Войти
131>рецептор α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты(также известный как рецептор AMPA , AMPARили рецептор квисквалата) представляет собой ионотропный трансмембранный рецептор для глутамата, который обеспечивает быструю синаптическую передачу в центральная нервная система (ЦНС). Он традиционно классифицируется как рецептор не NMDA -типа, наряду с каинатным рецептором. Его название происходит от его способности активироваться искусственным аналогом глутамата AMPA. Рецептор был впервые назван «рецептором квисквалата» Уоткинсом и его коллегами в честь встречающегося в природе агониста квисквалата и только позже получил название «рецептор АМРА» в честь селективного агониста, разработанного Тейдж Оноре и его коллегами из Королевского королевского общества. Датская фармацевтическая школа в Копенгагене. AMPAR обнаруживаются во многих частях мозга и являются наиболее часто встречающимся рецептором в нервной системе. Кодируемое GRIA2 ядро, связывающее лиганд рецептора AMPA (см. Ниже), было первым кристаллизованным ионным каналом глутаматного рецептора.
AMPAR состоят из четырех типов субъединиц, кодируемых разными генами, обозначенных как GRIA1 (также называемых GluA1 или GluR1), GRIA2 (также называемый GluA2 или GluR2), GRIA3 (также называемый GluA3 или GluR3) и GRIA4 (также называемый GluA4 или GluRA-D2), которые вместе образуют тетрамеры. Большинство AMPAR являются гетеротетрамерными, состоящими из симметричного «димера димеров» GluA2 и либо GluA1, GluA3, либо GluA4. Димеризация начинается в эндоплазматическом ретикулуме с взаимодействия N-концевых доменов LIVBP, затем «застревает» через лиганд-связывающий домен в трансмембранную ионную пору.
Конформация субъединицы белок в плазматической мембране в течение некоторого времени вызывал споры. В то время как аминокислотная последовательность субъединицы указывала, что, по-видимому, существует четыре трансмембранных домена (части белка, которые проходят через плазматическую мембрану), белки, взаимодействующие с субъединицей, указывали, что N-конец, по-видимому, был внеклеточный, тогда как С-конец, по-видимому, внутриклеточный. Однако, если бы каждый из четырех трансмембранных доменов полностью прошел через плазматическую мембрану, то два конца должны были бы находиться на одной стороне мембраны. В конце концов было обнаружено, что второй «трансмембранный» домен на самом деле вообще не пересекает мембрану, а изгибается внутри мембраны и возвращается во внутриклеточную сторону. Когда четыре субъединицы тетрамера объединяются, этот второй мембранный домен образует проницаемую для ионов пору рецептора.
Субъединицы AMPAR больше всего различаются по своей С-концевой последовательности, которая определяет их взаимодействия с каркасными белками. Все AMPAR содержат PDZ-связывающие домены, но с каким PDZ-доменом они связываются, отличается. Например, GluA1 связывается с SAP97 через домен PDZ класса I SAP97, а GluA2 связывается с PICK1 и GRIP / ABP. Следует отметить, что AMPAR не могут напрямую связываться с общим синаптическим белком PSD-95 из-за несовместимых доменов PDZ, хотя они действительно взаимодействуют с PSD-95 через звездгазин (прототипный член TARP семейство вспомогательных субъединиц AMPAR).
Фосфорилирование AMPAR может регулировать локализацию канала, проводимость и вероятность открытия. GluA1 имеет четыре известных сайта фосфорилирования: серин 818 (S818), S831, треонин 840 и S845 (другие субъединицы имеют аналогичные сайты фосфорилирования, но GluR1 изучен наиболее полно). S818 фосфорилируется протеинкиназой C и необходим для долгосрочной потенциации (LTP; роль GluA1 в LTP см. Ниже). S831 фосфорилируется CaMKII и PKC во время LTP, что помогает доставить GluA1-содержащий AMPAR к синапсу и увеличивает их проводимость по одному каналу. Сайт T840 был обнаружен совсем недавно и был вовлечен в LTD. Наконец, S845 фосфорилируется PKA, которая регулирует вероятность его открытия.
Каждый AMPAR имеет четыре сайта, с которыми может связываться агонист (например, глутамат) , по одному на каждую субъединицу. Предполагается, что сайт связывания образован N-концевым хвостом и внеклеточной петлей между третьим и четвертым трансмембранными доменами. Когда агонист связывается, эти две петли движутся навстречу друг другу, открывая поры. Канал открывается, когда заняты два сайта, и увеличивается по мере того, как занято больше сайтов связывания. После открытия канал может подвергнуться быстрой десенсибилизации, останавливая ток. Считается, что механизм десенсибилизации связан с небольшим изменением угла одной из частей сайта связывания, закрывающей поры. AMPAR открываются и закрываются быстро (1 мс) и, таким образом, ответственны за большую часть быстрой возбуждающей синаптической передачи в центральной нервной системе. Проницаемость AMPAR для кальция и других катионов, таких как натрия и калий, регулируется субъединицей GluA2. Если в AMPAR отсутствует субъединица GluA2, то он будет проницаемым для натрия, калия и кальция. Присутствие субъединицы GluA2 почти всегда делает канал непроницаемым для кальция. Это определяется пост- транскрипционной модификацией - - сайта редактирования Q - R мРНК GluA2 . Здесь заменяет незаряженную аминокислоту глутамин (Q) на положительно заряженный аргинин (R) в ионном канале рецептора. Положительно заряженная аминокислота в критической точке делает энергетически невыгодным проникновение кальция в клетку через поры. Почти все субъединицы GluA2 в ЦНС преобразованы в форму GluA2 (R). Это означает, что основными ионами, управляемыми AMPAR, являются натрий и калий, что отличает AMPAR от рецепторов NMDA (других основных ионотропных рецепторов глутамата в головном мозге), которые также допускают приток кальция. Однако рецепторы AMPA и NMDA имеют равновесный потенциал около 0 мВ. Предполагается, что предотвращение проникновения кальция в клетку при активации GluA2-содержащих AMPAR предотвращает эксайтотоксичность.
. Состав субъединиц AMPAR также важен для способа модуляции этого рецептора. Если в AMPAR отсутствуют субъединицы GluA2, то он подвержен блокированию в зависимости от напряжения классом молекул, называемых полиаминами. Таким образом, когда нейрон находится при деполяризованном мембранном потенциале, полиамины будут сильнее блокировать канал AMPAR, предотвращая поток ионов калия через поры канала. Таким образом, считается, что AMPAR без GluA2 имеют внутреннее выпрямление вольт-амперной характеристики, что означает, что они пропускают меньший внешний ток, чем внутренний ток на эквивалентном расстоянии от обратного потенциала. Проницаемые для кальция AMPAR обычно обнаруживаются на ранних этапах постнатального развития, на некоторых интернейронах или в дофаминовых нейронах вентральной тегментальной области после воздействия вызывающего привыкание препарата.
Наряду с альтернативным сплайсингом. допускает ряд функциональных субъединиц рецептора AMPA за пределами того, что кодируется в геноме. Другими словами, хотя один ген (GRIA1 – GRIA4) кодируется для каждой субъединицы (GluA1 – GluA4), сплайсинг после транскрипции из ДНК позволяет некоторым экзонам быть транслироваться взаимозаменяемо, что приводит к появлению нескольких функционально различных субъединиц от каждого гена.
Последовательность триггеров является одним из таких взаимозаменяемых экзонов. Последовательность из 38 аминокислот, обнаруженная перед (т.е. перед N-концом ) четвертого мембранного домена во всех четырех субъединицах AMPAR, она определяет скорость десенсибилизации рецептора, а также скорость, с которой ресенсибилизируется рецептор и скорость закрытия канала. Перевернутая форма присутствует в пренатальных рецепторах AMPA и дает устойчивый ток в ответ на активацию глутамата.
Рецепторы AMPA (AMPAR) являются одновременно рецепторами глутамата и катионные каналы, которые являются неотъемлемой частью пластичности и синаптической передачи на многих постсинаптических мембранах. Одна из наиболее широко и тщательно изученных форм пластичности нервной системы известна как долгосрочная потенциация, или ДП. Есть два необходимых компонента LTP: пресинаптическое высвобождение глутамата и постсинаптическая деполяризация. Следовательно, LTP может быть индуцирован экспериментально в парной электрофизиологической записи, когда пресинаптическая клетка стимулируется для высвобождения глутамата на постсинаптической клетке, которая деполяризована. Типичный протокол индукции LTP включает «столбнячную» стимуляцию, то есть стимуляцию 100 Гц в течение 1 секунды. Когда кто-то применяет этот протокол к паре клеток, вы увидите устойчивое увеличение амплитуды возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП) после столбняка. Этот ответ интересен, поскольку считается, что он является физиологическим коррелятом обучения и памяти в клетке. Фактически, было показано, что, следуя единой парадигме парного избегания у мышей, LTP может регистрироваться в некоторых синапсах гиппокампа in vivo.
Молекулярная основа LTP широко изучена. были изучены, и было показано, что AMPAR играют важную роль в этом процессе. И GluR1, и GluR2 играют важную роль в синаптической пластичности. В настоящее время известно, что физиологический коррелят, лежащий в основе увеличения размера ВПСП, представляет собой постсинаптическую активацию AMPAR на мембране, которая осуществляется посредством взаимодействий AMPAR со многими клеточными белками.
Самым простым объяснением LTP является следующее (более подробное описание см. В статье долгосрочное потенцирование ). Глутамат связывается с постсинаптическими AMPAR и другим рецептором глутамата, рецептором NMDA (NMDAR). Связывание лиганда заставляет AMPAR открываться, и Na протекает в постсинаптическую клетку, что приводит к деполяризации. NMDAR, с другой стороны, не открываются напрямую, потому что их поры закрыты при мембранном потенциале покоя ионами Mg. NMDAR могут открываться только тогда, когда деполяризация в результате активации AMPAR приводит к отталкиванию катиона Mg во внеклеточное пространство, позволяя поре пропускать ток. Однако, в отличие от AMPAR, NMDAR проницаемы как для Na, так и для Ca. Са, который попадает в клетку, запускает активацию AMPAR в мембране, что приводит к длительному увеличению размера EPSP, лежащего в основе LTP. Поступление кальция также фосфорилирует CaMKII, который фосфорилирует AMPAR, увеличивая их одноканальную проводимость.
Механизм LTP имеет долгое время был предметом дискуссий, но в последнее время механизмы пришли к определенному консенсусу. AMPAR играют ключевую роль в этом процессе, поскольку одним из ключевых индикаторов индукции LTP является увеличение отношения AMPAR к NMDAR после высокочастотной стимуляции. Идея состоит в том, что AMPAR передаются от дендрита в синапс и включаются через серию сигнальных каскадов.
AMPAR изначально регулируются на уровне транскрипции в своих 5 ’промоторных областях. Имеются значительные доказательства, указывающие на транскрипционный контроль рецепторов AMPA в долговременной памяти с помощью белка, связывающего элемент ответа цАМФ (CREB ) и митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK). Сообщения переводятся на грубый эндоплазматический ретикулум (грубый ER) и модифицируются там. Состав субъединиц определяется во время модификации на грубом ER. После пост-ER обработки в аппарате Гольджи AMPAR высвобождаются в перисинаптическую мембрану в качестве резерва, ожидающего запуска процесса LTP.
Первым ключевым этапом процесса после связывания глутамата с NMDAR является приток кальция через рецепторы NMDA и результирующая активация Са / кальмодулин-зависимой протеинкиназы (CaMKII). Блокирование этого притока или активация CaMKII предотвращает LTP, показывая, что это необходимые механизмы для LTP. Кроме того, обилие CaMKII в синапсе вызывает LTP, показывая, что это причинный и достаточный механизм.
CaMKII имеет несколько способов активации, чтобы вызвать включение рецепторов AMPA в перисинаптическую мембрану. Фермент CAMKII в конечном итоге отвечает за развитие актинового цитоскелета нейрональных клеток и, в конечном итоге, за развитие дендритов и аксонов (синаптическая пластичность). Первый - это прямое фосфорилирование синаптического белка 97 (SAP97 ). Во-первых, SAP-97 и миозин-VI, моторный белок, связаны как комплекс с С-концом AMPAR. После фосфорилирования CaMKII комплекс перемещается в перисинаптическую мембрану. Второй способ активации - через путь MAPK. CaMKII активирует белки Ras, которые затем активируют p42 / 44 MAPK, что приводит к встраиванию AMPAR непосредственно в перисинаптическую мембрану.
Once AMPA рецепторы транспортируются в перисинаптическую область посредством фосфорилирования PKA или SAP97, затем рецепторы транспортируются в постсинаптическую плотность (PSD). Тем не менее, этот процесс передачи в PSD все еще остается спорным. Одна возможность состоит в том, что во время LTP происходит латеральное перемещение рецепторов AMPA от перисинпатических участков непосредственно к PSD. Другая возможность состоит в том, что экзоцитоз внутриклеточных везикул непосредственно отвечает за доставку AMPA в PSD. Недавние данные свидетельствуют о том, что оба эти процесса происходят после стимула LTP; однако только латеральное перемещение рецепторов AMPA из перисинаптической области увеличивает количество рецепторов AMPA в PSD. Точный механизм, ответственный за латеральное перемещение рецепторов AMPA к PSD, еще предстоит обнаружить; однако исследования открыли несколько важных белков для доставки рецепторов AMPA. Например, сверхэкспрессия SAP97 приводит к увеличению трафика рецептора AMPA в синапсы. Помимо влияния на синаптическую локализацию, SAP97 также влияет на проводимость рецептора AMPA в ответ на глутамат. Белки миозина представляют собой чувствительные к кальцию моторные белки, которые, как было установлено, также необходимы для Торговля рецепторами AMPA. Нарушение взаимодействия миозина Vb с Rab11 и Rab11-FIP2 блокирует рост позвоночника и доставку рецептора AMPA. Следовательно, возможно, что миозин может управлять боковым перемещением рецепторов AMPA в перисинпатической области к PSD. Трансмембранные регуляторные белки рецептора AMPA (TARP) представляют собой семейство белков, которые связываются с рецепторами AMPA и контролируют их передачу и проводимость. CACNG2 (Stargazin) является одним из таких белков и, как обнаружено, связывает рецепторы AMPA в перисинаптических и постсинаптических регионы. Роль звездгазина в перемещении между перисинаптическим и постсинаптическим регионами остается неясной; однако старгазин необходим для иммобилизации рецепторов AMPA в PSD путем взаимодействия с PSD-95. PSD-95 стабилизирует рецепторы AMPA в синапсе и нарушение взаимодействия звездгазин-PSD-95 подавляет синаптическую передачу.
Рецепторы AMPA постоянно передаются (эндоцитозируются) , рециркулируют и повторно вставляют) в плазматическую мембрану и из нее. Вторичные эндосомы в пределах дендритного позвоночника содержат пулы рецепторов AMPA для такой синаптической реинтеграции. Существуют два разных пути доставки рецепторов AMPA: регулируемый путь и конститутивный путь.
В регулируемом пути GluA1-содержащие рецепторы AMPA передаются в синапс зависимым от активности образом, стимулируемым Активация рецептора NMDA. В базовых условиях регулируемый путь по существу неактивен, временно активируясь только после индукции долговременной потенциации. Этот путь отвечает за усиление синапсов и начальное формирование новых воспоминаний.
В конститутивном пути рецепторы AMPA, лишенные GluA1, обычно гетеромерные рецепторы GluR2-GluR3, заменяют рецепторы, содержащие GluA1, в одноразовом. -один, независимый от активности способ, с сохранением общего количества рецепторов AMPA в синапсе. Этот путь отвечает за поддержание новых воспоминаний, поддерживая временные изменения, возникающие в результате регулируемого пути. В базовых условиях этот путь обычно активен, так как он необходим также для замещения поврежденных рецепторов.
Субъединицы GluA1 и GluA4 состоят из длинного карбокси (C) -хвоста, тогда как субъединицы GluA2 и GluA3 состоят из короткого карбокси-хвоста. Эти два пути регулируются взаимодействиями между С-концами субъединиц рецептора AMPA и синаптическими соединениями и белками. Длинные C-хвосты предотвращают вставку рецепторов GluR1 / 4 непосредственно в зону постсинаптической плотности (PSDZ) в отсутствие активности, тогда как короткие C-хвосты рецепторов GluA2 / 3 позволяют им вставляться непосредственно в PSDZ. С-конец GluA2 взаимодействует и связывается с чувствительным к N-этилмалеимиду гибридным белком, что позволяет быстро вставлять GluR2-содержащие рецепторы AMPA в синапс. Кроме того, субъединицы GluR2 / 3 более стабильно связаны с синапсом, чем субъединицы GluR1.
Долгосрочная депрессия активирует механизмы снижения плотности рецепторов AMPA в выбранных дендритных шипах, зависящих от клатрина и кальциневрина и отличных от конститутивного трафика AMPAR. Исходным сигналом для AMPAR эндоцитоза является NMDAR-зависимый приток кальция от низкочастотной стимуляции, который, в свою очередь, активирует протеинфосфатазы PP1 и кальциневрин. Однако эндоцитоз AMPAR также активируется зависимыми от напряжения кальциевыми каналами, агонизмом рецепторов AMPA и введением инсулина, что предполагает общий приток кальция как причину эндоцитоза AMPAR. Блокирование PP1 не предотвращало эндоцитоз AMPAR, но применение антагониста кальциневрина привело к значительному ингибированию этого процесса.
Кальциневрин взаимодействует с эндоцитотическим комплексом в постсинаптической зоне, что объясняет его влияние на LTD. Комплекс, состоящий из покрытой клатрином ямки под частью AMPAR-содержащей плазматической мембраны и взаимодействующих белков, является прямым механизмом восстановления AMPAR, в частности рецепторов, содержащих субъединицу GluR2 / GluR3, в синапсе. Взаимодействие с кальциневрином активирует активность динамина ГТФазы, позволяя клатриновой ямке вырезать себя из клеточной мембраны и становиться цитоплазматическим пузырьком. Как только клатриновая оболочка отслаивается, другие белки могут напрямую взаимодействовать с AMPAR, используя PDZ карбоксильные хвостовые домены; например, белок 1, взаимодействующий с глутаматным рецептором (GRIP1 ), вовлечен во внутриклеточную секвестрацию AMPAR. Затем внутриклеточные AMPAR сортируются на предмет деградации лизосомами или рециркуляции в клеточную мембрану. Для последнего PICK1 и PKC могут вытеснять GRIP1, чтобы возвращать AMPAR на поверхность, обращая эффекты эндоцитоза и LTD. при необходимости. Тем не менее, описанный выше кальций-зависимый динамин-опосредованный механизм был задействован как ключевой компонент LTD. и как таковые могут найти применение в дальнейших исследованиях поведения.
Рецепторы AMPA играют ключевую роль в возникновении и распространении эпилептических припадков. Каиновая кислота, судорожный агент, который широко используется в исследованиях эпилепсии, вызывает судороги, частично за счет активации рецепторов AMPA
Неконкурентные антагонисты рецепторов AMPA талампанел и перампанел продемонстрировал активность при лечении взрослых с парциальными припадками, что указывает на то, что антагонисты рецептора AMPA представляют собой потенциальную мишень для лечения эпилепсии. Перампанель (торговое название: Fycompa) получил одобрение Европейской Комиссией на получение регистрационного удостоверения для лечения частичной эпилепсии 27 июля 2012 г. Препарат был одобрен в США Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). 22 октября 2012 г. Как и в случае с наиболее недавно разработанными ПЭП, включая прегабалин, лакозамид и эзогабин, FDA рекомендовало классифицировать перампанел Управление по борьбе с наркотиками (DEA) как контролируемое лекарство. Он был обозначен как контролируемое вещество Списка 3.
Декановая кислота действует как неконкурентный антагонист рецептора AMPA в терапевтически релевантных концентрациях в зависимости от напряжения и субъединицы, и этого достаточно, чтобы объяснить ее противосудорожное действие. Это прямое ингибирование возбуждающей нейротрансмиссии декановой кислотой в головном мозге способствует противосудорожному эффекту триглицерида со средней длиной цепи кетогенной диеты. Декановая кислота и антагонист рецептора AMPA препарат перампанел действуют на разных участках рецептора AMPA, и поэтому возможно, что они оказывают совместное действие на рецептор AMPA, что позволяет предположить, что перампанел и кетогенная диета могут быть синергическими.
Доклинические исследования показывают, что некоторые производные ароматических аминокислот с антиглутаматергическими свойствами, включая антагонизм к рецепторам AMPA и ингибирование высвобождения глутамата, такие как 3,5-дибром-D-тирозин и 3,5-дибром-L-фенилалнин, обладают сильным противосудорожным действием у животных. модели, предполагающие использование этих соединений в качестве нового класса противоэпилептических препаратов.
