ГАМКВ-рецептор

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

[ред.] Загальна характеристика

Будова субодиниць ГАМК_В-рецептору. Топологія двох відомих субодиниць рецептору (R1 та R2) показує впорядкування різних форм цих субодиниць та різницю між ними. Варіації в первинній структурі кожної субодиниці (R1a-d та R2а-с) показані суцільними (в разі повністю різних послідовностей) або пунктирними (в разі відсутніх ділянок) лініями.

ГАМК_В-рецептори – це друга зи чисельністю група ГАМК-чутливих рецепторів після ГАМК_А. Ці рецептори були відкриті в 1981 році завдяки детальному фармаклогічному аналізу ефектів ГАМК в мозку, і характеризуються нечутливістю до бікукулліну (на відміну від ГАМК_А-рецепторів) та здатністю активуватись селективним агоністом баклофеном. ГАМК_В-рецептори забезпечують здійснення відносно повільної передачі інгібіторних (тормозних) нервових сигналів, їхня дія звичайно призводить до гіперполяризації постсинаптичної мембрани та інгібіювання вивільнення нейромедіатору в хімічному синапсі.

[ред.] Молекулярна структура

На протязі останніх років було виділено дві субодиниці, що формують ГАМК_В-рецептори: R1 та R2. Ці субодиниці мають приблизно 35%-у збіжність в первинній структурі (послідовності амінокислотних залишків). ГАМК_В-рецептори належать до родини рецепторів, поєднаних з G-протеїнами (G-protein-coupled receptors, GPCR), і в межах цієї родини структурно найближчі до С-рецепторів - групи, до якої також входять метаботропні глутаматні та Са²⁺-чутливі рецептори.

Кожна з субодиниць ГАМК_В-рецептору має великий зовнішній N-термінал, за яким послідовно розташовані сім трансмембранних доменів та внутрішньоклітинний С-термінал, котрий виступає інструментом гетеродимеризації. Рецептори даного виду звичайно розрізняють за їхньою потребою в субодиниці R1 чи R2 для гетеродимеризації - тільки після такої гетеродимеризації ГАМК_В-рецептор стає повністю функціональним; це є єдиним такого роду прикладом серед досі відкритих G-протеїн-поєднаних рецепторних структур. Більш того, якщо вказані субодиниці експресуються роздільно, R1 нездатна досягти зовнішньої клітинної мембрани, лишаючись утримуваною на ендоплазматичному ретикулумі, а R2 без R1 нездатна зв'язувати ГАМК. Незважаючи на відкритий повністю функціональний С-домен одиночної субодиниці R2, досі не було отримано свідоцтв про можливість її поєднання з вільними субодиницями інших аналогічних GPCR-рецепторів.

[ред.] Сайт зв’язування ГАМК: модель "Венериної мухоловки"

Всім представникам С-класу GPCR-рецепторів притаманний східний механізм активації завдяки дії агоністу, що відомий під назвою "Модель Венериної мухоловки". Побудовані зараз функціональні моделі цієї структури припускають, що ліганд потрапляє до N-термінального сайту зв’язування на субодиниці R1, проходячи між двох великих лопастей, які здатні до обертання завдяки спеціальній "шарнірній" ділянці (див. малюнок). Модель струтури цієї "мухоловки" була побудована, ґрунтуючись на екстраполяції схожої доменної лопасної структури, що наявна в бактеріальному периплазматичному лейцин-ізолейцин-валін зв’язуючому протеїні.

Після того, як агоніст потрапляє в щілину між рухомими долями субодниці R1, ці долі змикаються і блокують його молекулу. Аналогічна блокуюча структура "Венериної мухоловки" наявна і в R2-субодиниці, але при цьому в даній субодиниці відсутні амінокислотні залишки, що необхідні для формування місця зв’язування агоністу та/або антагоністу. Можливо, субодиниця R2 може бути активованою ще не ідентифікованим лігандом (невідомо, ендогенним чи екзогенним) – але попри всі досліди така активуюча речовина (ліганд) досі не знайдена.

[ред.] Проведення сигналів: роль G-протеїнів та іонних каналів

Протеїновий комплекс, що проводить сигнали ГАМК_В-рецепторів. Функціональні ГАМК_В-рецептори існують у вигляді дімерів, розташованих в плазматичній мембрані. Субодиниця R1 зв’язує агоніст (ГАМК), субодиниця R2 активує три шляхи передачі сигналу (пунктирні лінії) через комплекси G-протеїнів (G_αβγ). G_α активує аденiлат-циклази, призводячи до збільшення концентрації аденозін-монофосфату (сАМР); G_βγ взаємодіє з кальцієвими каналами, зменшуючи надходження іонів Са²⁺ в клітину; також G_βγ стимулює калієві канали, збільшуючи кількість іонів К⁺, що виходить з клітини.

Завдяки активації ГАМК_В-рецепторів здійснюється регулювання декількох комплексних процесів всередині нервової системи: сюди входить інгібіювання аденілил-циклази; редукція агоніст-стимульованого синтезу інозитол-1,4,5-трифосфату; інгібіювання електично-активованих Са²⁺-каналів; а також, за останніми даними, активація внутрішньо-фракціонованих К⁺-каналів. Передача ефекту з ГАМК_В-рецепторів на адениліл-циклази відбувається через комплекс G-протеїнів, а саме протеїни G_αi та G_αo. Агоніст-залежне G-протеїн-зв’язування забезпечується завдяки взаємодії з одним (або більше) внутрішньоклітинним доменом на субодиниці R2 – як звичайно вважають, з другою та третьою внутрішньоклітинними петлями (але всі дані на користь цього, поки що, є лише опосередкованими). Калієві іонні канали, дія яких регулюється ГАМК_В-рецепторами, зазнають в даному випадку впливу через активацію βγ-комплексу G-протеїнів (G_βγ). Ций же самий G-протеїновий комплекс функціонально поєднує ГАМК_В-рецептори з пресинаптичними кальцієвими каналами N-, Р- та Т-типу.

[ред.] Локалізація субодиниць ГАМК_В-рецепторів

Задопомогою імуногістохімічних методів достовірно встановлено, що як субодиниця R1, так і субодиниця R2 ко-експресуються (тобто синтезуються сумісно) практично в усіх регіонах мозку, хоча в розподілі функціональних субодиниць і спостерігаються деякі розбіжності. Наприклад, субодиниці типу R1а переважають в зубчастій звивині гіпокампусу та стріатуму і наявні в гіпоталамусі, зоровій корі, стволі головного мозку та в гранулярному шарі кори мозочка. В той же час субодиниці типу R1b можуть бути знайдені в приповерхневих шарах кори великих півкуль, середній частині хабенули, міжножковому ядрі, в спинному мозку та в молекулярному шарі кори мозочка.

Субодиниця R2 знайдена практично всюди: в гіпокампі, корі великих півкуль, в клітинах Пуркін'є мозочку та в спинному мозку – відповідно до того, що ГАМК_В-рецептори всюди представлені гетеродімерами. Тим не менше, в деяких пробах в досліді експресувалася лише одна субодиниця рецептору: R1, що знайдена у виликих інтернейронах гіпокампа за відсутності R2. R1-субодиниця рецептору не може формувати функціональний рецептор; але, можливо, інші, ще не ідентифіковані субодиниці ГАМК_В-рецептору можуть зв’язуватись з нею за відсутності R2 і формувати функціонуючу рецептрну структуру.

Локалізація ГАМК_В-рецепторів в окремому нейроні є переважно екстрасинаптичною (за межами синаптичних структур). Це є ознакою виконання інгібіторної ролі цими рецепторами тільки під час дуже інтенсивного вивільнення ГАМК, коли вона дифундує за межи синпатичних щілин; також це добре узгоджується з функціональним призначенням ГАМК_В-рецепторів, як одного з механізмів довготривалої повільної модуляції синаптичного інгібіювання.

[ред.] Модуляція ГАМК_В-рецепторів

Кількість екзогенних лігандів ГАМК_В-рецепторів наразі значно менша за таку для ГАМК_А-рецепторів. Тим не менше, більшість фармакологічних властивостей ГАМК_В-рецептору виражена у взаємодії його з різними екзогенними агоністами та антагоністами різної сили впливу. На протязі останніх 30 років було синтезовано велику кількість похідних фосфінової кислоти, які є лігандами ГАМК_В-рецептору, але, тим не менше, найбільш зручним селективним агоністом рецептору досі є (-)-баклофен, що виявляє також і стереоселективність. Іншим потужним агоністом є амінопропілфосфінова кислота (aminopropylphosphinic acid, APPA), дія котрої в 7-10 разів сильніша за баклофен. Тим не менше, ці агоністи не можуть бути використані для розрізнення різних ізоформ ГАМК_В-рецептору.

Ряд агоністів даного рецептору виявляє досить широкий спектр активності: від відносно низькоактивних сполук саклофену та факлофену, до набагато потужніших GGP-54626, CGP-55845 та CGP-64213. Але, як і у випадку агоністів, ці антагоністи не є селективними лігандами різних ізоформ ГАМК_В-рецептору.

Існує ряд спостережень щодо наявності алостеричної зовнішньої регуляції ГАМК_В-рецепторів, яка є результатом їхньої часткової структурної тотожності з Са²⁺-чутливими рецепторами та мускаріновими глутаматними рецепторами, які також чутливі до зміни концентрації Са²⁺ в оточуючому середовищі. Мілімолярні концентрації Са²⁺ здатні здійснювати позитивний вплив на ефект природнього медіатору (ГАМК), зменшуючи її ЕС₅₀, але вони не впливають на ефекти баклофену. Цей ефект притаманний винятково іонам Са²⁺ і може бути придушеним точечною мутацією в субодиниці R1 рецептору (заміна серину-269 на аланін). За відсутності ГАМК іони кальцію до активації ГАМК_В-рецептору не здатні.

Вплив на функціональну активність ГАМК_В-рецептору також може бути здійсненим шляхом активації сигнальних ланцюгів, що стимулюють активність протеїн-кіназ. С-кінець рецепторної макромолекули містить велику кількість сайтів однакової структури, на яких здійснюється фосфориляція завдяки дії протеїн-кіназ. Зокрема, при фосфориляції серіну-892 в субодиниці R2 відбувається стабілізація зв'язку між двома субодиницями ГАМК_В-рецептору завдяки посиленню зв’язку рецепторної макромолекули з елементами клітинної мембрани, що, кінець-кінцем, призводить до більш активної генерації сигналів всією сукупністю ГАМК_В-рецепторів на даному нейроні.

[ред.] Література

Bettler B, Kaupmann K, Bowery N (1998): GABAB receptors: drugs meet clones. Curr Opin Neurobiol 8:345-350.

Billinton A, Ige AO, Bolam JP, White JH, et al. (2001): Advances in the molecular understanding of GABAB receptors. Trends Neurosci 24:277-282.

Bormann J (2000): The "ABC" of GABA receptors. Trends Pharmacol Sci 21:16-19.

Bowery NG, Enna SJ (2000) : γ-Aminobutyric acidB receptors: first of the functional metabotropic heterodimers. J Pharmacol Exp Ther 292:2-7.

Couve A, Moss SJ, Pangalos M (2000): GABAB receptors: a new paradigm in G protein signaling. Mol Cell Neurosci 16:296-312 Hill DR, Bowery NG (1981): [3H]-baclofen and [3H]-GABA bind to bicuculline-insensitive GABAB sites in rat brain. Nature 290:149-152.

Jones KA, Borowsky B, Tamm JA, Craig DA, et al. (1998): GABAB receptors function as a heteromeric assembly of the subunits GABABR1 and GABABR2. Nature 396:674-679.

Kaupmann K, Huggel, Heid J, Flor PJ, et al. (1997): Expression cloning of GABAB receptors uncovers similarity to metabotropic glutamate receptors. Nature 386:239-246.

Schuler V, Luscher C, Blanchet C, Klix N, et al. (2001): Epilepsy, hyperalgesia, impaired memory, and loss of pre- and postsynaptic GABAB responses in mice lacking GABAB R1. Neuron 31:47-58.

White JH, Wise A, Main MJ, Green A, et al. (1998): Heterodimerization is required for the formation of a functional GABAB receptor. Nature 396:679-682.