Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

 ГАМК_A-рецептор

Внутрішня назва цієї сторінки — ГАМКA-рецептор

ГАМК_A-рецептор — ліганд-залежний іонний канал в хімічних синапсах нервової системи, що гальмує передачу нервового збудження, та керується за допомогою ГАМК (основного нейротрансмітеру мозку).

[ред.] Морфологія

Структура субодиниці ГАМК_A-рецептора. Ліворуч — топологія субодниці. Великий зовнішньоклітинний N-термінальний домен несе характеристичний цистеїновий місток (Cys-Cys), що присутній у всіх іонних каналах та місця зв'язування агоністів та модуляторів. Трансмембранні домени ™ показані у вигляді циліндрів (1-4) з доменом ТМ2, що вистілає іонний канал (помаранчевий). Найбільша внутрішньоклітинна пітля (між доменами ТМ3 та ТМ4) несе місця зв'язування численних внутрішньоклітинних модуляторів та сайти, що беруть участь в стабілізації та фіксації рецептора в клітинній мембрані. У відсотках показані відносні пропорції молекули субодиниці рецептора, що знаходяться по різні боки плазматичної мембрани та всередині неї. Праворуч — четвертинна структура рецептора. Пентамерний комплекс субодиниць формує нативний ГАМК_А-рецептор, при цьому домени ТМ2 кожної субодиниці розтащовані так, що формують іонний канал, по якому проходять аніони Cl^- та НСО₃^- після активації рецептора агоністом (ГАМК).

Іонотропні ГАМК_А-рецептори вперше були виділені з бичачого мозку в 1987 році, і їхня структура була тоді визначена як така, що складається з двох субодиниць. Але пізніше завдяки методикам молекулярного клонування було виділено велику кількість різних субодиниць, що можуть входити до складу цього рецептора. Перелік субодиниць включає сім різних родин, багато з яких налічують більш ніж один вид білку. Це родини α (6 ізоформ), β (три ізоформи), γ (три ізоформи), а також δ, ε, π та θ (одна ізоформа в кожній). Гомологія (збіжність) в послідовностях амінокислот між ізоформами однієї родини досягає щонайменше 70 %, в той час як між представниками різних родин — менше ніж 40 %; докладніше про властивості рецепторів, що утворюються різними комбінаціями субодиниць, див. у таблиці 1.

Кожний функціонуючий ГАМК_А-рецептор являє собою гетеропентамер, де всі п'ять субодиниць мають однакову третинну структуру. Ця структура полягає в наявності великого N-термінального домену, характеристичною ознакою котрого для цього типу рецепторів є дисульфідний місток між двома залишками цистеїну (так звана «cys-cys-петля») — риса, притаманна всім іонно-канальним рецепторам. Також на N-термінальному домені знаходяться численні місця зв'язування різноманітних лігандів та ділянка, що активує рецептор при зв'язуванні з ним молекул ГАМК.

За N-термінальним доменом ідуть чотири трансмембранних домени (ТМ1-4), серед яких ТМ2 запроваджує внутрішню вистілку просвіту іонного каналу. Між доменами ТМ3 та ТМ4 знаходиться великий внутрішньоклітинний регіон, що містить сайти, застосовувані для фосфорилювання задопомогою протеїн-кіназ, а також місця приєднання численних фіксуючих та проводячих протеїнів. За доменом ТМ4 розташований дуже короткий С-термінал. Загалом, кількість амінокислотних залишків, котрі складають третинну структуру однієї субодиниці, дорівнює приблизно 400.

Велика кількість типів субодиниць ГАМК_A-рецептора (загалом 16) призводить до великої кількості структурно відмінних ГАМК_А-рецепторів, що можуть бути теоретично ними сформовані. Але практично in vivo рівень різноманіття функціональних ГАМК_А-рецепторів є набагато меншим. Завдяки комплексним молекулярно-біологічним дослідженням було встановлено, які саме комбінації субодиниць можуть формувати функціональні ГАМК_А-рецептори — див. Таблицю 1. При цьому треба завважити, що не всі штучно синтезовані нормально функціонуючі форми рецепторів, наведені в таблиці, на теперішній час знайдені в мозку.

Тримірна структура рецептора. Top — вигляд згори (паралельно до мембрани), Front — вигляд збоку (перпендикулярно до мембрани)

[ред.] Функціональні властивості

Дослідження рекомбінантних ГАМК_A-рецепторів показали, що функціональні властивості ГАМК_А-рецепторів багато в чому визначаються складом субодиниць рецептора. Загалом, наступні закономірності можуть вважатись доведеними:

• Відсутність β-субодиниці в складі рецептора помітно зменшує, або навіть повністю блокує, чутливість до ГАМК;
• Створення комбінацій α-β збільшує чутливість до ГАМК, але отримані таким чином канали мають відносно низьку провідність (12-18 pS). Також ці рецептори нечутливі до бенздіазепінів, і можуть бути інгібійованими задопомогою низьких концентрацій Zn²⁺ (~100-200 нМ);
• Залучення γ-субодиниці, що призводить до формування комбінацій α-β-γ, незначно знижує чутливість до ГАМК порівняно з α-β — рецепторами; також таким рецепторам притаманна алостерична модуляція бенздіазепінами, і помітно менша чутливість до іонів Zn²⁺ (~200-500 μМ). Провідність іонного каналу у рецепторів з таким складом субодиниць приблизно на 30 % вища (28-31 pS), аніж у форм α-β. Навність субодиниці γ2, окрім того, стимулює формування кластерів (тісних груп) рецепторів на постсинаптичній мембрані хімічних синапсів.

[ред.] Місце зв'язування ГАМК

Місця зв'язування ГАМК та бенздіазепінів на ГАМКА-рецепторі. Пентамерна структура протеїну демонструє розташування α, β та γ-субодиниць в більшості ГАМК_А-рецепторів. Ділянки зв'язування агоністів (сині) формуються на контактній поверхні між субодиницями різних родин, включаючи в себе кілька амінокислотних залишків як з α, так і з β субодиниць. Аналогічно сформована єдина ділянка, де зв'язуються бенздіазепіни (червоний) між α та β субодиницями. Показані амінокислотні залишки, котрі долучені до формування вказаних ділянок зв'язування.

На теперішній час вважається, що до складу ділянки зв'язування ГАМК на ГАМК_А-рецепторі входять амінокислотні залишки як з α-, так і з β-субодиниці. При цьому в складі β-субодиниці для формування ділянки зв'язування ГАМК критичними є два домени, що містять амінокислоти YGYT (однолітерний код, див статтю «амінокислота») — залишки 157—160 субодиниці β₂ (тут і далі літера позначає однолітерний код амінокислоти, цифра — номер залишку в ланцюгу білкової молекули, починаючи від N-кінця); і, також, YGSY — залишки 202—205. Втім, згідно до деяких теорій, останній домен може бути асоційованим з механізмом конформаційної передачі в процесі відкриття іонного каналу, а не власне з ділянкою зв'язування ГАМК. Перераховані вище залишки взаємодіють із залишками F64, R66, S68, R120 субодиниці α₁ — таким чином, ділянка зв'язування ГАМК сформована на поверхні контакту α- та α-субодиниць.

[ред.] Алостерична модуляція: бенздіазепінова ділянка

Дослідження рекомбінантних рецепторів показали, що одночасна наявність α- та γ-субодниць є необхідною для можливості алостеричного регулювання ГАМК_А-рецептора за допомогою бенздіазепінів. При цьому були ідентифіковані декілька критично важливих амінокислотних залишків — Н101 в α₁-субодиниці та F77 в γ₂-субодиниці — які впливають на активність зв'язування.

Окрім того, важливу роль відіграє залишок Т142 в субодиниці γ₂, котрий впливає на ефективність бенздіазепінів. Цікаво, що залишок F77 в субодиниці γ₂ є гомологічним до F64 в субодиниці α₁, що завдає активного впливу на ефект ГАМК. Таким чином, сайт зв'язування бенздіазепінів, локалізований на поверхні між субодиницями α та γ, може бути таким, що еволюційно виник із ділянки зв'язування агоністу (тобто ГАМК).

Набір субодиниць, що формує нативний рецептор, особливо що стосується різних ізоформ γ та α субодиниць, може завдавати вплив і на фармакологію бенздіазепінів. Ліганди бенздіазепінового ряду можуть діяти як часткові або повні агоністи, потенціюючи дію ГАМК; як антагоністи, котрі не мають жодного впливу на дію ГАМК, але запобігають дії агоністів-бенздіазепінів; та як часткові або повні зворотні агоністи, котрі інгібіюють активацію рецептора задопомогою ГАМК, діючи на бенздіазепінову ділянку. Ефекти зворотніх агоністів можуть бути інгібійовані антагоністами бенздіазепінового ряду. Рецептори, що включають α1- та β_іγ₂ субодиниці (де і=1-3), мають високу спорідненість до бенздіазепінів, діазепаму, CL218872, та золпідему (часто називаються рецепторами або лігандами першого типу). CL218872 та золпідем мають набагато нижчу спорідненість до рецепторів, що містять α₂-α₃ та α₅β_іγ₂ субодиниці (рецептори другого типу). Наступна група рецепторів, α4- та α6βіγ2 — рецептори, є діазепам-нечутливою, але здатною зв'язувати частковий зворотній агоніст, Ro-15-4513. У субодиницях α₄ та α₆ відсутній критично важливий для α1 амінокислотний залишок Н101, котрий замінений на агрінін. Такі діазепам-нечутливі рецептори називаються рецепторами третього типу.

[ред.] β-субодиниці та іонний канал

β-субодиниці рецептора спочатку вважались фармаклогічно пасивними; тим не менше, нещодавні дослідження показали, що їхня наявність у складі нативного рецептора є критично необхідною умовою для його функціонування, а різні конформації β-субодиниць можуть впливати на ефект лігандів, які з цими субодиницями безпосередньо не зв'язуються (наприклад, на ефекти лореклезола). В усіх відомих на теперішній час випадках впливу на ефекти лігандів ГАМК_A-рецептора з боку його β-субодиниць різниця в рецепторній відповіді зумовлена мутаціями (тобто замінами) одного і того ж амінокислотного залишку — на позиції 290 в сегменті ТМ₂. У випадку β₁-субодиниці це місце займає серин, і ефект лореклезолу при цьому не змінюється або інгібіюється; у випадку β₂-субодиниці на цьому місці знаходиться аспарагін, що помітно потенціює (збільшує) ефект лореклезолу і ряду інших сполук.

Інший залишок, що сильно впливає на чутливість αβ-вміщуючих ГАМК_А-рецепторів — це Н267, що знаходиться на зовнішній частині домену ТМ₂. Цей залишок гістидину формує частину ділянки зв'язування Zn²⁺, роблячи рецептор чутливим до інгібіювання іонами цинку в концентрації близько 100 нМ. Локалізація цього амінокислотного залишку всередині хлорного каналу рецептру і той факт, що двовалентний катіон цинку може проникати в канал, пристосований для проходження одновалентних аніонів, незалежно від того, активований рецептор чи ні, є ознаками локалізації іон-селектуючої частини рецепторної молекули та механізму відкриття каналу на протилежному кінці рецептора.

[ред.] Таблиці

Таблиця 1. Форми ГАМК_А-рецепторів, знайдені в нервовій системі

Таблиця 2. Властивості ГАМК_A-рецепторів

[ред.] Література

• Bormann J (2000): The «ABC» of GABA receptors. Trends Pharmacol Sci 21:16-19.
• Feigenspan A, Wassle H, Bormann J (1993): Pharmacology of GABA receptor Cl^- channels in rat retinal bipolar cells. Nature 361:159-162.
• Fritschy J-M, Mohler H (1995): GABAA receptor heterogeneity in the adult rat brain: differential regional and cellular distribution of seven major subunits. J Comp Neurol 359:154-194.
• Hosie AM, Aronstein K, Sattelle DB, Ffrench-Constant RH (1997): Molecular biology of insect neuronal GABA receptors. Trends Neurosci. 20:578-583.
• Jones A, Korpi ER, McKernan RM, Pelz R, et al. (1997): Ligand-gated ion channel subunit partnerships: GABA_A receptor 6 subunit gene inactivation inhibits delta subunit expression. J Neurosci 17:1350-1362.
• Korpi ER, Grunder G, Luddens H (2002): Drug interactions at GABA_A receptors. Prog Neurobiol 67:113-159.
• Moss SJ, Smart TG (1996): Modulation of amino acid-gated ion channels by protein phosphorylation. Int Rev Neurobiol 39:1-52.
• Rabow LE, Russek SJ, Farb DH (1996): From ion currents to genomic analysis: Recent advances in GABA_A receptor research. Synapse 21:189-274.
• Rudolph U, Crestani F, Benke D, Brunig I, et al. (1999): Benzodiazepine actions mediated by specific γ-aminobutyric acid (A) receptor subtypes. Nature 401:796-800.
• Smith GB, Olsen RW (1995): Functional domains of GABA_A receptors. Trends Pharmacol Sci 16:162-168.
• Whiting PJ, McKernan RM, Wafford KA (1995): Structure and pharmacology of vertebrate GABA_A receptor subtypes. Int Rev Neurobiol 38:95-138.

Ця стаття входить до числа вибраних статей україномовного розділу Вікіпедії.