Nikotinový acetylcholinový receptor

Nikotinové acetylcholinové receptory neboli nAChR jsou cholinergní receptory, které tvoří ligandem řízené iontové kanály v plazmatických membránách některých neuronů. Jako ionotropní (tj. ligandem řízené) receptory jsou nAChR přímo spojeny s iontovým kanálem a nevyužívají druhého posla jako metabotropní receptory.

Stejně jako u druhého typu acetylcholinových receptorů - muskarinových acetylcholinových receptorů (mAChR) - je otevření iontového póru nAChR vyvoláno vazbou neurotransmiteru acetylcholinu (ACh). Zatímco však muskarinové receptory jsou otevírány také muskarinem, nikotinové receptory jsou otevírány také nikotinem. Odtud název "nikotinový".

Nikotinové acetylcholinové receptory jsou přítomny v mnoha tkáních v těle a jsou nejlépe prozkoumanými ionotropními receptory. Neuronální receptory se nacházejí v centrálním nervovém systému a periferním nervovém systému. Neuromuskulární receptory se nacházejí v neuromuskulárních spojích somatických svalů; stimulace těchto receptorů způsobuje svalovou kontrakci.

Nikotinové receptory s molekulovou hmotností 290 kDa se skládají z pěti podjednotek symetricky uspořádaných kolem centrálního póru. Sdílejí podobnosti s receptory GABAA, glycinovými receptory a serotoninovými receptory typu 3 (což jsou všechno ionotropní receptory) nebo signálními proteiny s Cys smyčkou.

Dvanáct typů podjednotek nikotinových receptorů, α2 až 10 a β2 až 4, se spojuje do pentamerů. Podjednotky jsou si navzájem poněkud podobné, zejména v hydrofobních oblastech. Na nervosvalovém spojení se dvě α podjednotky nAChR kombinují s až čtyřmi dalšími podjednotkami (β,γ,δ,ε) v poměru 2α:β:ε:δ. Neuronální formy jsou mnohem homogennější a tvoří je pouze typy receptorových podjednotek (α a β) přítomné v poměru 3α:2β. Neuronální formy se od svalových liší také tím, že nejsou citlivé na α-bungarotoxin.

Vazebné místo pro acetylcholin se nachází na vnější straně podjednotky α v blízkosti N-konce. Když se na toto místo naváže agonista, podjednotky α se více přiblíží ostatním podjednotkám, kanál se stane symetričtějším a otevře se pór o průměru přibližně 0,65 nm.

Nikotinové AChR mohou existovat v různých konformačních stavech. Vazba agonisty stabilizuje otevřený a desenzitizovaný stav. Otevření kanálu umožňuje pohyb kladně nabitých iontů přes něj, zejména sodíku a draslíku, které vstupují do buňky.

NAChR je neselektivní kationtový kanál, což znamená, že jím může procházet několik různých kladně nabitých iontů. Je propustný pro Na+ a K+, přičemž některé kombinace podjednotek jsou propustné i pro Ca2+. Množství sodíku a draslíku, které kanály propouštějí svými póry (jejich vodivost), se pohybuje v rozmezí 50-110 pS, přičemž vodivost závisí na konkrétním složení podjednotek a také na propustném iontu.

Je zajímavé, že některé neuronální nAChR jsou propustné pro Ca2+, a proto mohou ovlivňovat uvolňování jiných neurotransmiterů. Kanál se obvykle rychle otevře a má tendenci zůstat otevřený, dokud agonista nedifunduje pryč, což obvykle trvá asi 1 milisekundu. AChRs se však někdy mohou otevřít pouze s jedním navázaným agonistou a ve vzácných případech bez navázaného agonisty a mohou se spontánně uzavřít, i když je ACh navázán. Vazba ACh tedy pouze vytváří pravděpodobnost otevření pórů, která se zvyšuje s větším množstvím navázaného ACh.

Tato aktivace receptorů nikotinem mění stav neuronů dvěma hlavními mechanismy. Jednak přesuny kationtů způsobují depolarizaci plazmatické membrány (což má za následek excitační postsynaptický potenciál v neuronech), ale také aktivací dalších napěťově řízených iontových kanálů. Na druhé straně vstup vápníku působí buď přímo, nebo nepřímo na různé intracelulární kaskády vedoucí například k regulaci aktivity některých genů nebo uvolňování neurotransmiterů.

Desenzitizaci receptorů vázanou na ligand poprvé charakterizovali Katz a Thesleff u nikotinového acetylcholinového receptoru.

Dlouhodobé nebo opakované vystavení podnětu často vede ke snížení reaktivity tohoto receptoru na podnět. funkci nAChR lze modulovat fosforylací aktivací proteinkináz závislých na druhém poslu. Bylo prokázáno, že fosforylace nAChR pomocí PKA a PKC fosforyluje nAChR, což vede k jeho desenzitizaci. Bylo zjištěno, že po delší expozici receptoru agonistovi způsobuje agonista sám konformační změnu receptoru vyvolanou agonistou, což vede k desenzitizaci receptoru. Tato desenzitizace receptoru byla dříve modelována v kontextu dvoustavového matematického modelu (viz tento odkaz ).

Podjednotky nikotinových receptorů patří do multigenové rodiny (17 členů u člověka) a kombinací podjednotek vzniká velké množství různých receptorů (více informací naleznete v databázi Ligand-Gated Ion Channel). Tyto receptory s velmi variabilními kinetickými, elektrofyziologickými a farmakologickými vlastnostmi reagují na nikotin různě, a to při velmi rozdílných účinných koncentracích. Tato funkční rozmanitost jim umožňuje účastnit se dvou hlavních typů neurotransmise. Klasický synaptický přenos (wiring transmission) zahrnuje uvolňování vysokých koncentrací neurotransmiteru, který působí na bezprostředně sousedící receptory. Naproti tomu parakrinní přenos (objemový přenos) zahrnuje neurotransmitery uvolňované synaptickými knoflíky, které pak difundují mimobuněčným prostředím, dokud nedosáhnou svých receptorů, které mohou být vzdálené. Nikotinové receptory se také mohou nacházet na různých synaptických místech, například svalový nikotinový receptor funguje vždy postsynapticky. Neuronální formy receptoru se mohou nacházet jak postsynapticky (podílejí se na klasické neurotransmisi), tak presynapticky, kde mohou ovlivňovat uvolňování více neurotransmiterů.

Dosud bylo identifikováno 17 podjednotek nAChR, které se dělí na podjednotky svalového a neuronálního typu. Z těchto 17 podjednotek byly u člověka klonovány α2-α7 a β2-β4, zbývající geny byly identifikovány v genomech kuřat a potkanů.

Podjednotky nAChR byly rozděleny do 4 podrodin (I-IV) na základě podobnosti v sekvenci proteinů. Podčeleď III byla navíc dále rozdělena na 3 kmeny.

Nikotinové receptory jsou pentamery těchto podjednotek, tj. každý receptor obsahuje pět podjednotek. Existuje tedy obrovský potenciál variability výše uvedených podjednotek. Některé z nich jsou však pozoruhodnější než jiné, konkrétně (α1)2β1δε (svalový typ), (α3)2(β4)3 (gangliový typ), (α4)2(β2)3 (typ CNS) a (α7)5 (další typ CNS). Následuje srovnání:

5-HT receptor (5-HT3 serotoninový receptor (A)) - GABA receptor (GABA A (α1, α2, α3, α4, α5, α6, β1, β2, β3, γ2, γ3, ε), GABA C (ρ1, ρ2)) - Glycinový receptor (α1, α2, β) - nikotinový acetylcholinový receptor (α1, α2, α3, α4, α5, α7, α9, β1, β2, β3, β4, δ, ε, (α4)2(β2)3, (α7)5, gangliový typ, svalový typ)

AMPA (1, 2, 3, 4) - Kainát (1, 2, 3, 5) - NMDA (1, 2A, 2B, 2C, 2D)

Purinergní receptory (P2X (1, 2, 3, 4, 5, 7, L1))