Glysiinireseptori on yksi runsaimmista keskushermoston estoreseptoreista , kvaternäärinen reseptoriproteiini , joka löytyy monien hermosolujen postsynaptisesta kalvosta , jonka ligandi on glysiini . Glysiinireseptorilla on tärkeä rooli estävässä signaalinsiirrossa keskushermostoon .
Glysiiniä , yhtä 20 välttämättömästä aminohaposta , käytetään nisäkkäiden hermostossa estävänä välittäjäaineena . Sen tehtävänä on aktivoida strykniinille herkkä glysiinireseptori (GlyR), joka sijaitsee postsynaptisella kalvolla. GlyR on nikotiiniasetyylikoliinireseptorien superperheen jäsen . Kaikki tämän ryhmän reseptorit ovat ionikanavia , jotka koostuvat yleensä viidestä alayksiköstä. Sitoutuessaan ligandiin ionit alkavat kulkea kanavan läpi, riippuen reseptorin tyypistä ja kalvogradientista, mikä muuttaa kalvopotentiaalia. Glysiiniin sitoutumisen jälkeen GlyR lisää kloridi - ionien tasoa kohdesolussa ja hyperpolarisoi siten kalvon. Strykniini, kouristeleva alkaloidi , estää glysiinin sitoutumisen GlyR:ään . Glysiinin taso hermokudoksessa ja näin ollen GlyR :n esiintyvyys on korkein ytimessä, ponnessa ja selkäytimessä. Esimerkiksi glysiinin avulla selkäytimen interneuronit ohjaavat ojentajalihasta kipurefleksin aikana , jolloin se rentoutuu. On myös ekstrasynaptisia GlyR:itä, jotka suorittavat useita muita toimintoja.
Koska GlyR kykenee sitoutumaan voimakkaasti strykniiniin, se oli ensimmäinen välittäjäainereseptoriproteiini , joka eristettiin nisäkkään keskushermostosta . Se on proteiini , jolla on kvaternäärinen rakenne ja joka koostuu viidestä kahden tyypin alayksiköstä, α ja β (suhde oli alun perin 3α:2β, mutta sen jälkeen se muutettiin muotoon 2α:3β). Ne ovat homologisia (aminohapposekvenssiltään samanlaisia) toistensa kanssa ja vähemmässä määrin muiden ionotrooppisten kanavien alayksiköiden kanssa. Alayksiköt ovat yhteydessä toisiinsa disulfidisillalla , jotka muodostavat pitkän molekyylin, joka kulkee solukalvon läpi useita kertoja. Jokainen GlyR-alayksikkö koostuu suuresta globulaarisesta ekstrasellulaarisesta domeenista (ECD), joka sijaitsee synaptisessa rakossa, joka on proteiinin N-pää, 4 transmembraaniosasta, solunsisäisestä silmukasta ja lyhyestä ekstrasellulaarisesta C-päästä. Alayksiköiden välissä (yhden transmembraanisen osan sisällä) on ionikanava, jolla on selektiivinen läpäisevyys anionien suhteen - ionit Cl ¯, Br ¯, I¯ ja joskus bikarbonaatti (kennossa se on pääasiassa Cl ¯)
On löydetty 4 geeniä , jotka koodaavat erilaisia a-alayksiköitä. Lisäerot rakenteessa johtuvat N-pään ja solunsisäisen silmukan osia koodaavien eksonien vaihtoehtoisesta silmukoitumisesta . Useimpia polypeptidiketjuja koodaavat geenin useat alueet, niin sanotut eksonit. Eksonit voivat muodostaa erilaisia yhdistelmiä, mikä johtaa mRNA:n muodostumiseen useille alayksikön isoformeille. Transkription aikana määritetään, mitä mRNA:n osia käytetään translaatioon. Osa eksoneista leikataan pois ja loput mRNA:n osat liitetään. Myös yhden alayksikön mRNA-muokkaustapaus tallennettiin. Eri α-alayksiköiden sekvenssi vastaa yli 80 %. Uskotaan, että niiden eri osat ovat vastuussa GlyR:n sitoutumisesta glysiiniin ja strykniiniin. Toistaiseksi vain yksi β-alayksiköitä koodaava geeni on löydetty nisäkkäistä. Niiden tehtävänä on kiinnittää GlyR kalvoon hydrofobisen osan ansiosta. β-alayksiköiden modifikaatio (normaalin alueen sisällä) ei vaikuta GlyR:n aktivaatioon ja sen vasteeseen. Mekanismeja, jotka vastaavat reseptorin kiinnittymisestä kalvoon ja sen translaation jälkeisistä modifikaatioista, ymmärretään huonosti. Uskotaan, että hiilivetyjen kiinnittäminen alayksiköiden N-päähän on välttämätöntä reseptorin kokoamiseksi ja sen sisällyttämiseksi kalvoon.
Koska reseptorin alayksiköiden sekvenssit ovat homologisia kaikissa ligandin ohjaamien ionikanavien ryhmään 1 kuuluvissa reseptoreissa, niillä on ilmeisesti yhteinen rakenteellinen organisaatio. Tämän perusteella voidaan todeta, että glysiini kiinnittyy reseptorin ECD:hen, viereisten alayksiköiden (+)- ja (-)-rajojen väliin ja sitoutuu molempien kohtiin. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että sekä α- että β-alayksiköillä on rooli glysiinin yhteydessä, ja niiden (-)-päissä olevat kohdat sitoutuvat glysiinin karboksyyliryhmään ja (+)-päissä - glysiinin karboksyyliryhmään. aminoryhmä. Heteromeerisilla (sekä α- että β-alayksiköistä koostuvilla) reseptorilla on usean tyyppisiä rajoja (rajapintoja) - βα, αβ ja ββ, ja niillä on erilainen kyky sitoutua glysiiniin ja strykniiniin. Koska alkaloidilla on samanlainen, mutta ei identtinen sitoutumiskuvio GlyR:n kanssa, se suosii βα-rajapintoja, kun taas glysiini sitoutuu myös αβ-rajapintaan. ββ-rajapinnasta ei ole luotettavaa tietoa.
Koska etäisyys GlyR:n ligandiin sitoutumiskohtien ja sen sen osan välillä, jossa ionikanava sijaitsee, on pieni, muutosten proteiinin konformaatiossa glysiiniin sitoutumisen yhteydessä pitäisi vaikuttaa kanavan avautumiseen. Tämän tarkkaa mekanismia ei tunneta, vaikka homologisten reseptorien EAP tunnetaan hyvin. On kuitenkin ehdotuksia, että muutokset molekyylin konformaatiossa johtavat ECD-rajapintojen ja transmembraanialueita yhdistävien silmukoiden vuorovaikutukseen, jonka seurauksena kanava avautuu. Sen jälkeen Cl¯- ionit tulevat soluun, kalvo hyperpolarisoituu ja tarvitaan lisää signaaleja kiihottavalta hermosolulta, jotta neuronilla olisi impulssi.
Muutokset synapsien tehokkuudessa solujen aktiivisuudesta riippuen ovat suuressa roolissa korkeammassa hermostossa. Esimerkiksi useiden toistuvien signaalien jälkeen presynaptisesta solusta Ca 2+ -taso kohdesolussa nousee ja ilmeisesti tämän vuoksi kalvossa sijaitsevien GlyR:ien määrä kasvaa. Tämän avulla voit lisätä solun estoa. GlyR:n määrä kalvossa riippuu niiden eksosytoosista - liittymisestä kalvoon, ankkuroitumisesta sinne hyferiiniproteiinin avulla ja endosytoosista endosomeihin . Sytoplasmassa sijaitsevat proteiinin osat ovat vastuussa tästä . Postsynaptisen kalvon reseptorit eivät ole liikkumattomia, vaan ovat eräänlaisessa dynaamisessa tasapainossa, minkä ansiosta ne pääsevät helpommin takaisin sytoplasmaan.
GlyR a-alayksikkögeenien ilmentyminen riippuu hermosolun sijainnista ja vaihtelee myös eri kehitysjaksoissa. Esimerkiksi α1-mRNA:ta ja proteiinia löytyy aikuisilla selkäytimestä, aivoista ja sauvasoluista, kun taas α2-tasot ovat korkeimmat syntymähetkellä, ja aikuisilla α2:ta löytyy vain pieniä määriä aivotursosta, aivokuoresta ja talamuksesta. . β-alayksiköt ovat laajalti jakautuneet nisäkkäiden keskushermostoon sekä ennen syntymää että sen jälkeen. Aikuisen keskushermoston glysiini on ensisijaisesti inhiboiva välittäjäaine, kun taas alkioissa se on kiihottavaa. Tämä on mahdollista johtuen siitä, että alkioissa Cl¯-pitoisuus solussa on korkeampi kuin ulkoisessa ympäristössä, joten GlyR aiheuttaa kalvon depolarisaatiota kanavan avautuessa. Tämä GlyR:n kiihottava toiminto on tärkeä synapsien syntymiselle. Synnytyksen jälkeisissä ensimmäisissä vaiheissa K+/Cl¯-kuljettajan toiminnasta johtuen Cl¯:n pitoisuus solussa laskee ja GlyR suorittaa jo hyperpolarisoivaa toimintaa.
Glysiinin lisäksi aminohapolla tauriinilla on myös estävä rooli suhteessa hermosoluihin . Kortikaalisolut erittävät sitä ekstrasynaptisesti alkion synnyn aikana, ja sen on osoitettu vaikuttavan sen kehitykseen α2-alayksiköitä sisältävien ekstrasynaptisten GlyR-solujen kautta. Kävi ilmi, että heidän avullaan tauriini säätelee sauvojen määrää kehittyvässä verkkokalvossa . Vaikka useimmat hermosolut kommunikoivat keskenään synapsien kautta, on, kuten tässä tapauksessa, ekstrasynaptisia reseptoreita. Ilmeisesti niiden tavoitteena on havaita suhteellisen heikko, ei-kohdennettu signaali tilanteessa, jossa välittäjäaine vapautuu ei-vesikulaarisesti ja/tai välittäjäaineen diffuusion aikana viereisistä synapseista . Joten on mahdollista, että α2-alayksiköistä koostuvan GlyR:n läsnäolo talamuksessa ja hippokampuksessa voi olla tarpeen hermosolujen heikolle (tonisoivalle) estämiselle tauriinilla.
Vaikka yleisesti ottaen erot GlyR-isoformien välillä ovat pieniä, niillä on erilaisia rooleja nisäkkään kehossa, kuten verkkokalvotutkimukset ovat osoittaneet . Glysiini synapseilla on tärkeä rooli verkkokalvon valon havaitsemisessa. Eri α-alayksiköiden (α1, α2, α3) GlyR:t ovat läsnä eri verkkokalvon soluissa, ja vaikka ne voivat esiintyä samassa kerroksessa, on todistettu, että niiden todennäköisyys olla samassa synapsissa on alle 10 %. Joten yhdessä synapsissa on yksi GlyR-tyyppi, ja ilmeisesti ne suorittavat erilaisia toimintoja verkkokalvossa.
Strykniinimyrkytyksen fysiologisia oireita ovat motoristen hermosolujen , sensoristen hermosolujen jatkuva kiihtyminen ja yleinen kivun tunne . Selkäytimen dorsaalisessa sarvessa sensoriset neuronit muodostavat synapsseja interneuronien kanssa, ensisijaisen kivunkäsittelykeskuksen, jossa estohermosolujen verkosto säätelee signaalin siirtymistä edelleen aivoihin. Joten strykniini, joka estää GlyR:n, lisää suuresti kipua. GlyR:n stimulaatio voi lievittää kipua, ja tämä on jatkotutkimuksen aihe kivunhallinnan ja anestesian alalla.
Huolimatta siitä, että erilaiset GlyR:t ovat osa eri järjestelmiä ja suorittavat erilaisia tehtäviä, on silti vaikeaa määrittää niiden erilaisten jakautumismallien fysiologisia seurauksia spesifisten antagonistien (reseptoria salpaavien aineiden) puutteen vuoksi. Jotkut vaikuttavat yhteen alatyyppiin enemmän kuin toiseen, mutta ne eivät ole lainkaan erityisiä.
Äskettäin on havaittu, että GlyR-alayksiköiden tiettyjen alueiden ja kannabinoidireseptorien ligandien kanssa vuorovaikutteisten alueiden välillä on päällekkäisyyksiä. Todellakin, tietyntyyppiset kannabinoidit estävät glysiinin aiheuttamia synaptisia virtoja korkeina pitoisuuksina. Mielenkiintoista on, että alhaisella glysiinin pitoisuudella kannabinoidit päinvastoin lisäävät virtaa. Ehkä tulevaisuudessa kannabinoideja käytetään nukutusaineena (nyt niitä käytetään kannabinoidireseptoreiden yhteydessä).
Anestesian mahdollisuus GlyR:n luomien virtojen vahvistumisen vuoksi on nykyajan lääketieteen tärkeä tavoite. On olemassa useita anestesia-aineita, jotka vaikuttavat tähän reseptoriin, ja vaikka niiden tarkka vaikutusmekanismi on epäselvä, oletetaan, että ne kiinnittyvät kahteen vierekkäiseen transmembraaniseen osaan. Heihin voi myös vaikuttaa alkoholi .
Viime vuosina löydetyt GlyR:n rakenteen ja toiminnan ominaisuudet ovat mahdollistaneet merkittävän edistyksen siihen liittyvien sairauksien hoidossa. Esimerkiksi koe suoritettiin hiirillä, joilla oli geenimutaatio yhdessä GlyR-alayksiköstä, joka aiheuttaa hyperekspleksiaa . Tämän taudin oireita ovat jatkuva kehon vapina ja lisääntynyt refleksivaste ulkoisiin ärsykkeisiin (ääni, kosketus jne.). Ne voidaan poistaa käsittelemällä pienellä annoksella positiivista modulaattoria propofolia, jota voidaan ilmeisesti käyttää myös hyperekpleksiasta kärsivien ihmisten hoitoon.
Mahdollisuus tehostaa GlyR:n vastetta parani entisestään, kun tutkittiin Zn 2+ -kationin vaikutusta siihen . Pienet pitoisuudet lisäävät Cl¯-virtaa, kun taas suuret pitoisuudet aiheuttavat kilpailevaa estoa. Koska Zn 2+ :aa käytetään jo joissakin synapseissa välittäjäaineen mukana vapautuvana signaalin vahvistajana, on tärkeää tutkia sen mahdollisuuksia soveltaa sitä lääketieteessä. Mielenkiintoista on, että koko ionotrooppisten reseptorien perheestä GlyR on ainoa, jolla ei ole metabotrooppista analogia. Huolimatta GlyR:n ja G-proteiinin sitoutumisen puutteesta, G-proteiinin γ-alayksikkö voi moduloida reseptoria. Tämä lisää ionivirtaa tämän kanavan läpi ja aikaa, kun ionikanava on auki. Tätä tosiasiaa voidaan myös käyttää edelleen parantamaan GlyR-vastetta signaaliin.
Kuten jo mainittiin, strykniini, jonka annos on pienempi kuin tappava, aiheuttaa liikkumisongelmia, lihasten vapinaa, aistien, mukaan lukien kipureseptorien, stimulaatiota, näkö- ja kuulohalusinaatioita ja suurina annoksina vakavia kouristuksia. Polypeptidiketjujen geenien mutaatiot johtavat myös dysmotiliteettiin ja ylireaktioon uuteen signaaliin (hyperopleksia). Lisäksi sairaudet, kuten autismi , viruksen aiheuttama dementia (dementia) ja epilepsia , voivat liittyä GlyR:n heikentyneeseen toimintaan .
GlyR on tärkeä reseptori, joka osallistuu nisäkkään keskushermoston eri osiin, ja sillä on monia piirteitä ionotrooppisten reseptorien ryhmästä, johon se kuuluu, ja samalla sen erityisiä eroja rakenteessa ja toiminnoissa. Vaikka sen isoformit eivät ole yhtä erilaisia kuin muiden inhiboivien reseptorien isomuodot, sen alatyyppien rakenteen ja sijainnin erot antavat niille mahdollisuuden suorittaa erilaisia tehtäviä. Ne eivät ainoastaan välitä signaalia sensorisista hermosoluista motorisiin hermosoluihin, vaan osallistuvat myös kivun havaitsemiseen, valosignaalien välittämiseen ja hermoston kehitykseen. Yleensä tähän mennessä sitä on tutkittu riittävästi, mutta paljon on vielä tutkimatta. GlyR-ominaisuuksien tutkiminen on erittäin tärkeää nisäkkäiden fysiologialle ja lääketieteelle. Jo nyt jäljitetään menetelmiä, joilla GlyR-isoformien keskushermostoon voidaan määrittää erilaisia toimintoja ja sen aktiivisuuden säätelymekanismeja.