ГАМК A рецептор — лиганд-зависимый ионный канал в химических синапсах нервной системы, тормозит передачу нервного возбуждения, и управляется с помощью ГАМК (основного нейротрансмиттеров мозга).

Морфология

Ионотропные ГАМК А рецепторы впервые были выделены из бычьего мозга в 1987 году, и их структура была тогда определена как состоящая из двух субъединиц. Но позже благодаря методикам молекулярного клонирования было выделено большое количество различных субъединиц, которые могут входить в состав этого рецептора. Перечень субъединиц включает семь различных семей, многие из которых насчитывают более чем один вид белка. Это семьи α (6 изоформ), β (три изоформы), γ (три изоформы), а также δ, ε, π и θ (одна изоформа в каждой). Гомология (сходимость) в последовательностях аминокислот между изоформами одной семьи достигает не менее 70%, в то время как между представителями разных семей — менее 40%; подробнее о свойствах рецепторов, образуются различными комбинациями субъединиц.

Каждый функционирующий ГАМК А рецептор представляет собой гетеропентамер, где все пять субъединиц имеют одинаковую третичную структуру. Эта структура состоит в наличии большого N-терминального домена, характеристической признаком которого для этого типа рецепторов является дисульфидная мостик между двумя остатками цистеина (так называемая «cys-cys-петля») — черта, присущая всем ионно-канальным рецепторам. Также на N-терминальном домене находятся многочисленные места связывания различных лигандов и участок, активирует рецептор при связывании с ним молекул ГАМК.

За N-терминальным доменом идут четыре трансмембранных домены (ТМ1-4), среди которых ТМ2 вводит внутреннюю выстилки просвета ионного канала. Между доменами ТМ3 и ТМ4 находится большой внутриклеточный регион, содержащий сайты, применяемые для фосфорилирования за помощью протеин-киназы, а также места присоединения многочисленных фиксирующих и проводящих протеинов. По доменом ТМ4 расположен очень короткий С-терминал. В целом, количество аминокислотных остатков, которые составляют третичную структуру одной субъединицы, равна примерно 400.

Большое количество типов субъединиц ГАМК A рецептора (всего 16) приводит к большому количеству структурно отличных ГАМК А рецепторов, которые могут быть теоретически ними сформированы. Но практически in vivo уровень многообразия функциональных ГАМК А рецепторов намного меньше. Благодаря комплексным молекулярно-биологическим исследованиям было установлено, какие именно комбинации субъединиц могут формировать функциональные ГАМК А рецепторы. При этом надо заметить, что не все искусственно синтезированные нормально функционирующие формы рецепторов, приведенные в таблице, в настоящее время найдены в мозге.

Функциональные свойства

Исследование рекомбинантных ГАМК A рецепторов показали, что функциональные свойства ГАМК А рецепторов во многом определяются составом субъединиц рецептора. В общем, следующие закономерности могут считаться доказанными:

  • Отсутствие β-субъединицы в составе рецептора заметно уменьшает или даже полностью блокирует, чувствительность к ГАМК;
  • Создание комбинаций α-β увеличивает чувствительность к ГАМК, но полученные таким образом каналы имеют относительно низкую проводимость (12-18 pS). Также эти рецепторы чувствительны к бенздиазепинов, и могут быть ингибийованимы с помощью низких концентраций Zn 2+ (~ 100-200 нМ)
  • Привлечение γ-субъединицы, что приводит к формированию комбинаций α-β-γ, незначительно снижает чувствительность к ГАМК сравнению с α-β — рецепторами; также таким рецепторам присуща аллостерический модуляция бенздиазепины, и заметно меньше чувствительность к ионам Zn 2+ (~ 200-500 мкм). Проводимость ионного канала в рецепторов с таким составом субъединиц примерно на 30% выше (28-31 pS), чем в форм α-β. Наличие субъединицы γ2, кроме того, стимулирует формирование кластеров (тесных групп) рецепторов на постсинаптической мембране химических синапсов.

Место связывания ГАМК

В настоящее время считается, что в состав связывания ГАМК на ГАМК А рецепторов входят аминокислотные останки как с α-, так и с β-субъединицы. При этом в составе β-субъединицы для формирования участка связывания ГАМК критичными являются два домена, содержащих аминокислоты YGYT (однолитерний кода см статью «аминокислота») — остатки 157-160 субъединицы β 2 (здесь и далее буква обозначает однолитерний код аминокислоты , цифра — номер остатка в цепи белковой молекулы, начиная от N-конца) и, также, YGSY — остатки 202-205. Впрочем, согласно некоторым теориям, последний домен может быть ассоциированным с механизмом конформационной передачи в процессе открытия ионного канала, а не собственно с участком связывания ГАМК. Перечисленные выше остатки взаимодействуют с остатками F64, R66, S68, R120 субъединицы α 1 — таким образом, участок связывания ГАМК сформирована на поверхности контакта α- и α-субъединиц.

Аллостерический модуляция: бенздиазепиновых участок

Исследование рекомбинантных рецепторов показали, что одновременное присутствие α- и γ-субодниць необходима для возможности аллостерического регулирования ГАМК А рецептора с помощью бенздиазепинов. При этом были идентифицированы несколько критически важных аминокислотных остатков — Н101 в α 1 субъединицы и F77 в γ 2 субъединицы — которые влияют на активность связывания.

Кроме того, важную роль играет остаток Т142 в субъединицы γ 2, который влияет на эффективность бенздиазепинов. Интересно, что остаток F77 в субъединицы γ 2 является гомологичным к F64 в субъединицы α 1, что наносит активного воздействия на эффект ГАМК. Таким образом, сайт связывания бенздиазепинов, локализованный на поверхности между субъединицами α и γ, может быть таким, что эволюционно возник из связывания агониста (т.е. ГАМК).

Набор субъединиц, формирует нативный рецептор, особенно что касается различных изоформ γ и α субъединиц, может наносить влияние и на фармакологию бенздиазепинов. Лиганды бенздиазепинового ряда могут действовать как частичные или полные агонисты, потенцируя действие ГАМК; как антагонисты, которые не имеют никакого влияния на действие ГАМК, но предотвращают действия агонистов-бенздиазепинов; и как частичные или полные обратные агонисты, которые ингибиюють активацию рецептора за помощью ГАМК, действуя на бенздиазепиновых участок. Эффекты обратных агонистов могут быть ингибийовани антагонистами бенздиазепинового ряда. Рецепторы, включающие α1- и β и γ 2 субъединицы (где i = 1-3), имеют высокое сродство к бенздиазепинов, диазепама, CL218872, и золпидема (часто называются рецепторами или лигандами первого типа). CL218872 и золпидем имеют гораздо более низкую сродство к рецепторам, содержащие α 23 и α 5 β и γ 2 субъединицы (рецепторы второго типа). Следующая группа рецепторов, α4- и α6βиγ2 — рецепторы, является диазепам-нечувствительной, но способной связывать частичный обратный агонист, Ro-15-4513. В субъединиц α 4 и α 6 отсутствует критически важный для α1 аминокислотный остаток Н101, который заменен на агринин. Такие диазепам-нечувствительны рецепторы называются рецепторами третьего типа.

β-субъединицы и ионный канал

β-субъединицы рецептора сначала считались фармаклогично пассивными; тем не менее, недавние исследования показали, что их наличие в составе нативного рецептора является критически необходимым условием для его функционирования, а различные конформации β-субъединиц могут влиять на эффект лигандов, которые с этими субъединицами напрямую не связываются (например, на эффекты лореклезола ). Во всех известных в настоящее время случаях влияния на эффекты лигандов ГАМК A рецептора со стороны его β-субъединиц разница в рецепторной ответы обусловлена ​​мутациями (т.е. заменами) одного и того же аминокислотного остатка — на позиции 290 в сегменте ТМ 2. В случае β 1 субъединицы это место занимает серин, и эффект лореклезолу при этом не изменяется или ингибиюеться; в случае β 2 субъединицы на этом месте находится аспарагин, что заметно потенцирует (увеличивает) эффект лореклезолу и ряда других соединений.

Другой остаток, сильно влияет на чувствительность αβ-содержащих ГАМК А рецепторов — это Н267, что находится на внешней части домена ТМ 2. Этот остаток гистидина формирует часть связывания Zn 2+, делая рецептор чувствительным к ингибирования ионами цинка в концентрации около 100 нМ. Локализация этого аминокислотного остатка внутри хлорного канала рецептру и тот факт, что двухвалентный катион цинка может проникать в канал, приспособленный для прохождения одновалентных анионов, независимо от того, активированный рецептор или нет, являются признаками локализации ион-селектуючои части рецепторной молекулы и механизма открытия канала на противоположном конце рецептора.

Таблицы

Таблица 1. Формы ГАМК А рецепторов, найденные в нервной системе

Комбинация субъединиц Распространение и свойства
α 1 βγ 2 Самая обычная изоформа, ~ 40% от всех ГАМК А рецепторов; широко распространена в химических синапсах нервной системы.
α 2 βγ 2 Достаточно обычная, также широко распространен.
α 3 βγ 2 Не так обычная как две предыдущие, широко распространена.
α 4 βγ 2 / δ Относительно редкая, найденная в гиппокампе и таламусе. Возможно, есть позасинаптичним рецептором.
α 5 βγ 2 Относительно редкая, найденная в гиппокампе.
α6βγ2 / δ Найдено только в гранулярном слое мозжечка и в нервных клетках улитке уха. Возможно, есть позасинаптичним рецептором.
α 1 α 2-6 βγ 2 Рецепторы, содержащие две различные формы α-субъединицы, вероятно, являются очень редкими, если вообще такая комбинация способна формировать функциональный рецептор. Об их существовании можно утверждать, основываясь на результатах иммунных реакций с использованием селективных сывороток
α 2 α 3-6 βγ 2 Относительно редкая, если вообще способна формировать функциональные рецепторы.
α 3 α 4-6 βγ 2 Относительно редкая, если вообще способна формировать функциональные рецепторы.

Таблица 2. Свойства ГАМК A рецепторов

Природный агонист ГАМК
Селективный агонист Изогувацин
Антагонист Пикротоксин
Селективный антагонист Бикукуллин
Модуляторы: бенздиазепины Потенцирование
Барбитураты Потенцирование
Zn 2+ (IC 50) Ингибирование (αβ — 100-500nM; αβγ — 100-500mM)
Нейростероиды Потенцирование / ингибирование
Эффективность ГАМК (ЕС 50) 2-30μM
Ионы, проходящих через канал Cl и НСО 3 —
Активация рецептора Быстрая (миллисекунды)
Десенситизация Быстрая и глубокая
Проводимость канала 25-32pS

Видео по теме

Изображения по теме

  • ГАМК A рецептор
  • ГАМК A рецептор
  • ГАМК A рецептор