Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Синапс во время повторного захвата. Обратите внимание, что некоторые нейротрансмиттеры теряются и не реабсорбируются.

Пересообразительности являются реабсорбцией в нейромедиатора с помощью нейромедиатора транспортера , расположенного вдоль плазматической мембраны из с аксона (т.е. пра-синаптические нейроны в синапсе) или глиальные клетки после того, как он выполнил свою функцию передачи нервного импульса .

Обратный захват необходим для нормальной синаптической физиологии, потому что он позволяет рециркулировать нейротрансмиттеры и регулирует уровень нейромедиатора, присутствующего в синапсе, тем самым контролируя, как долго длится сигнал, возникающий в результате высвобождения нейромедиатора. Поскольку нейротрансмиттеры слишком велики и гидрофильны для диффузии через мембрану, для реабсорбции нейротрансмиттеров необходимы специфические транспортные белки . Было проведено много исследований, как биохимических, так и структурных, чтобы получить подсказки о механизме обратного захвата.

Структура белка [ править ]

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 этого транспортера. После разделения стало ясно, что между двумя последовательностями ДНК есть 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 норэпинефрина. Члены этого нового семейства включают переносчики дофамина , норадреналина , серотонина ,глицин , пролин и ГАМК . Они были названы Na + / Cl - зависимые нейротрансмиттеров транспортеров. Зависимость от ионов натрия и хлорида будет обсуждаться позже в механизме действия. Используя общие черты последовательностей и анализ графиков гидропатии, было предсказано, что в семействе «классических» транспортеров имеется 12 гидрофобных участков, охватывающих мембрану. [1]Кроме того, N- и C-концы существуют во внутриклеточном пространстве. Все эти белки также имеют протяженную внеклеточную петлю между третьей и четвертой трансмембранными последовательностями. Эксперименты по сайт-ориентированной химической маркировке подтвердили предсказанную топологическую организацию переносчика серотонина. [2]

Помимо переносчиков нейротрансмиттеров, многие другие белки как у животных, так и у прокариот были обнаружены со сходными последовательностями, что указывает на более крупное семейство нейротрансмиттеров: натриевые симпортеры (NSS). Один из этих белков, LeuT, из Aquifex aeolicus , был кристаллизован Yamashita et al. [3] с очень высоким разрешением, обнаружив молекулу лейцина и два Na +ионы связаны около центра белка. Они обнаружили, что трансмембранные (TM) спирали 1 и 6 содержат развернутые сегменты в середине мембраны. Наряду с этими двумя спиралями, TM-спирали 3 и 8 и области, окружающие размотанные участки 1 и 6, образовывали сайты связывания субстрата и ионов натрия. Кристаллическая структура выявила псевдосимметрию в LeuT, в которой структура спиралей TM 1-5 отражена в структуре спиралей 6-10.

В белке имеется внеклеточная полость, в которую выступает спиральная шпилька, образованная внеклеточной петлей EL4. В TM1 аспартат отличает транспортеры NSS моноаминов от транспортеров аминокислот, которые содержат глицин в том же положении. Внешние и внутренние «ворота» были приписаны парам отрицательно и положительно заряженных остатков во внеклеточной полости и около цитоплазматических концов спиралей ТМ 1 и 8.

Механизм действия [ править ]

Классические белки-переносчики используют трансмембранные ионные градиенты и электрический потенциал для транспортировки нейромедиатора через мембрану пресинаптического нейрона. Типичные транспортеры нейротрансмиттеров натрия симпорта (NSS), которые зависят от ионов Na + и Cl - , используют преимущества градиентов Na + и Cl - , направленных внутрь через мембрану. Ионы текут вниз по своим градиентам концентрации, что во многих случаях приводит к трансмембранному перемещению заряда, которое усиливается мембранным потенциалом. Эти силы втягивают субстрат нейротрансмиттера в клетку даже против его собственного градиента концентрации. На молекулярном уровне Na +ионы стабилизируют связывание аминокислот на участке субстрата, а также удерживают переносчик в открытой наружу конформации, которая обеспечивает связывание субстрата. [4] Предполагается, что роль иона Cl - в механизме симпорта заключается в стабилизации заряда симпортируемого Na + . [5] [6]

После того, как произошло связывание иона и субстрата, должно произойти некоторое изменение конформации. Из конформационных различий между структурой TM 1-5 и TM 6-10, а также из идентификации пути проникновения субстрата между сайтом связывания SERT и цитоплазмой был предложен механизм конформационного изменения, в котором четыре -спиральный пучок, состоящий из TM 1, 2, 6 и 7, меняет свою ориентацию внутри остального белка. [7] Структура LeuT в открытой внутрь конформации впоследствии продемонстрировала, что основной компонент конформационных изменений представляет собой движение пучка относительно остальной части белка. [8]

Механизм ингибирования обратного захвата [ править ]

Основная цель ингибитора обратного захвата - существенно снизить скорость реабсорбции нейромедиаторов в пресинаптическом нейроне, увеличивая концентрацию нейротрансмиттера в синапсе. Это увеличивает связывание нейромедиатора с пре- и постсинаптическими рецепторами нейромедиаторов. [ необходима цитата ] В зависимости от рассматриваемой нейронной системы ингибитор обратного захвата может иметь сильные эффекты на познание и поведение. Неконкурентное ингибирование бактериального гомолога LeuT трициклическими антидепрессантами является результатом связывания этих ингибиторов во внеклеточном пути проникновения. [9] [10]Однако конкурентный характер ингибирования транспорта серотонина антидепрессантами предполагает, что в переносчиках нейромедиаторов они связываются в сайте, перекрывающем сайт субстрата. [11]

Человеческие системы [ править ]

Основная статья: Фармакология антидепрессантов

Horschitz et al. [12] исследовали селективность ингибитора обратного захвата среди белка обратного захвата серотонина крысы (SERT), экспрессируемого в эмбриональных клетках почек человека (HEK-SERT). Они представили SERT с различными дозами циталопрама ( СИОЗС ) или дезипрамина.(ингибитор белка обратного захвата норэпинефрина, NET). Изучая кривые доза-ответ (используя нормальную среду в качестве контроля), они смогли количественно определить, что циталопрам действовал на SERT как SSRI, и что дезипрамин не влиял на SERT. В отдельном эксперименте Horschitz et al. подвергался воздействию HEK-SERT с циталопрамом на длительной основе. Они заметили, что длительное воздействие приводит к понижению регуляции сайтов связывания. Эти результаты предполагают некоторый механизм долгосрочных изменений пресинаптического нейрона после лекарственной терапии. Horschitz et al. обнаружили, что после удаления циталопрама из системы нормализовались уровни экспрессии сайта связывания SERT. [12]

Депрессия была предложена , чтобы быть результатом уменьшения серотонина , найденного в синапсах, хотя эта гипотеза была поставлена под сомнение , так как еще в 1980 - х годов [ править ] . Первоначально это было подтверждено успешным уменьшением депрессивных симптомов после приема трициклических антидепрессантов (таких как дезипрамин) и СИОЗС. Трициклические антидепрессанты подавляют обратный захват серотонина и норадреналина, воздействуя как на SERT, так и на NET. СИОЗС избирательно подавляют обратный захват серотонина, воздействуя на SERT [ как? ]. Конечный результат - повышенное количество 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. [13] Это увеличивает передачу сигналов серотонина, который, согласно гипотезе, повышает настроение и, таким образом, снимает 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 переносчика по существу происходит немедленно.

Чистый эффект от употребления амфетамина (AMPH) - увеличение дофамина, норадреналина и серотонина в синапсах. Было показано, что АМФГ действует на рецептор 1, связанный с следами аминов (TAAR1), вызывая ингибирование оттока и обратного захвата переносчиков серотонина, норэпинефрина и дофамина . Этот эффект требует, чтобы переносчик и TAAR1 были совместно локализованы (происходили вместе) в одном нейроне.

Нейропротекторная роль [ править ]

Похоже, что астроциты используют механизмы обратного захвата для нейропротекторной роли. Астроциты используют возбуждающий переносчик аминокислот 2 (EAAT2, также известный как GLT-1) для удаления глутамата из синапса. Мыши с нокаутом EAAT2 были более предрасположены к летальным и спонтанным припадкам и острым повреждениям головного мозга среди коры головного мозга. Эти эффекты могут быть связаны с повышенными концентрациями глутамата в мозге мышей с нокаутом EAAT2, проанализированных посмертно. [14]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Массона Дж, Sagne С, М Хамон, Эль Mestikawy S (сентябрь 1999 г.). «Переносчики нейротрансмиттеров в центральной нервной системе». Фармакологические обзоры . 51 (3): 439–64. PMID  10471414 .
  2. ^ Androutsellis-Theotokis A .; Рудник Г. (2002). «Доступность и конформационное соединение в транспортере серотонина предсказали внутренние домены» . J Neurosci . 22 (19): 8370–8378. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.22-19-08370.2002 . PMID 12351711 . S2CID 16525312 .  
  3. ^ Ямасита A, Singh SK, Kawate T, Jin Y, Gouaux E (сентябрь 2005). «Кристаллическая структура бактериального гомолога Na + / Cl - зависимых переносчиков нейромедиаторов». Природа . 437 (7056): 215–23. DOI : 10,1038 / природа03978 . PMID 16041361 . S2CID 4420334 .  
  4. ^ Claxton DP, Quick M, L Shi, де Карвальо FD, Weinstein H, Javitch JA, McHaourab HS (июль 2010). «Ион / субстрат-зависимая конформационная динамика бактериального гомолога нейромедиатора: симпортеры натрия» . Структурная и молекулярная биология природы . 17 (7): 822–9. DOI : 10.1038 / nsmb.1854 . PMC 3245867 . PMID 20562855 .  
  5. ^ Zomot E, Bendahan A, M Быстрый, Zhao Y, Javitch JA, Каннер BI (октябрь 2007). «Механизм взаимодействия хлорида с нейромедиатором: симпортеры натрия». Природа . 449 (7163): 726–30. DOI : 10,1038 / природа06133 . PMID 17704762 . S2CID 4391735 .  
  6. ^ Tavoulari S, Ризван А.Н., Форрест LR, Радник G (январь 2011). «Реконструкция сайта связывания хлорида в гомологе бактериального переносчика нейромедиаторов» . Журнал биологической химии . 286 (4): 2834–42. DOI : 10,1074 / jbc.m110.186064 . PMC 3024779 . PMID 21115480 .  
  7. ^ Форрест LR, Радник G (декабрь 2009). «Качающийся пучок: механизм для ионно-связанных потоков растворенных веществ с помощью симметричных транспортеров» . Физиология . 24 (6): 377–86. DOI : 10.1152 / physiol.00030.2009 . PMC 3012352 . PMID 19996368 .  
  8. ^ Кришнамурти H, Gouaux E (январь 2012). «Рентгеновские структуры LeuT в открытом наружу и апо-внутрь состоянии без подложки» . Природа . 481 (7382): 469–74. DOI : 10,1038 / природа10737 . PMC 3306218 . PMID 22230955 .  
  9. Перейти ↑ Singh SK, Yamashita A, Gouaux E (август 2007). «Сайт связывания антидепрессанта в бактериальном гомологе переносчиков нейромедиаторов». Природа . 448 (7156): 952–6. DOI : 10,1038 / природа06038 . PMID 17687333 . S2CID 4315958 .  
  10. ↑ Zhou Z, Zhen J, Karpowich NK, Goetz RM, Law CJ, Reith ME, Wang DN (сентябрь 2007 г.). «Структура LeuT-дезипрамина показывает, как антидепрессанты блокируют обратный захват нейромедиатора» . Наука . 317 (5843): 1390–3. DOI : 10.1126 / science.1147614 . PMC 3711652 . PMID 17690258 .  
  11. Перейти ↑ Andersen J, Kristensen AS, Bang-Andersen B, Strømgaard K (июль 2009 г.). «Последние достижения в понимании взаимодействия антидепрессантов с переносчиками серотонина и норадреналина». Химические коммуникации . 2009 (25): 3677–92. DOI : 10.1039 / b903035m . PMID 19557250 . 
  12. ^ a b Horschitz S, Hummerich R, Schloss P (ноябрь 2001 г.). «Структура, функция и регуляция транспортера 5-гидрокситриптамина (серотонина)» (PDF) . Труды биохимического общества . 29 (Pt 6): 728–32. DOI : 10.1042 / BST0290728 . PMID 11709064 .  
  13. ^ Członkowska AI, Zienowicz M, Bidziński A, Maciejak P, Lehner M, Taracha E, Wisłowska A, Płanik A (ноябрь 2003 г.). «Роль нейростероидов в анксиолитических, антидепрессивных и противосудорожных эффектах селективных ингибиторов обратного захвата серотонина». Монитор медицинской науки . 9 (11): RA270-5. PMID 14586292 . 
  14. ^ Танака К., Ватасе К., Манабе Т., Ямада К., Ватанабе М., Такахаши 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, лишенных переносчика глутамата GLT-1». Наука . 276 (5319): 1699–702. DOI : 10.1126 / science.276.5319.1699 . PMID 9180080 .