-540-42412-1 .
- ^ Jump up to: а беременный Yi JH, Hazell AS (2006). «Экситотоксические механизмы и роль астроцитарных транспортеров глутамата при черепно -мозговой травме». Нейрохем. Инт . 48 (5): 394–403. doi : 10.1016/j.neuint.2005.12.001 . PMID 16473439 . S2CID 44719394 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый McClure EA, Gipson CD, Malcolm RJ, Kalivas PW, Grey KM (2014). «Потенциальная роль N-ацетилцистеина в лечении расстройств употребления психоактивных веществ» . ЦНС лекарства . 28 (2): 95–106. doi : 10.1007/s40263-014-0142-x . PMC 4009342 . PMID 24442756 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Глютамат+транспортер в Национальной медицинской библиотеке Медицинской библиотеки США (сетка)