Обратный захват - Reuptake

Синапс при повторном захвате. Обратите внимание, что некоторые нейротрансмиттеры теряются и не реабсорбируются.

Обратный захват это реабсорбция нейротрансмиттер по переносчик нейромедиаторов расположен вдоль плазматическая мембрана из терминал аксона (т.е. пресинаптический нейрон в синапсе) или глиальная клетка после того, как он выполнил свою функцию передачи нервный импульс.

Обратный захват необходим для нормальной синаптической физиологии, поскольку 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, чтобы диффундировать через мембрану, специфические транспортные белки необходимы для реабсорбции нейротрансмиттеров. Было проведено много исследований, как биохимических, так и структурных, чтобы получить подсказки о механизме обратного захвата.

Белковая структура

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 транспортеры для дофамин, норэпинефрин, серотонин, глицин, пролин и ГАМК. Их назвали На+/ Cl− зависимые переносчики нейротрансмиттеров. Натрий и хлористый ионная зависимость будет обсуждаться позже в механизме действия. Используя общие черты последовательностей и анализ графика гидропатии, было предсказано, что в семействе «классических» транспортеров имеется 12 гидрофобных участков, охватывающих мембрану.[1] В дополнение к этому, 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, обнаруживая молекулу лейцина и два Na+ ионы связываются 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 моноамин Транспортеры НСС из аминокислота транспортеры, содержащие глицин в той же позиции. 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

Классический белки-переносчики использовать трансмембранные ионные градиенты и электрический потенциал для транспортировки нейромедиатора через мембрану пресинаптического нейрона. Типичные транспортеры нейротрансмиттеров натрия симпорта (NSS), которые представляют собой Na+ и Cl− ионно-зависимый, используйте как Na+ и Cl− градиенты, направленные 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] Роль Cl− ион в Симпорт был предложен механизм стабилизации заряда симпортированного Na+.[5][6]

После связывания иона и субстрата должно произойти некоторое изменение конформации. Из конформационных различий между структурой ТМ 1-5 и ТМ 6-10, а также из идентификации пути проникновения субстрата между сайтами связывания SERT и цитоплазма был предложен механизм конформационных изменений, в котором пучок из четырех спиралей, состоящий из TM 1, 2, 6 и 7, изменяет свою ориентацию в пределах остальной части белка.[7] Структура LeuT в открытой внутрь конформации впоследствии продемонстрировала, что основной компонент конформационного изменения представляет собой движение пучка относительно остальной части белка.[8]

Механизм ингибирования обратного захвата

Основная цель ингибитор обратного захвата заключается в том, чтобы существенно снизить скорость реабсорбции нейромедиаторов в пресинаптическом нейроне, увеличивая концентрацию нейромедиатора в синапсе. Это увеличивает связывание нейротрансмиттера с пре- и постсинаптическими рецепторами нейромедиаторов.[нужна цитата ] В зависимости от рассматриваемой нейронной системы ингибитор обратного захвата может оказывать сильное влияние 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

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 либо циталопрам (ан СИОЗС ) или же дезипрамин (ингибитор белка обратного захвата норэпинефрина, NET). Изучая кривые доза-ответ (используя нормальную среду в качестве контроля), они смогли количественно определить, что циталопрам действует на SERT как SSRI, а дезипрамин не влияет 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]

Было высказано предположение, что депрессия является результатом снижения уровня серотонина в синапсах, хотя эта гипотеза была поставлена ​​под сомнение еще с 1980-х годов.[нужна цитата ]. Первоначально это было подтверждено успешным уменьшением депрессивных симптомов после приема трициклические антидепрессанты (например, дезипрамин) и СИОЗС. Трициклические антидепрессанты подавляют обратный захват серотонина и норэпинефрина, 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 рецептором серотонина постсинаптического нейрона. Существуют дополнительные механизмы, с помощью которых серотонин ауторецептор десенсибилизация должна произойти, 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 амфетамин Использование (AMPH) - это увеличение дофамина, норэпинефрина и серотонина в синапсе. Было показано, что AMPH действует на следовой амин-ассоциированный рецептор 1 (TAAR1), чтобы вызвать ингибирование оттока и обратного захвата серотонина, норэпинефрина и переносчики дофамина. Этот эффект требует, чтобы транспортер и TAAR1 были совместно локализованы (происходили вместе) в одном нейроне.

Нейропротекторная роль

Астроциты похоже, используют механизмы обратного захвата для нейропротекторной роли. Использование астроцитов возбуждающий переносчик аминокислот 2 (EAAT2, он же GLT-1) для удаления глутамат из синапса. EAAT2 нокаутные мыши были более склонны к летальным и самопроизвольным припадкам и острым повреждениям головного мозга коркового слоя. Эти эффекты могут быть связаны с повышенными концентрациями глутамата в мозге мышей с нокаутом EAAT2, проанализированных посмертно.[14]

Рекомендации

  1. ^ Массон Дж., Санье С., Хамон М., Эль-Местикави С. (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. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.22-19-08370.2002. PMID  12351711. S2CID  16525312.
  3. ^ Ямасита А., Сингх С.К., Кавате Т., Джин И, Гуо Э. (сентябрь 2005 г.). «Кристаллическая структура бактериального гомолога Na + / Cl - зависимых переносчиков нейромедиаторов». Природа. 437 (7056): 215–23. Дои:10.1038 / природа03978. PMID  16041361. S2CID  4420334.
  4. ^ Клэкстон Д.П., Квик М., Ши Л., де Карвалью Ф.Д., Вайнштейн Х., Джавич Дж. А., Макхаураб Х.С. (июль 2010 г.). «Ион / субстрат-зависимая конформационная динамика бактериального гомолога нейромедиатора: симпортеры натрия». Структурная и молекулярная биология природы. 17 (7): 822–9. Дои:10.1038 / nsmb.1854. ЧВК  3245867. PMID  20562855.
  5. ^ Зомот Э., Бендахан А., Квик М., Чжао Ю., Джавич Дж. А., Каннер Б.И. (октябрь 2007 г.). «Механизм взаимодействия хлоридов с нейромедиатором: симпортеры натрия». Природа. 449 (7163): 726–30. Дои:10.1038 / природа06133. PMID  17704762. S2CID  4391735.
  6. ^ Тавулари С., Ризван А.Н., Форрест Л.Р., Рудник Г. (январь 2011 г.). «Реконструкция сайта связывания хлоридов в гомологе бактериального переносчика нейромедиаторов». Журнал биологической химии. 286 (4): 2834–42. Дои:10.1074 / jbc.m110.186064. ЧВК  3024779. PMID  21115480.
  7. ^ Форрест Л.Р., Рудник Г. (декабрь 2009 г.). «Качающийся пучок: механизм для ионно-связанных потоков растворенных веществ с помощью симметричных переносчиков». Физиология. 24 (6): 377–86. Дои:10.1152 / Physiol.00030.2009. ЧВК  3012352. PMID  19996368.
  8. ^ Кришнамурти Х., Гуо Э. (январь 2012 г.). «Рентгеновские структуры LeuT в открытом наружу и апо внутрь открытом состоянии без подложки». Природа. 481 (7382): 469–74. Дои:10.1038 / природа10737. ЧВК  3306218. PMID  22230955.
  9. ^ Сингх С.К., Ямасита А., Гуо Э. (август 2007 г.). «Сайт связывания антидепрессанта в бактериальном гомологе переносчиков нейромедиаторов». Природа. 448 (7156): 952–6. Дои: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 нейротрансмиттера». Наука. 317 (5843): 1390–3. Дои:10.1126 / science.1147614. ЧВК  3711652. PMID  17690258.
  11. ^ Андерсен Дж., Кристенсен А.С., Банг-Андерсен Б., Стрёмгаард К. (июль 2009 г.). «Последние достижения в понимании взаимодействия антидепрессантов с переносчиками серотонина и норэпинефрина». Химические коммуникации. 2009 (25): 3677–92. Дои:10.1039 / b903035м. PMID  19557250.
  12. ^ а б Horschitz S, Hummerich R, Schloss P (ноябрь 2001 г.). «Структура, функция и регуляция переносчика 5-гидрокситриптамина (серотонина)» (PDF). Сделки Биохимического Общества. 29 (Pt 6): 728–32. Дои: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 медицинских наук. 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 травмы головного мозга у мышей, лишенных переносчика глутамата GLT-1». Наука. 276 (5319): 1699–702. Дои:10.1126 / science.276.5319.1699. PMID  9180080.