Gourt Home::Gourt :: ГАМКВ-рецептор
Загальна характеристика
GABAB-receptor1.jpg ГАМКВ-рецептори – це друга зи чисельністю група ГАМК-чутливих рецепторів після ГАМКА. Ці рецептори були відкриті в 1981 році завдяки детальному фармаклогічному аналізу ефектів ГАМК в мозку, і характеризуються нечутливістю до бікукулліну (на відміну від ГАМКА-рецепторів) та здатністю активуватись селективним агоністом баклофеном. ГАМКВ-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.
Молекулярна структура
На протязі останніх років було виділено дві субодиниці, що формують ГАМКВ-рецептори: R1 та R2. Ці субодиниці мають приблизно 35%-у збіжність в первинній структурі (послідовності амінокислотних залишків). ГАМКВ-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 ГАМКВ-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 ГАМКВ-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.
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, грунтуючись 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.
Проведення сигналів: роль G-протеїнів та іонних каналів
GABAB-receptor2.jpg), субодиниця R2 активує три шляхи передачі сигналу (пунктирні лінії) через комплекси G-протеїнів (Gαβγ). Gα активує аденiлат-циклази, призводячи до збільшення концентрації аденозін-монофосфату (сАМР); Gβγ взаємодіє з кальцієвими каналами, зменшуючи надходження іонів Са2+ в клітину; також Gβγ стимулює калієві канали, збільшуючи кількість іонів К+, що виходить з клітини.]] Завдяки активації ГАМКВ-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 ГАМКВ-рецепторів на адениліл-циклази відбувається через комплекс G-протеїнів, а саме протеїни Gαi та Gαo. 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 ГАМКВ-рецепторами, зазнають в даному випадку впливу через активацію βγ-комплексу G-протеїнів (Gβγ). Ций же самий G-протеїновий комплекс функціонально поєднує ГАМКВ-рецептори з пресинаптичними кальцієвими каналами N-, Р- та Т-типу.
Локалізація субодиниць ГАМКВ-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 ГАМКВ-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 ГАМКВ-рецептору можуть зв’язуватись з нею за відсутності R2 і формувати функціонуючу рецептрну структуру.
Локалізація ГАМКВ-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 ГАМКВ-рецепторів, як одного з механізмів довготривалої повільної модуляції синаптичного інгібіювання.
Модуляція ГАМКВ-рецепторів
Кількість екзогенних лігандів ГАМКВ-рецепторів наразі значно менша за таку для ГАМКА-рецепторів. Тим не менше, більшість фармакологічних властивостей ГАМКВ-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 ГАМКВ-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 ГАМКВ-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 ГАМКВ-рецептору.
Існує ряд спостережень щодо наявності алостеричної зовнішньої регуляції ГАМКВ-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 виключно іонам Са2+ і може бути придушеним точечною мутацією в субодиниці R1 рецептору (заміна серину-269 на аланін). За відсутності ГАМК іони кальцію до активації ГАМКВ-рецептору не здатні.
Вплив на функціональну активність ГАМКВ-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 ГАМКВ-рецептору завдяки посиленню зв’язку рецепторної макромолекули з елементами клітинної мембрани, що, кінець-кінцем, призводить до більш активної генерації сигналів всією сукупністю ГАМКВ-рецепторів на даному нейроні.
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): 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.
"ГАМКВ-рецептор"
