ГАМКA-рецептор

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

ГАМКA-рецептор — ліганд-залежний іонний канал в хімічних синапсах нервової системи, що гальмує передачу нервового збудження, та керується за допомогою ГАМК (основного нейротрансмітеру мозку).

Морфологія[ред.ред. код]

Структура субодиниці ГАМКA-рецептора. Ліворуч — топологія субодиниці. Великий зовнішньоклітинний N-термінальний домен несе характеристичний цистеїновий місток (Cys-Cys), що присутній у всіх іонних каналах та місця зв'язування агоністів та модуляторів. Трансмембранні домени показані у вигляді циліндрів (1-4) з доменом ТМ2, що вистилає іонний канал (помаранчевий). Найбільша внутрішньоклітинна петля (між доменами ТМ3 та ТМ4) несе місця зв'язування численних внутрішньоклітинних модуляторів та сайти, що беруть участь в стабілізації та фіксації рецептора в клітинній мембрані. У відсотках показані відносні пропорції молекули субодиниці рецептора, що знаходяться по різні боки плазматичної мембрани та всередині неї. Праворуч — четвертинна структура рецептора. Пентамерний комплекс субодиниць формує нативний ГАМКА-рецептор, при цьому домени ТМ2 кожної субодиниці розташовані так, що формують іонний канал, яким проходять аніони Cl- та НСО3- після активації рецептора агоністом (ГАМК).

Іонотропні ГАМКА-рецептори вперше були виділені з бичачого мозку в 1987 році, і їхня структура була тоді визначена як така, що складається з двох субодиниць. Але пізніше завдяки методикам молекулярного клонування було виділено велику кількість різних субодиниць, що можуть входити до складу цього рецептора. Перелік субодиниць включає сім різних родин, багато з яких налічують більш ніж один вид білка. Це родини α (6 ізоформ), β (три ізоформи), γ (три ізоформи), а також δ, ε, π та θ (одна ізоформа в кожній). Гомологія (збіжність) в послідовностях амінокислот між ізоформами однієї родини досягає щонайменше 70%, в той час як між представниками різних родин — менше ніж 40%; докладніше про властивості рецепторів, що утворюються різними комбінаціями субодиниць, див. у таблиці 1.

Кожний функціонуючий ГАМКА-рецептор являє собою гетеропентамер, де всі п'ять субодиниць мають однакову третинну структуру. Ця структура полягає в наявності великого N-термінального домену, характеристичною ознакою котрого для цього типу рецепторів є дисульфідний місток між двома залишками цистеїну (так звана «cys-cys-петля») — риса, притаманна всім іонно-канальним рецепторам. Також на N-термінальному домені знаходяться численні місця зв'язування різноманітних лігандів та ділянка, що активує рецептор при зв'язуванні з ним молекул ГАМК.

За N-термінальним доменом ідуть чотири трансмембранних домени (ТМ1-4), серед яких ТМ2 запроваджує внутрішню вистілку просвіту іонного каналу. Між доменами ТМ3 та ТМ4 знаходиться великий внутрішньоклітинний регіон, що містить сайти, застосовувані для фосфорилювання задопомогою протеїн-кіназ, а також місця приєднання численних фіксуючих та проводячих протеїнів. За доменом ТМ4 розташований дуже короткий С-термінал. Загалом, кількість амінокислотних залишків, котрі складають третинну структуру однієї субодиниці, дорівнює приблизно 400.

Велика кількість типів субодиниць ГАМКA-рецептора (загалом 16) призводить до великої кількості структурно відмінних ГАМКА-рецепторів, що можуть бути теоретично ними сформовані. Але практично in vivo рівень різноманіття функціональних ГАМКА-рецепторів є набагато меншим. Завдяки комплексним молекулярно-біологічним дослідженням було встановлено, які саме комбінації субодиниць можуть формувати функціональні ГАМКА-рецептори — див. Таблицю 1. При цьому треба завважити, що не всі штучно синтезовані нормально функціонуючі форми рецепторів, наведені в таблиці, на теперішній час знайдені в мозку.

Тримірна структура рецептора. Top — вигляд згори (паралельно до мембрани), Front — вигляд збоку (перпендикулярно до мембрани)

Функціональні властивості[ред.ред. код]

Дослідження рекомбінантних ГАМКA-рецепторів показали, що функціональні властивості ГАМКА-рецепторів багато в чому визначаються складом субодиниць рецептора. Загалом, наступні закономірності можуть вважатись доведеними:

  • Відсутність β-субодиниці в складі рецептора помітно зменшує, або навіть повністю блокує, чутливість до ГАМК;
  • Створення комбінацій α-β збільшує чутливість до ГАМК, але отримані таким чином канали мають відносно низьку провідність (12-18 pS). Також ці рецептори нечутливі до бенздіазепінів, і можуть бути інгібійованими за допомогою низьких концентрацій Zn2+ (~100-200 нМ);
  • Залучення γ-субодиниці, що призводить до формування комбінацій α-β-γ, незначно знижує чутливість до ГАМК порівняно з α-β — рецепторами; також таким рецепторам притаманна алостерична модуляція бенздіазепінами, і помітно менша чутливість до іонів Zn2+ (~200-500 μМ). Провідність іонного каналу у рецепторів з таким складом субодиниць приблизно на 30% вища (28-31 pS), аніж у форм α-β. Навність субодиниці γ2, окрім того, стимулює формування кластерів (тісних груп) рецепторів на постсинаптичній мембрані хімічних синапсів.

Місце зв'язування ГАМК[ред.ред. код]

Місця зв'язування ГАМК та бенздіазепінів на ГАМКА-рецепторі. Пентамерна структура протеїну демонструє розташування α, β та γ-субодиниць в більшості ГАМКА-рецепторів. Ділянки зв'язування агоністів (сині) формуються на контактній поверхні між субодиницями різних родин, включаючи в себе кілька амінокислотних залишків як з α, так і з β субодиниць. Аналогічно сформована єдина ділянка, де зв'язуються бенздіазепіни (червоний) між α та β субодиницями. Показані амінокислотні залишки, котрі долучені до формування вказаних ділянок зв'язування.

На теперішній час вважається, що до складу ділянки зв'язування ГАМК на ГАМКА-рецепторі входять амінокислотні залишки як з α-, так і з β-субодиниці. При цьому в складі β-субодиниці для формування ділянки зв'язування ГАМК критичними є два домени, що містять амінокислоти YGYT (однолітерний код, див статтю «амінокислота») — залишки 157–160 субодиниці β2 (тут і далі літера позначає однолітерний код амінокислоти, цифра — номер залишку в ланцюгу білкової молекули, починаючи від N-кінця); і, також, YGSY — залишки 202–205. Втім, згідно з деякими теоріями, останній домен може бути асоційованим з механізмом конформаційної передачі в процесі відкриття іонного каналу, а не власне з ділянкою зв'язування ГАМК. Перераховані вище залишки взаємодіють із залишками F64, R66, S68, R120 субодиниці α1 — таким чином, ділянка зв'язування ГАМК сформована на поверхні контакту α- та α-субодиниць.

Алостерична модуляція: бенздіазепінова ділянка[ред.ред. код]

Дослідження рекомбінантних рецепторів показали, що одночасна наявність α- та γ-субодниць є необхідною для можливості алостеричного регулювання ГАМКА-рецептора за допомогою бенздіазепінів. При цьому були ідентифіковані декілька критично важливих амінокислотних залишків — Н101 в α1-субодиниці та F77 в γ2-субодиниці — які впливають на активність зв'язування.

Окрім того, важливу роль відіграє залишок Т142 в субодиниці γ2, котрий впливає на ефективність бенздіазепінів. Цікаво, що залишок F77 в субодиниці γ2 є гомологічним до F64 в субодиниці α1, що завдає активного впливу на ефект ГАМК. Таким чином, сайт зв'язування бенздіазепінів, локалізований на поверхні між субодиницями α та γ, може бути таким, що еволюційно виник із ділянки зв'язування агоністу (тобто ГАМК).

Набір субодиниць, що формує нативний рецептор, особливо що стосується різних ізоформ γ та α субодиниць, може завдавати вплив і на фармакологію бенздіазепінів. Ліганди бенздіазепінового ряду можуть діяти як часткові або повні агоністи, потенціюючи дію ГАМК; як антагоністи, котрі не мають жодного впливу на дію ГАМК, але запобігають дії агоністів-бенздіазепінів; та як часткові або повні зворотні агоністи, котрі інгібіюють активацію рецептора задопомогою ГАМК, діючи на бенздіазепінову ділянку. Ефекти зворотніх агоністів можуть бути інгібійовані антагоністами бенздіазепінового ряду. Рецептори, що включають α1- та βіγ2 субодиниці (де і=1-3), мають високу спорідненість до бенздіазепінів, діазепаму, CL218872, та золпідему (часто називаються рецепторами або лігандами першого типу). CL218872 та золпідем мають набагато нижчу спорідненість до рецепторів, що містять α23 та α5βіγ2 субодиниці (рецептори другого типу). Наступна група рецепторів, α4- та α6βіγ2 — рецептори, є діазепам-нечутливою, але здатною зв'язувати частковий зворотний агоніст, Ro-15-4513. У субодиницях α4 та α6 відсутній критично важливий для α1 амінокислотний залишок Н101, котрий замінений на агрінін. Такі діазепам-нечутливі рецептори називаються рецепторами третього типу.

β-субодиниці та іонний канал[ред.ред. код]

β-субодиниці рецептора спочатку вважались фармаклогічно пасивними; тим не менше, нещодавні дослідження показали, що їхня наявність у складі нативного рецептора є критично необхідною умовою для його функціонування, а різні конформації β-субодиниць можуть впливати на ефект лігандів, які з цими субодиницями безпосередньо не зв'язуються (наприклад, на ефекти лореклезола). В усіх відомих на теперішній час випадках впливу на ефекти лігандів ГАМКA-рецептора з боку його β-субодиниць різниця в рецепторній відповіді зумовлена мутаціями (тобто замінами) одного і того ж амінокислотного залишку — на позиції 290 в сегменті ТМ2. У випадку β1-субодиниці це місце займає серин, і ефект лореклезолу при цьому не змінюється або інгібіюється; у випадку β2-субодиниці на цьому місці знаходиться аспарагін, що помітно потенціює (збільшує) ефект лореклезолу і ряду інших сполук.

Інший залишок, що сильно впливає на чутливість αβ-вміщуючих ГАМКА-рецепторів — це Н267, що знаходиться на зовнішній частині домену ТМ2. Цей залишок гістидину формує частину ділянки зв'язування Zn2+, роблячи рецептор чутливим до інгібіювання іонами цинку в концентрації близько 100 нМ. Локалізація цього амінокислотного залишку всередині хлорного каналу рецептру і той факт, що двовалентний катіон цинку може проникати в канал, пристосований для проходження одновалентних аніонів, незалежно від того, активований рецептор чи ні, є ознаками локалізації іон-селектуючої частини рецепторної молекули та механізму відкриття каналу на протилежному кінці рецептора.

Таблиці[ред.ред. код]

Таблиця 1. Форми ГАМКА-рецепторів, знайдені в нервовій системі

Комбінація субодиниць Розповсюдження та властивості
α1βγ2 Найзвичайніша ізоформа, ~40% від усіх ГАМКА-рецепторів; широко розповсюджена в хімічних синапсах нервової системи.
α2βγ2 Досить звичайна, також широко розповсюджена.
α3βγ2 Не така звичайна як дві попередні, широко розповсюджена.
α4βγ2 Відносно рідкісна, знайдена в гіпокампі та таламусі. Можливо, є позасинаптичним рецептором.
α5βγ2 Відносно рідкісна, знайдена в гіпокампі.
α6βγ2/δ Знайдена лише в гранулярному шарі мозочка та в нервових клітинах равлику вуха. Можливо, є позасинаптичним рецептором.
α1α2-6βγ2 Рецептори, що містять дві різні форми α-субодиниці, вірогідно, є дуже рідкісними, якщо взагалі така комбінація здатна формувати функціональний рецептор. Про їхнє існування можна стверджувати, ґрунтуючись на результатах імунних реакцій з використанням селективних сироваток
α2α3-6βγ2 Відносно рідкісна, якщо взагалі здатна формувати функціональні рецептори.
α3α4-6βγ2 Відносно рідкісна, якщо взагалі здатна формувати функціональні рецептори.

Таблиця 2. Властивості ГАМКA-рецепторів

Природний агоніст ГАМК
Селективний агоніст Ізогувацин
Антагоніст Пікротоксин
Селективний антагоніст Бікукуллін
Модулятори: бенздіазепіни Потенціювання
Барбітурати Потенціювання
Zn2+ (IC50) Інгібіювання (αβ — 100-500nM; αβγ — 100-500mM)
Нейростероїди Потенціювання/інгібіювання
Ефективність ГАМК (ЕС50) 2-30μM
Іони, що проходять через канал Cl- та НСО3-
Активація рецептора Швидка (мілісекунди)
Десенситизація Швидка та глибока
Провідність каналу 25-32pS

Література[ред.ред. код]

  • Bormann J (2000): The «ABC» of GABA receptors. Trends Pharmacol Sci 21:16-19.
  • Feigenspan A, Wassle H, Bormann J (1993): Pharmacology of GABA receptor Cl- channels in rat retinal bipolar cells. Nature 361:159-162.
  • Fritschy J-M, Mohler H (1995): GABAA receptor heterogeneity in the adult rat brain: differential regional and cellular distribution of seven major subunits. J Comp Neurol 359:154-194.
  • Hosie AM, Aronstein K, Sattelle DB, Ffrench-Constant RH (1997): Molecular biology of insect neuronal GABA receptors. Trends Neurosci. 20:578-583.
  • Jones A, Korpi ER, McKernan RM, Pelz R, et al. (1997): Ligand-gated ion channel subunit partnerships: GABAA receptor 6 subunit gene inactivation inhibits delta subunit expression. J Neurosci 17:1350-1362.
  • Korpi ER, Grunder G, Luddens H (2002): Drug interactions at GABAA receptors. Prog Neurobiol 67:113-159.
  • Moss SJ, Smart TG (1996): Modulation of amino acid-gated ion channels by protein phosphorylation. Int Rev Neurobiol 39:1-52.
  • Rabow LE, Russek SJ, Farb DH (1996): From ion currents to genomic analysis: Recent advances in GABAA receptor research. Synapse 21:189-274.
  • Rudolph U, Crestani F, Benke D, Brunig I, et al. (1999): Benzodiazepine actions mediated by specific γ-aminobutyric acid (A) receptor subtypes. Nature 401:796-800.
  • Smith GB, Olsen RW (1995): Functional domains of GABAA receptors. Trends Pharmacol Sci 16:162-168.
  • Whiting PJ, McKernan RM, Wafford KA (1995): Structure and pharmacology of vertebrate GABAA receptor subtypes. Int Rev Neurobiol 38:95-138.

Див. також[ред.ред. код]