Přednáška 3 - MAGNEROVCI

Přednáška 3: Neuropřenašeče: excitační a inhibiční aminokyseliny
(glutamát, glycin, GABA)
Aminokyseliny jsou základní stavební bloky proteinů. Účastní se intermediátního
metabolismu a v buňkách jsou vysoce koncentrovány. Z tohoto důvodu není snadné určit, zda
je nějaká aminokyselina (AA) neuropřenašeč nebo není, nicméně v případě těchto čtyřech o
jejich neurotransmiterové funkci není pochyb: jde o excitační aminokyseliny glutamát a
aspartát a inhibiční neuropřenašeče kyselinu γ-aminomáselnou (GABA) a glycin.
Excitační AA využívá téměř každý informační neuronální okruh, podílejí se na
utváření normálních synaptických kontaktů a jsou zapojeny i do takových patofyziologických
procesů, jakými jsou např. epilepsie, ischemie, poškození mozku, úzkostné stavy či závislosti.
GLUTAMÁT
Studiu AA jako neuropřenašečů jsou intenzivně věnována poslední dvě desetiletí.
Ještě dávno před tím, než začal být glutamát považován za neurotransmiter, všimli si badatelé,
že je schopen excitovat v podstatě každý neuron CNS, a to i ve velmi nízkých koncentracích.
Glutamát je hlavní excitační přenašeč CNS. Účastní se rychlého excitačního
synaptického přenosu, v dospělém CNS je přítomen ve vysokých koncentracích. Enzymy
syntézy i degradace glutamátu jsou přítomny v neuronech i gliích, stejně jako vysokoafinitní
transportéry aminokyselin.
Glutamát i aspartát jsou neesenciální AA, které neprocházejí hematoencefalickou
bariérou, a nejsou tedy mozku dodávány cirkulující krví. V mozku jsou syntetizovány
z glukosy a dalších prekurzorů (glutamát je redukovaná forma kyseliny glutamové). Po
výlevu je glutamát primárně vychytáván gliemi, ve kterých je konvertován
glutaminsynthetasou na glutamin. Vzniklý glutamin je transportován Na+ a H+-dependentní
pumpou N-1 (SN1). Jde o protein umístěný na membráně glií, který je homologní
vesikulárnímu GABA transportéru (VGAT; vzpomeňte si na minulou přednášku – 12
transmembránových segmentů, plnění váčku...). Glutamin je vychytáván glutamátergním
nervovým zakončením (proces ne zcela popsán), konvertován glutaminasou zpět na glutamát
a použit k dalšímu výlevu.
Výlev a zpětné vychytávání
Synaptické váčky aktivně akumulují glutamát spolu s ionty Mg2+. Koncentrace
glutamátu ve váčku může dosáhnout až 20 mM. Plnění se děje cestou vesikulárního
glutamátového transportéru (VGluT) s vysokou afinitou pro glutamát a signifikantně nižší pro
aspartát. Po výlevu je glutamát rychle zpětně vychytáván, což zajišťují přinejmenším dvě
rodiny glutamátových transportérů.
Transport glutamátu zpět do zakončení je elektrogenní a je využívá elektrochemického
gradientu Na+, H+ a K+, což umožňuje přenos glutamátu a aspartátu i proti jejich gradientu
koncentračnímu. Tyto přenašeče jsou velmi rychle schopny snížit hladinu glutamátu v
synaptické štěrbině na submikromolární koncentraci. Vychytávají glutamát i aspartát se
stejnou afinitou a zhruba stejnou rychlostí, mohou transportovat i D-aspartát, ale nikoliv Dglutamát. S každou molekulou glutamátu je přenesen jeden proton a tři ionty sodíku do buňky
a zároveň jeden ion draslíku ven – transport je tedy elektrogenní.
V materiálu z potkanů a mloků byly vyklonováni čtyři zástupci této vysoceafinitní
rodiny glutamátových transportérů:
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
•
•
•
•
GLAST (glutamate-aspartate transporter)
GLT-1 (glutamate transporter-1)
EAAC (excitatory amino acid carrier-1) a
sEAAT5 (salamander excitatory amino acid transporter-5).
Lidskými homology jsou EAAT1, EAAT2, EAAT3 a EAAT5; EAAT4 byl naklonován
v lidském motorickém kortexu. Vychytávání glutamátu v CNS se predominantně účastní
GLAST a GLT-1 .
V poslední přednášce si budeme přibližovat různé patofyziologické stavy a zmíníme
se i o fenoménu excitotoxicity. Za různých okolností, např. při ischémii, může docházet
k akumulaci glutamátu/aspartátu v synaptické štěrbině, a tak s masivní aktivaci
glutamátových receptorů. Tato extrémní aktivace obratem způsobí řadů patologických změn,
vedoucích až k smrti buňky. Glutamátové transportéry, které limitním způsobem snižují
koncentraci glutamátu v zakončení, by za těchto podmínek dozajista užily nějaké stimulační
ligandy. Bohužel, k dispozici jsou pouze inhibitory, např.: THA (D,L-threo-3hydorxyaspartát, širokospektrý antagonista glutamátového a aspartátového transportu) či
DHK (dihydrokainát, selektivní inhibitor gliálního GLT-1).
Glutamátové receptory
Glutamátové receptory zahrnují dvě veliké rodiny: receptory ionotropní (formují
iontový kanál) a receptory metabotropní (spřažené s G-proteiny).
Ionotropní receptory zahrnují tyto třídy zástupců, pojmenované podle ligandů, které kromě
glutamátu také váží:
•
•
•
NMDA receptory (N-methyl-D-aspartát, analog glutamátu)
AMPA (Q) receptory (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-isoxazol-4-propionová
kyselina)
KA receptory (kainátové receptory, kyselina kainová)
Iontoropní glutamátové receptory jsou pentamery složené z různých podjednotek.
Jejich výčet máte uveden v tabulce. AMPA a NMDA receptory jsou na synapsích
kolokalizovány, ale jejich vzájemný poměr je velmi variabilní: existují i synapse „osázené“
výhradně jen AMPA či jen NMDA receptory. Ionotropní glutamátové receptory jsou
kódovány nejméně 16 geny. Uvnitř každé receptorové rodiny (AMPA, NMDA, KA Rs)
panuje až 80% homologie, mezi jednotlivými rodina pak homologie zhruba 50%.
Po vazbě glutamátu na AMPA a/nebo NMDA receptor lze pozorovat smíšený
excitační postsynaptický proud. Tento proud je dvousložkový: jeho první, rychlejší složka
s vyšší amplitudou je nesena AMPA receptory, druhá (pomalejší a s nižší amplitudou pak
NMDA receptory. Doba poklesu proudové odpovědi navozené NMDA receptorem může být
až 100krát delší než doba samotného otevření kanálu. Proč se odpovědi AMPA a NMDA Rs
liší? Delší doba odpovědi zprostředkovaná NMDA Rs pravděpodobně souvisí s jejich vyšší
afinitou ke glutamátu (Kd = 3-8 nM), takže ten z NMDA receptoru disociuje podstatně
pomaleji než v případě AMPA R, který je ve srovnání s NMDA Rs nízkoafinitní ((Kd = 200
nM).
Pomalejší kinetika NMDA Rs mj. podmiňuje mechanismus časoprostorové sumace.
Díky delší době jimi vyvolané depolarizace se mohou přidat příspěvky dalších synapsí a
navodit depolarizaci nutnou k zahájení akčního potenciálu.
2
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
AMPA a KA receptory:
fyziologie a farmakologie
AMPA Rs vedou primárně
dovnitř tekoucí sodíkový proud
(který je vyvažován ven
tekoucím
proudem
draslíkovým).
Některé AMPA Rs neuronů a
astrocytů striata, hippokampu či
mozečku propouští také Ca2+,
což je extrémně důležité pro
buňky, které nejsou vybaveny
NMDA receptory.
Receptorová
rodina
AMPA
Kainátové
Podjednotky
GluR1
GluR2
GluR3
GluR4
GluR5
GluR6
GluR7
KA-1
KA-2
NR1
NR2A
NR2B
NR2C
NR2D
NR3A
NR3B
Gen
GRIA1
GRIA2
GRIA3
GRIA4
GRIK1
GRIK2
GRIK3
GRIK4
GRIK5
GRIN1
GRIN2A
GRIN2B
GRIN2C
GRIN2D
GRIN3A
GRIN3B
Chromosom
(lidský)
5q33
4q32-33
Xq25-26
11q22-23
21q21.1-22.1
6q16.3-q21
1p34-p33
11q22.3
19q13.2
9q34.3
16p13.2
12p12
17q24-q25
19q13.1qter
9q31.1
19p13.3
NMDA
AMPA
Rs
mohou
být
selektivně blokovány např.
silným
kompetitivním
antagonistou NBQX (6-nitro-7sulfamobenzo-quinoxalin 2,3dion); jeho účinek na jiné Rs je velmi slabý nebo neexistuje. Některé benzodiazepiny jako
GYKI 53655 jsou nekompetitivními antagonisty AMPA receptorů a zdají se být slibné
v neuroprotekci po mrtvicích. Ani ony nemají vliv na jiné kategorie glutamátových receptorů.
AMPA Rs desensitizují po expozici svému ligandu během milisekund, KA receptory
v podstatě obratem. Farmakologicky je leze odlišit pomoci jejich odpovědi na dvě látky –
cyklothiazid a lektin konkavalin A. Cyklothiazid zpomaluje desenzitizaci AMPA Rs bez
ovlivnění KA Rs, konkavalin A pravděpodobně interaguje s povrchovými cukernými zbytky
KA Rs, ale neovlivňuje AMPA receptory.
Molekulární složení AMPA a KA receptorů
AMPA receptory jsou pentamery
složené z podjednotek GluR1 – GluR4.
Někdy jsou tyto podjednotky značeny také
GluRA-D.
Každá
z podjednotek
je
kódována vlastním genem a existuje ve
dvou formách, flip a flop. Tyto formy
vznikají alternativním sestřihem, liší se
svou distribucí v mozku a dobou
desensitizace
receptoru.
Nejlépe
charakterizovaná podjednotka AMPA Rs je
GluR1
s předpokládaným
počtem
aminokyselin 889. Většina ionotropních
receptorů má podjednotky menší (okolo
450 AA); extradélka GluR1 podjednotky je
dána neobvykle dlouho N-koncovou
3
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
extracelulární doménou.
Podjednotky AMPA Rs mají (oproti jiným ligandem ovládaným iontovým kanálům)
pouze tři transmembránové segmenty (nikoliv 4). To, co vypadá jako zkrácený
transmembránový segment mezi segmenty M2 a M3, je smyčka, která dvakrát vstupuje do
cytoplasmy. Pro vazbu ligandu je kruciální krátká oblast mezi M1 a M3 transmembránovými
segmenty.
AMPA receptory, které neobsahují GluR2 podjednotku, jsou vysoce propustné pro
Ca2+. Tato propustnost pro Ca2+je dána záměnou jediné aminokyseliny v smyčce mezi M2 a
M3 segmenty. Podjednotka GluR2 obsahuje arginin (R), zatímco podjednotky GluR1, 3 a 4
obsahují glutamin (Q). Místo záměny je proto také označováno jako Q/R místo (Q/R site).
K záměně dochází během speciální editace RNA: gen pro GluR2 podjednotku kóduje
glutamin, ale většina mRNA je editována tak, aby obsahovala kodon pro arginin. Q/R místo
GluR2 podjednotek ovlivňuje (snižuje) vodivost AMPA receptoru a jeho senzitivitu vůči
blokádě pavoučími nebo endogenními polyaminy.
Díky existenci Q/R místa a flip/flop variant existuje velké množství variant AMPA
receptorů. Do jaké míry a jak jejich variabilitu využívá náš CNS není známo, ačkoliv existuje
např. prokázaná dominance Ca2+-propustných AMPA receptorů na excitačních synapsích
GABAergních neuronů, zatímco např. neurony projekční obsahují AMPA receptory pro Ca2+
nepropustné.
Ačkoliv AMPA receptory fungují primárně jako iontové kanály, zdá se, že mohou
vyvolávat fyziologickou odpověď i jinými mechanismy. Aktivace AMPA Rs může vést i
k aktivaci tyrosinkinasy Lyn. Tato aktivace je nezávislá na vtoku sodných i vápenatých iontů.
Fyziologický význam tohoto jevu zatím nebyl objasněn.
NMDA receptory: fyziologie a farmakologie
NMDA receptory mají několik vlastností, které je staví trochu stranou od ostatních
ligandem-ovládaných iontových kanálů. Při hodnotě membránového potenciálu nižší než cca
–50 mV je koncentrace iontů hořčíku (Mg2+) dostatečně vysoká na to, aby dokázala i
v přítomnosti glutamátu nebo aspartátu v podstatě potlačit tok iontů NMDA receptorem. Při
vstupu Mg2+ do póru kanálu ztrácí ion pomalu svůj hydratační obal a jeho další postup je
omezen; Mg2+ se rychle pohybuje z/do otevřeného kanálu a způsobuje rychlé krátké inhibice
toků proudů (flickery channel block). Pro nutnost depolarizace (ideálně aspoň o 30 mV)
bývají NMDA Rs někdy označovány také jako hybridní kanály (nestačí jim jen ligand).
Aktivace NMDA receptorů vede k nespecifickým tokům Na+ a K+, oproti AMPA a
KA receptorům je však NMDA receptor vysoce propustný pro Ca2+. Permeabilita NMDA Rs
pro Ca2+ je asi 10× vyšší než pro
Na+. NMDA receptorem mohou
procházet i další bivaletní kationy, a
to
s následující
relativní
2+
2+
permeabilitou: Ca > Ba > Sr2+ >>
Mn2+. Ačkoliv aktivace NMDA
receptorů
za
klidového
membránového potenciálu může vést
k takové depolarizaci, aby navodila
vznik akčního potenciálu, zdá se, že
primární funkce NMDA Rs spočívá
4
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
spíše ve zvyšování intracelulárních koncentrací Ca2+ díky synaptické aktivitě.
NMDA receptory slouží jako detektory sousledné aktivity několika synapsí – fungují
tehdy, když je zároveň s výlevem glutamátu přítomna i současná synaptická aktivita několika
dalších synapsí, neboť potřebují dostatečnou (a udržovanou) depolarizaci k tomu, aby byl
odstraněn Mg2+ blok.
NMDA receptor je unikátní také tím, že se zdá, že ke své aktivaci potřebuje dva
agonisty: glutamát a glycin. Ani jeden z nich sám neotevře kanál NMDA receptoru, takže
bývají občas společně označováni jako koagonisté NMDA receptoru. Význam tohoto jevu
není úplně znám, neboť normální fyziologické koncentrace glycinu by měly být saturační;
nicméně hladina glycinu může být regulována. Vazebné místo pro glycin je nicméně docela
dobrým farmakologickým cílem. Cykloserin (původně antituberkulotikum) je slabý parciální
agonista glycinového vazebného místa; může zesilovat účinek antipsychotických farmak u
schizofreniků. Specifičtější agonisté jako HA966 nejsou v klinické praxi užíváni.
Vazebné místo pro glutamát je rozpoznáváno i strukturně podobnými agonisty, jejichž
uhlíkatý řetězec je často prodloužen a navíc ω-karboxyskupina je typicky nahrazena zbytkem
kyseliny fosfonové (za vzniku antagonisty). Takto vzniká skupina kompetitivních agonistů,
kteří jsou ovšem polární a téměř neprocházejí hematoencefalickou bariérou (AP-5, 2RCPPen).
Jiným farmakologickým cílem je vazebné místo pro Mg2+ nebo jeho těsné sousedství.
Sem se váží látky jako fenylcyklidin (PCP, „andělský prach – angel dust“) a příbuzná
farmaka jako MK801 nebo ketamin. Tyto látky působí jako nekompetitivní antagonisté, kteří
okludují kanál receptoru. Mají značný vliv na funkci mozku. V nízkých koncentracích působí
psychotomimeticky a navozují kognitivní poruchy (halucinace, iluze) podobné některých
symptomům schizofrenie. Ve vyšších dávkách působí jako disociativní anestetika. Mnohé
z nich se používají jen veterinárně, i když třeba ketamin je oblíben pediatry – děti nejsou tolik
náchylné k vedlejším efektům psychotického typu.Vysoké dávky ethanolu hraničící s horní
hranicí otravy vyvolávají u lidí na NMDA receptorech podobné změny jako ty, co vyvolává
fenylcyklidin a jemu příbuzné látky.
Důležitým endogenní allosterickým modulátorem NMDA receptorů je pH. Protony
limitují frekvenci, s jakou se kanál otevírá, a při pH 6.0 je jeho funkce téměř zcela potlačena.
Vliv pH na funkci receptoru naznačuje, že v jeho aktivaci hrají klíčovou roli ionizovatelné
aminokyselinové zbytky jako histidin nebo cystein.
Molekulární složení NMDA receptorů
Byly identifikovány dvě hlavní rodiny NMDA
receptorových podjednotek (NR1 a NR2) a jedna
malá rodina modulačních podjednotek označovaných
jako NR3 podjednotky. Většina funkčních NMDA
receptorů v dospělém savčím mozku je tvořena 4
podjednotkami, které v drtivé většině pravděpodobně
existují jako NR1-NR2 heterotetramery. Ačkoliv i
homotertamerní NMDA receptory složené z NR1
podjednotek vykazují všechny charakteristiky NMDA
R, proud jimi tekoucí je asi 100krát menší než
NMDA Rs heterotetramerních. NR3 podjednotky jsou
5
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
exprimovány zejména ve vyvíjejícím se CNS a v dospělém savčím mozku nehrají zdá se
žádnou roli.
NR1 podjednotek bylo vyklonováno již více než 9. S NR1 podjednotkami se
kombinuji podjednotky NR2, které moduluji farmakologický profil či citlivost kanálu k Mg2+.
Zajímavá je časná postnatální výměna NR2B podjednotek v heterotetrameru za podjednotky
NR2A. Zatímco původní kanál vyvolával dlouhodobé synaptické odpovědi a byl velmi
náchylný k inhibici ifenprodilem, po výměně NR2B podjednotky za NR2A v prvních
týdnech života vymizí citlivost NMDA receptoru k ifenprodilu a zkrátí se doba jeho
synaptické odpovědi. V páteřní míše jsou rovněž ve vysokých koncentracích exprimovány
podjednotky NR2C a NR2D.
Vysoká permeabilita NMDA Rs pro vápník (a jiné bivaletní kationy) má značný dopad
na řadu buněčných funkcí. Běžná cytoplasmatická koncentrace Ca2+ je pufrována na cca 100
nM. Po aktivaci NMDA receptorů a vtoku vápníku může lokálně stoupnout až na řádově
mikromoly, což aktivuje řadu Ca2+-dependentních enzymů (Ca2+/kalmodulin dependentní
proteinkinasy, kalcineurin, proteinkinasu C, fosfolipasu A2, NO synthasu a jiné). S NMDA
receptory bývá spojován termín synaptická plasticita, konkrétně zejména dlouhodobá
potenciace (long-term potentiation, LTP) a dlouhodobá deprese (long-term depression, LDP)
v hippokampu. Roku 1973 Bless a Lomo ukázali, že pokud je vysokofrekvenčně stimulován
aferentní axon, který inervuje právě depolarizovanou postsynaptickou buňku, vyvolá odpověď
daleko větší, než by odpovídalo odpovědi po stimulaci membrány nedepolarizované. Tento
jev byl patrný ještě řadu hodin po prvním vysokofrekvenčním dráždění a opakované episody
stimulace jej mohly vyvolat i několik týdnů. Tento jev je dnes označován jako LTP a
považován za jeden z mechanismů tvorby paměťové stopy.
Jak vzniká LTP na molekulární úrovni? Je potřeba stimulačního vstupu působícího na
již depolarizovanou postsynaptickou membránu. Vzpomeňte si, že AMPA receptory potřebují
ke své aktivaci jen výlev glutamátu (presynaptickou aktivitu), a jsou schopny navodit
depolarizaci postsynaptické membrány, zatímco NMDA receptory potřebují ke své aktivaci
navíc ještě depolarizaci v řádu cca tří desítek mV (aktivitu postsynaptickou). Po otevření
NMDA receptorů a vtoku vápníku do postsynaptického elementu dochází k další depolarizaci.
Tato zvýšená postsynaptická odpověď je užitečná a pro sousední, slaběji stimulované (slaběji
depolarizované) synapse, protože je pomáhá depolarizovat silněji.
Mechanismus vzniku LDT, tedy dlouhodobého aktivitně závislého poklesu synaptické
účinnosti, je téměř identický, jen je zapotřebí nižších koncentrací vápníku. Souvisí to
pravděpodobně s kompeticí kinas a fosfatas. Při vyšší koncentraci vápníku je přednostně
stimulována CaM kinasa II – enzym s nižší afinitou k vápníku, a dochází k fosforylaci AMPA
receptorů. Naopak při LTD se vápník při svých nižších koncentracích přednostně váže na
kalcineurin – enzym s vyšší afinitou k vápníku, který pak stimuluje proteinfosftasu 1. Ta
AMPA receptory defosforyluje.
O roli NMDA receptorů v ecitotoxicitě si budeme vyprávět v poslední přednášce.
Metabotropní glutamátové receptory
Zatím bylo naklonováno 8 různých podjednotek metabotropního glutamátového
receptoru označovaných jako mGluR1-8 a dělených do tří tříd. Tyto receptory jsou větší než
jiné receptory spřažené s G-proteiny a i míra homologie s nimi není příliš vysoká. Mají
samozřejmě sedm transmembránových segmentů, ale vyznačují se velice dlouhou Nkoncovou doménou, která extracelulárně předchází transmembránovým segmentům.
6
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
V rámci jednotlivých tříd mGluRs existuje asi 70% sekvenční homologie, mezi
třídami pak homologie asi 45%. Rozdělení do tříd je založeno na základě mechanismu
přenosu signálu:
•
•
skupina I stimuluje fosfolipasu C cestou Gq proteinů;
skupina II a III inhibují adenylylcyklasu cestou Gi proteinů a regulují specifické Ca2+ a
K+ iontové kanály.
Glutamát aktivuje všechny rekombinantní mGluRs, přičemž jeho potence varírují mezi 2 nM
pro mGluR8 po 1µm pro mGluR7.
Skupina Receptor Gen
1
2
3
mGluR1
mGluR5
mGluR2
mGluR3
mGluR4
mGluR6
mGluR7
mGluR8
GRM1
GRM5
GRM2
GRM3
GRM4
GRM6
GRM7
GRM8
Chromosom
Efekt
(lidský)
6q24
zvyšuje koncentraci Ca2+ v cytoplasmě
11q14.3
uvolňuje K+ z buňky aktivací K+ iontových kanálů
3p21.2
inhibují adenylylcyklasu a snižují hladinu cAMP
7q21.1-q21.2
6p21.3
5q35
aktivují Ca2+ kanály, umožňují vstup Ca2+ do buňky
3p26-p25
7q31.3-q32.1
Pro každou z těchto tří skupin mGluRs byly identifikováni vysoce selektivní agonisté.
Skupinu I mGluRs agonisticky ovlivňuje DHPG (3,5-dihydroxyfenylglycin), pro skupinu II
je vysoce selektivním a středně potentním agonistou APDC (2R,4R-4-aminopyrrolidin-2-4dikarboxylát) a modelovým agonistou skupiny III je L-AP4 (L-amino-4-fosfonobutyrát).
V současnosti probíhají klinické testy se selektivním agonistou II skupiny mGluRs
označovaným jako LY354740, který by mohl být jarmakem terapie úzkostných stavů a možná
i antipsychotikem.
Modulace aktivity iontových kanálů cestou metabotropních Glu Rs
mGluRs lokalizované na postsynaptické membráně modulují velmi různorodým
způsobem funkci řady ligandem ovládaných i napěťově závislých iontových kanálů
v neuronech CNS. Poměrně nečekané bylo zjištění, že L-AP4 působí na skupině III mGluRs
v bipolárních neuronech sítnice a způsobuje hyperpolarizaci jejich membrány – glutamát
obvykle centrální neurony depolarizuje. Tato hyperpolarizace je navozena cestou G-proteinů
aktivujících fosfodiesterasu, která hydrolyzuje cyklické nukleotidy normálně udržující Na+
kanály otevřené.
Aktivace všech tří tříd mGluRs vede k regulaci L–typu napěťově ovládaných Ca2+
kanálů, mGluRs třídy II a II regulují také N-typ Ca2+ kanálů. V hippokampu nebo na
cholinergních neuronech putamenu vede aktivace mGluRs k uzavření napěťově ovládaných
K+ kanálů; mechanismus zatím není přesně popsán. To vede k pomalé depolarizaci a excitaci
neuronů. Naopak na granulárních buňkách mozečku vede aktivace mGluRs k poklesu aktivity
Ca2+-dependentních draslíkových kanálů (označovaných jako BK kanál) a snížení excitability
buňky.
7
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
mGluRs jsou lokalizovány také na presynaptické membráně řady centrálních neuronů.
Přímo na glutamátergní synapsi tyto presynaptické mGluRs inhibují P/Q typ Ca2+ kanálů a
tím inhibují výlev neuropřenašeče (inhibiční autoreceptory).
S autoimunitním atakem receptorových podjednotek GluR3 je spojena tzv.
Rasmussenova encefalitida. Jde o chorobu propukající v raném dětství a spojenou s epilepsií
a progresivní degeneraci jedné z mozkových hemisfér.
GABA (kyselina γ-aminomáselná)
GABA je hlavním inhibičním neuropřenašečem savčího CNS. GABAergní neurony
zahrnují velmi různorodě skupiny neuronů, počínaje interneurony inhibičními přes neurony
projekční. V minulosti byla GABA považována za neuropřenašeč ryze inhibičním který
hyperpolarizuje membrány postsynaptických buněk, nicméně v poslední době se ukazuje, že
role GABA je komplexnější. Např. během vývoje CNS může GABA působit i jako transmiter
excitační, navozující depolarizaci membrány. GABA uvolňovaná z inhibičních interneuronů
malých lokálních obvodů se také spoluúčastní generování membránových oscilací, jakými
jsou např. theta rytmy (EEG). GABAergní funkce jsou alterovány v případě řady
neuropsychiatrických onemocnění jako epilepsie, Huntingtonova choroba, dyskineze,
alkoholismus či poruchy spánkového rytmu.
Syntéza a odbourávání
GABA určená pro synaptický
přenos
vzniká
v metabolických
drahách souhrnně označovaných
jako tzv. GABA shunt. Podobně jako
při syntéze glutamátu je obecným
prekursorem GABA glukosa, jako
prekursor může sloužit i pyruvát.
Prvním krokem syntézy GABA je
konverze
α-ketoglutarátu
na
glutamát působením enzymu αoxoglutaráttransmaminasa (GABA
transaminasa nebo též GABA-T).
Následuje dekarboxylace kyseliny
glutamové (dekarboxylasou kyseliny
glutamové, GAD) na GABA.
GABA je plněna do váčků v terminále pomocí vesikulárního transportéru pro GABA.
Jeho primární sekvence naznačuje, že je složen z 10 transmembránových segmentů a velmi
dlouhé cytoplasmatické N-koncové smyčky o délce asi 130 aminokyselin. Podobně jako
VGluT je i tento transportér závislý na elektrickém gradientu na membráně váčku. Jeho
specifické inhibitory zatím nejsou známy.
Po výlevu je GABA vychytávána ze synaptické štěrbiny zpět do neuronů a použita na
znovunaplnění váčků, nebo ji vychytávají přilehlé glie. V gliích je metabolizována na
sukcinylsemialdehyd pomocí GABA-T. Tento transaminační krok probíhá v gliích tehdy,
když je přítomen i α-ketoglutarát, aby mohl sloužit jako akceptor aminoskupiny odštěpené
z GABA. Ten je posléze konvertován na kyselinu glutamovou. Ta je transportována zpět do
neuronů (glie neobsahují GAD) a v nich přeměněna na GABA.
8
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
Jsou známy specifické inhibitory pro GABA-T, které jsou vyvíjeny jako
antikonvulsativa. Velmi slibné klinické výsledky má zatím např. vigabatrin.
Farmakologie výlevu a zpětného vychytávání
Po depolarizačním stimulu (např. akční potenciál) dochází k výlevu GABA standardní
cestou. Výlev blokuje např. antikonvulsativum gabapentin; mechanismus jeho působení ale
zatím není popsán. Volná GABA v synaptické štěrbině a GABA, které oddisociuje
z receptorů, je zpětně vychytávána do nervového zakončení nebo do glií. Tento transport
vyžaduje přítomnost extracelulárního Na+ a Cl-: dva ionty sodíku a jeden ion chloridový jsou
přeneseny s každou molekulou GABA.
Pomocí klonování byly odlišeny čtyři (původně byla očekávána nižší heterogenita)
různé GABA transportéry: GAT-1, GAT-2, GAT-3 a BGT-1.
Farmakologicky jsou velmi důležité inhibitory transportu GABA. Na membráně glií
zpětné vychytávání GABA účinně inhibuje její rigidní analog hydroxynipekotová kyselina,
a její selektivita pro gliáílní transportéry je asi 20× vyšší než
pro transportéry na membráně nervové terminály. Příbuzné
inhibitory kyselina nipekotová (vlevo) a guvacin (vpravo)
blokují obojí transportéry přibližně se stejnou potencí.
Všechny tyto tři látky se selektivně váží na GAT-1
transportér, a to přibližně se stejnou afinitou (IC50 = 2040 µM). Další inhibitory L-DABA (2,4-diaminomáselná
kyselina) a ACHC jsou přibližně 4× méně účinnější, a
ještě nižší potenci vůči GAT-1 vykazují β-alanin,
hypotaurin a taurin. Naopak jedním z nejpotentnějších
inhibitorů GAT-1 transportéru je lipofilní derivát
NNC-711
guvacinu označovaný kódem NNC-711. Jeho IC50 je
menší než 400 nM. NNC-711 inhibuje i transport přes GAT-3 transportér, ale se zhruba 40
000× nižší selektivitou než přes transportér GAT-1. Na GAT-1 transportéru působí inhibičně i
antikonvulsanta tiagabin a lipofilní inhibitory Cl-966 a SKF89976. Inhibicí vychytávání
GABA všechny tyto látky zvyšují její dostupnost v synaptické štěrbině a tím potencují její
inhibiční efekt v rámci CNS.
Farmakologické profily transportérů GAT-2 a GAT-3 se od profilu GAT-1 liší. GAT-2
a GAT-3 vykazují výrazně nižší afinitu ke guvacinu a kyselinám nipekotové i
hydroxynipekotové, stejně jako k β-alaninu, hypotaurinu a taurinu. Transportér BGT-1, který
není příliš rozšířen v CNS a je primárně lokalizován v ledvinách, má také odlišnou
farmakologii: je inhibován např. phloretinem a quinidinem. Jeho velmi slabými antagonisty
jsou i β-alanin, L-DABA a nipekotová kyselina.
Zpětné vychytávání GABA ovlivňují i některá tricyklická a tetracyklická
antidepresiva. Desiparamin a maprotilin inhibují všechny subtypy GABA transportérů se
zhruba stejnou potencí; jejich afinita ke GABA transportérům je ale výrazně nižší než např. ke
transportérům pro serotonin. Naopak amytriptylin blokuje zpětný transport GABA přes
GAT-1 a GAT-3 s afinitou jen asi 10× nižší než je jeho afinita pro serotoninový transportér.
Zda tyto látky svým působením na transportéry GABA potencují své působení jako
antidepresiv, není zatím známo.
GABA receptory
Podobně jako glutamátové receptory lze i GABA receptory rozdělit do dvou velkých
funkčních skupin: ionotropní GABAA (a GABAA-ρ = GABAA rhó receptory nazývané též ev.
9
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
GABAC) receptory formující chloridový kanál a metabotropní GABAB receptory, spřažené
s G-proteiny.
GABAA receptory
GABAA receptory jsou pentamerické iontové kanály propustné pro chloridy. První
klonování podjednotek GABAA R proběhlo v roce 1987. V lidském materiálu bylo zatím
naklonováno 16 následujících podjednotek:
•
•
•
•
•
•
•
6 α podjednotek (GABRA1, GABRA2, GABRA3, GABRA4, GABRA5,
GABRA6)
3 β podjednotky (GABRB1, GABRB2, GABRB3)
3 γ podjednotky (GABRG1, GABRG2, GABRG3)
δ podjednotka (GABRD)
ε podjednotka (GABRE)
π podjednotka (GABRP) a
θ podjednotka (GABRQ)
Velmi identické jsou také 3 ρ podjednotky (GABRR1, GABRR2, GABRR3), které
ovšem nekoasemblují s „klasickými“ GABAA podjednotkami a homooligomerizují do vlastní
podskupiny charakteristickým receptorů. Zastavíme se u nich níže.
Každá z podjednotek má velikost asi 50 kDa a všechny
sdílejí podobnou membránovou topologii: dlouhou extracelulární
N-koncovou doménu, 4 α-helikální transmembránové segmenty
(M1-M4) a krátkou extracelulární C-koncovou doménu. U krys
vykazují tyto podjednotky mezi sebou 70-80% homologii. Tyto
podjednotky patří do evolučně příbuzné skupiny receptorů spolu
s receptory acetylcholinovými, glycinovými a 5HT3 receptory.
Vykazují s nimi asi 25% homologii. Geny pro tyto receptorové
podjednotky s největší pravděpodobností vznikly ze společného
předka a následně se diversifikovaly duplikací a mutacemi.
receptorových
K vysoké
heterogenitě
GABAA
podjednotek přispívá i alternativní sestřih. takto vznikají např.
dvě různé verze γ2 nebo β2 podjednotek. Tyto isoformy se liší
přítomností krátké peptidové sekvence mezi transmembránovými segmenty M3 a M4, která
obsahuje fosforylační místo pro proteinkinasu C. Alternativní sestřih byl popsán i u
podjednotek α6, α5 a β3. GABAA receptory jsou heteropentamery. Navzájem se kombinují α,
β, γ a δ podjednotky. Zdá se, že nejčastější podjednotková kombinace v CNS je 2α−2β−1γ.
Vzhledem k počtu podjednotek a jejich isoforem vzniklých alternativním sestřihem může
teoreticky existovat téměř 2000 různých GABAA receptorových kombinací. V savčím mozku
jich samozřejmě existuje nesrovnatelně méně. Nejčastější podjednotkou je pravděpodobně α1,
v různých regionech s ní bývá komplementární zpravidla podjednotka α3. α2 podjednotka se
vyskytuje zejména v regionech, kde je a1 méně četná (hippokampus, striatum, čichový lalok).
α6 podjednotka je exprimována téměř výlučně v mozečku.
Lokalizovat a typizovat přesné podjednotkové složení GABAA receptorů není snadné.
Pro ilustraci: granulární buňky mozečku dostávají téměř výhradně inhibiční vstupy od
Golgiho buněk. V dospělém krysím mozku exprimují granulární buňky 6 GABAA
10
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
receptorových podjednotek: α6, α1, β3, β2, γ2 a δ, složených do 4 receptorových subtypů.
receptory obsahující δ podjednotky jsou téměř bezezbytku extrasynaptické a nejspíše se
účastní tonické inhibiční aktivity. A naopak, zbylé tři receptorové subtypy složené z ostatních
podjednotek jsou lokalizovány na synapsích s Golgiho buňkami a účastní se plastické
inhibiční transmise. I jediný neuron je tedy chopen prostorově oddělit synaptické a
nesynaptické cíle a receptory, zřejmě díky specifickému clusterování receptorů na membráně.
GABAA-ρ (GABAA rhó) nebo také GABAC receptory jsou podtřídou ionotropních
GABA receptorů. Jde s největší pravděpodobností o homopentamerické receptory složené z ρ
podjednotek, které tvoří tři receptorové subtypy. Byla prokázána také heterokombinace s γ2
podjednotkou GABAA Rs. V CNS se v podstatě nevyskytují, převládají v horizontálních a
bipolárních buňkách sítnice.
Farmakologie GABAA receptorů
Farmakologie GABAA Rs se odvíjí od 70. let, kdy badatelé experimentálně zjistili, že
křeče navozující alkaloid bikukulin antagonizuje určité inhibiční působení GABA (toto
pozorování mj. vedlo i postulování GABA jako hlavního
inhibičního neuropřenašeče). Farmaka se na GABAA Rs
váží na různých místech: kompetitivní antagonisté a
kompetitivní agonisté se obvykle váží na vazebné místo pro
GABA, které obvykle leží na β podjednotkách. Mezi látky
okupující vazebné místo pro GABA patří kromě bikukulinu
např. další kompetitivní antagonisté jako pitrazepin, křeče
navozující securinin, steroidový analog RU5135,
pyridazinylový derivát gabazin, dále selektivní agonisté
muscimol,
isoguvacin,
THIP
(4,5,6,7tetrahydroisoxazolo[5,4-c]-pyridon) nebo piperidin-4sulfonovou kyselinu. Na vazebné místo poblíž
chloridového póru se váží silné konvulsanty fenylentetrazol a pikrotoxin (a příbuzný
pikrotixinin), čímž brání toku chloridových iontů.
Už počátkem 70. let, kdy GABA receptory ještě nebyly klonovány nebo biochemicky
isolovány, byl prokázán účinek benzodiazepinů (BZD) na těchto molekulách. Později se
ukázalo, že BZD potencují GABAergní inhibiční transmisi přímo vazbou na GABAA
receptory. Benzodiazepinové místo leží jinde než vazebné místo pro GABA a je čistým
allosterickým modulačním místem na GABAA Rs pentameru. Gama podjednotka není přímo
součástí vazebného místa pro BZD, ale je pro jeho zformování nezbytná. Látky vážící se na
BZD místo jsou co do účinku plní agonisté až plní inverzní agonisté. Zvyšují afinitu GABAA
Rs k vazbě GABA do jejího vazebného místa a tím zvyšují frekvenci otevírání chloridového
kanálu (agonisté na BZD místě), nebo ji naopak snižují (antagonisté). Mezi agonisty na BZD
vazebném místě patří anxiolytika diazepam, chlordiazepoxid, lorazepam a alprazolam.
Inverzní agonisté mají tendence způsobovat křeče (inhibice inhibice!) či úzkostné stavy a
patří mezi ně látky jako β-karbolin nebo β-CCE. Antagonisté jako flumazenil se váží do
BZD místa, ale sami funkci GABAA Rs nemění; blokují ovšem funkci agonistů či inverzích
agonistů. Bývají používáni při terapii předávkování benzodiazepinovými agonisty. Odpověď
GABAA Rs na vazbu látek do BZD se velmi liší podle receptorového složení. Mnoho těchto
farmak vyvolává αx-podjednotka specifický efekt, což vede k zajímavým klinickým
výstupům.
Na GABAA Rs se váže také řada sedativ, hypnotik či anestetik. Barbituráty
(pentobarbital a fenobarbital; fenobarbital byl používán jako antikolvunsant již zkraje 20.
11
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
století) zvyšují dobu otevření chloridového kanálu a maximalizují možnost toku chloridů do
buňky. Senzitivita buňka k barbiturátům zdá se není ovlivněna podjednotkovým složením
GABAA Rs. Podobným mechanismem pravděpodobně účinkují i neuroaktivní steroidy –
allostericky regulují funkci GABAA Rs ve smyslu zvýšení či snížení chloridové propustnosti.
Ethanol vyvolává na GABAA Rs podobné účinky jako BZD či barbituráty: prodlužuje
dobu otevření chloridového kanálu a facilituje schopnost GABA aktivovat receptor. Je
zajímavostí, že γ2 podjednotky, které se vyskytují při alternativním sestřihu v kratší a delší
variantě, ovlivňují citlivost receptorového komplexu k ethanolu. Ethanol zesiluje účinek
GABA jen v receptorech obsahujících delší formu γ2 podjednotky. Tato sestřihová varianta
obsahuje i sekvenci pro fosforylací proteinkinasou C; pokud je poškozena, receptor svou
sensitivitu k ethanolu ztrácí.
Protože ethanol, BZD a barbituráty působí podobným mechanismem na stejném
receptorovém substrátu, současné užívání těchto látek způsobuje klinické komplikace. Jejich
farmakologický synergismus zvyšuje možnost předávkování a může vést ke vzniku křížové
závislosti. Při alkoholovém detoxu jsou pak BZD lékem volby: bývají užity k potlačení
abstinenčních příznaků jako halucinací, deliria tremens a křečí. Dlouhodobé užívání BZD
vede k toleranci některých jejich účinků, zejména se snižuje jejich protikřečový a sedační
efekt, takže jejich dlouhodobé užití v terapii nespavosti či epilepsií je limitováno. Kupodivu,
tolerance k anxiolytické složce jejich účinku nevzniká. Tato tolerance pravděpodobně vzniká
expresí podjednotek bez BZD vazebného místa, pokud jsou benzidiazepinová farmaka
užívána dlouhodobě.
Na GABAA Rs působí také inhalační anestetika. Jejich vazebné místo se typicky
vyskytuje poblíž extracelulární oblasti transmembránových segmentů M2 a M3. Mezi tyto
látky patří např. enfluran.
Jak už jsem zmiňovala, některá farmaka působící na GABAA Rs vyvolává αxpodjednotka specifický efekt, což vede k zajímavým klinickým výstupům. Antagonista BZD
vazebného místa nazvaný RO 15-4513 působí jen na GABAA Rs obsahujících α6
podjednotku. Ta je koncentrována v mozečku a RO 15-4513 redukuje ataxii navozenou
ethanolem, aniž by měnil další účinky ethanolu. Na GABAA Rs obsahujících α1 podjednotku
působí zolpidem, non-BZD sedativum, které se váže do BZD místa GABAA receptorů.
Farmakologové se snaží vyvíjet ligandy GABAA receptorů, jež by nespouštěly vznik
závislosti a na které by nevznikala dlouhodobá tolerance.
GABAB receptory
GABAB receptory byly původně identifikovány díky své schopnosti vázat bikukulin a
další ligandy GABAA receptorů. Až později se začalo pracovat s GABA analogem a
svalovým relaxantem baklofenem, který je silný agonista GABAB receptorů. Fyziologický
účinek GABAB receptorů byl následně objasněn pomocí řady dalších ligandů.
GABAB receptory jsou metabotropní receptory spřažené s G-proteiny třídy Gi. Jsou
lokalizovány presynapticky i postsynapticky a obsahují typických 7 transmembránových
segmentů. Jsou poněkud delší než většina receptorů spřažených s G-proteiny, jejich délka je
850-960 aminokyselin. Strukturně jsou podobny mGluRs.
Byly naklonovány dvě hlavní skupiny GABAB receptorových podjednotek:
GABABR1a a R1b. Obě jsou spřaženy s Gi proteiny. Byla vyklonována i podjednotka
GABABR2 schopná heteromerizace s ostatními podjednotkami ve funkční receptor. Toto byl
první příklad receptoru spřaženého s G-proteinem, který funguje jako multimerický komplex.
Účinky GABAB receptorů zahrnují zejména
•
otevírání draslíkových kanálů
12
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
•
•
pokles vápníkové vodivosti a
inhibici adenylymlcyklasy.
Ve srovnání s GABAA receptory navozují GABAB receptory odpověď s pomalejším
nástupem, ale delší dobou trvání. Odpověď vyvolaná GABAB receptory ale vyžaduje stimulus
o větší síle a delší době trvání než v případě GABAA receptorů, což je možná dáno tím, že
jsou lokalizovány i extrasynapticky. GABAA receptory leží na synapsi přímo proti místu
výlevu a k aktivaci jim teoreticky stačí uvolnění jediného kvanta GABA, zatímco ke stimulaci
receptorů extrasynaptických se musí uvolnit GABA tolik, aby k nmi dodifundovala.
Presynapticky působí GABAB receptory jako autoerceptory inhibují další výlev
GABA z GABAergního nervového zakončení. Pokud jsou GABAB receptory lokalizovány na
excitačních nervových zakončeních, vede jejich stimulace ke poklesu výlevu glutamátu.
Mohou inhibovat také výlev dalších neuropřenašečů jako noradrenalinu, dopaminu,
serotoninu či substance P. Ve všech případech dochází k této inhibici snížením vodivosti Ca2+
kanálů a poklesem vtoku vápníku do zakončení. Na inhibici se může spolupodílet i zvýšená
vodivost pro draslík.
Přehled selektivních ligandů GABAB Rs máte níže. Obecně je využíván např. baklofen
v terapiích vedoucích ke snižování spasticity, v budoucnu snad budou dostupná farmaka
použitelná v terapii úzkosti, křečí či deprese.
Agonisté GABAB Rs:
•
•
•
•
•
•
•
•
GABA
baklofen
γ-hydroxybutyrát
Phenibut
3-aminopropylphosphinic acid
CGP-35024: 3-aminopropyl(methyl)phosphinic acid
CGP-44532
CGP-7930
Pozitivní allosterické modulátory:
•
•
•
•
•
•
•
CGP-7930
BHFF
BHF-177
BSPP
GS-39783
phaclofen
SCH-50911
Antagonisté:
•
•
•
•
•
•
saclofen
phaclofen
fenylethylamine
SCH-50911
CGP-52432 (derivát fosfinové kyseliny)
CGP-55845 (dtto)
13
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
•
SGS-742
Glycin
Většina glycinu v CNS savců je syntetizována de novo z glukosy přes serin. Serin je
následně konvertován na glycin enzymem serinhydroxymethyltransferasou (SMHT), což je
enzym pyridoxalfosfát-dependentní. (Pyridoxalfosfát je derivát vitamínu B6.) Tato konverze
probíhá s největší pravděpodobností v mitochondriích - distribuce mitochondriální SMHT
kopíruje distribuci glycinu.
Glycin je aminokyselina využívána primárně pro syntézu proteinu ve všech tkáních
organismu. Jen malá část buněčných zásob glycinu v malé části neuronů je plněna do
synaptických váčků a užívána jako neuropřenašeč. Plnění váčků glycinem je v podstatě
analogické jako v případě GABA. Glycin je inhibiční neuropřenašeč, který se účastní
neurotransmise převážně v mozkovém kmeni a páteřní míše.
Degradace glycinu se děje převážně cestou systému štěpení glycinu (glycine cleavage
system, CGS), který zahrnuje čtyři enzymy. Je lokalizován na vnitřní mitochondriální
membráně a jeho poruchy způsobují skupinu metabolických onemocnění souhrnně
označovaných jako nonketotické hyperglycinemie. Typická je pro ně vysoká koncentrace
glycinu v CSF.
Uvolňování a zpětné vychytávání glycinu
Stejně jako v případě dalších neuropřenašečů je i glycin uvolňován do synaptické
štěrbiny po příchodu akčního potenciálu na nervové zakončení a následně se váže na své
postsynaptické receptory. Ze synaptické štěrbiny je zpětně vychytáván transportéry
lokalizovanými na membráně přilehlých glií, stejně jako na membráně presynaptického
zakončení.Proti svému koncentračnímu gradientu je zpět do buněk přenášen pomocí
kontransportu se 2 Na+ a 1 Cl-. Tento transport je tedy elektrogenní a vede k vtoku kladného
náboje do buňky.
Byly naklonovány dvě skupiny glycinových transportérů: GLYT1 a GLYT2. GLYT1
existuje ve třech variantách vzniklých alternativním sestřihem. Nejsou známy rozdílné
transportní charakteristiky těchto transportérů, ale byla popsána jejich různá distribuce
v rámci CNS. Jen GLYT1 transportér je citlivý k sarcosinu (N-methylglycinu) a lze jej tak
farmakologicky odlišit od GLYT2. Oba typy transportérů jsou lokalizovány v kaudální části
CNS, GLYT1 je exprimován i v těch málo oblastech koncového mozku, které souvisí
s glycinergní transmisí. V těchto místech reguluje GLYT1 NMDA glutamátové receptory:
glycin je jejich allosterický modulátor a GLYT1 upravuje jeho dostupnost (tj. extracelulární
koncentraci). Inhibitory GLYT1 transportéru tedy mohou posilovat funkci NMDA receptorů.
GLYT1 je exprimován v neuronech i astrocytech, GLYT2 jen v zakončeních glycinergních
neuronů.
Glycinové receptory
Glycinové receptory (GlyRs) se primárně vyskytují v mozkovém kmeni a páteřní
míše. Podobně jako GABAA Rs jsou to receptory formující iontový kanál s propustností pro
chloridy. Jsou i podobné velikosti jako GABAA Rs (okolo 250 kDa)
a podobně jako ony s největší pravděpodobností formují
pentamerickou strukturu, která obklopuje vodou naplněný pór pro
průchod iontů. Glycinové receptory nejsou identické s vazebným
14
[email protected]
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
místem pro glycin na NMDA glutamátových receptorech a farmakologicky je lze odlišit
vazbou strychninu. Strychnin (vpravo) je selektivní antagonista Gly Rs a silný konvulsant.
Agonisté Gly Rs jsou kompetitivní a není jich popsáno mnoho. Podle potence se řadí obvykle
následujícím způsobem: glycin > β-alanin > taurin > L- a D-alanin > L-serin >> D-serin.
Mezi další agonisty patří např. cykloserine, dimethylglycin, hypotaurin, methylglycin
(sarcosin), betain (trimethylglycin) nebo Milacemid.
Nekompetitivní inhibitory některých Gly Rs se váží přímo na receptorový iontový
kanál a blokují tok chloridových iontů. Patří mezi ně např. pikrotoxin a jeho derivát
pikrotoxinin. Mezi další antagonisty patří např. bikukulin, kofein, cyanotrifenylborát (CTB),
strychnin nebo tutin.
Glycinové receptory jsou složeny ze dvou typů glykosylovaných integrálních
transmembránových proteinů: 48 kDa α podjednotky a 58 kDa β podjednotky. Obě tyto
podjednotky jsou blízce asociovány s gephrynem, poměrně velkým cytoplasmatickým
proteinem (zhruba 98 kDa). α i β podjednotky mají podobnou sekvenční homologie a jako
další členy receptorové superrodiny zahrnující nAChRs, GABAA Rs nebo 5-HT3 Rs je tvoří 4
transmembránové segmenty a charakteristická dlouhá extracelulární N-koncová doména.
Pentamer Gly R je tvořen buď samotnými α podjednotkami, nebo α podjednotkami
asociovanými s β podjednotkou. Jen α podjednotky obsahují vazebné místo pro glycin.
Byly naklonovány čtyři α podjednotky (geny GLRA1-4) a jedna samotnými β
podjednotka, přičemž od každé z nich jsou známy sestřihové varianty. Složení Gly Rs se mění
během ontogenese.V krysích embryích byly detekovány výhradně α2 podjednotky Gly Rs,
zatímco adultní formy GlyRs jsou obvykle heteropentamery složené ze 3 α1 podjednotek a 2
β podjednotek. Chloridová vodivost homopetnamerních Gly Rs složených z α2 podjednotek je
výrazně vyšší než u jiných homopentamerů nebo heteromerů: existuje ontogenetický pokles
vodivosti Gly Rs způsobený kratší dobou jejich otevření.Vzrůst transkripce α3 podjednotek
během vývoje se omezuje jen na infralimbický systém (hippokampus a granulární buněčnou
vrstvu mozečku). β podjednotky se kupodivu (resp. jejich mRNA) vyskytují v celém
dospělém savčím CNS, ačkoliv tyto podjednotky samotné nemohou zformovat glycinový
receptor.
Mutace v α1 podjednotce glycinového receptoru vedou k dominantně děděné chorobě
zvané hyperekplexie. Jde o bodovou mutaci v pozic 271 na α1 podjednotce, která způsobí
více než stonásobný pokles afinity receptoru pro glycin. Velmi typický je pro tuto chorobu
vysoký svalový tonus. Pacienti vykazují tzv. startle reflex – po neočekávaném taktilním nebo
zvukové podnětu „ztuhnou“, kontrahují jim svaly končetin a někdy mrkají.
15
[email protected]