Обратный захват - Reuptake
Пересообразительности являются реабсорбцией в нейромедиатора с помощью нейромедиатора транспортера , расположенного вдоль плазматической мембраны из с аксона (т.е. пра-синаптические нейроны в синапсе) или глиальные клетки после того, как он выполнил свою функцию передачи нервного импульса .
Обратный захват необходим для нормальной синаптической физиологии, поскольку он позволяет рециркулировать нейротрансмиттеры и регулирует уровень нейромедиатора, присутствующего в синапсе, тем самым контролируя, как долго длится сигнал, возникающий в результате высвобождения нейротрансмиттера. Поскольку нейротрансмиттеры слишком велики и гидрофильны для диффузии через мембрану, для реабсорбции нейротрансмиттеров необходимы специфические транспортные белки . Было проведено много исследований, как биохимических, так и структурных, чтобы получить подсказки о механизме обратного захвата.
Белковая структура
Первая первичная последовательность белка обратного захвата была опубликована в 1990 году. Методика определения последовательности белка основывалась на очистке, секвенировании и клонировании рассматриваемого белка-переносчика или на стратегиях клонирования экспрессии, в которых транспортная функция использовалась в качестве анализа кДНК. вид, кодирующий этого транспортера. После разделения выяснилось, что между двумя последовательностями ДНК есть много общего. Дальнейшие исследования в области белков обратного захвата показали, что многие из транспортеров, связанных с важными нейротрансмиттерами в организме, также очень похожи по последовательности на транспортеры ГАМК и норэпинефрина. Члены этого нового семейства включают переносчики дофамина , норэпинефрина , серотонина , глицина , пролина и ГАМК . Они были названы Na + / Cl - зависимые нейротрансмиттеров транспортеров. Зависимость от натрия и хлорид- иона будет обсуждаться позже в механизме действия. Используя общие черты последовательностей и анализ графиков гидропатии, было предсказано, что в «классическом» семействе транспортеров имеется 12 гидрофобных участков, охватывающих мембрану. В дополнение к этому, N- и C-концы существуют во внутриклеточном пространстве. Все эти белки также имеют протяженную внеклеточную петлю между третьей и четвертой трансмембранными последовательностями. Эксперименты по сайт-ориентированной химической маркировке подтвердили предсказанную топологическую организацию переносчика серотонина.
Помимо переносчиков нейротрансмиттеров, у многих других белков как у животных, так и у прокариот были обнаружены сходные последовательности, что указывает на более крупное семейство нейротрансмиттеров: натриевые симпортеры (NSS). Один из этих белков, LeuT, из Aquifex aeolicus , был кристаллизован Yamashita et al. с очень высоким разрешением, выявляя молекулу лейцина и два иона Na + , связанных около центра белка. Они обнаружили, что трансмембранные (TM) спирали 1 и 6 содержат развернутые сегменты в середине мембраны. Наряду с этими двумя спиралями, TM-спирали 3 и 8 и области, окружающие размотанные участки 1 и 6, образовывали сайты связывания субстрата и ионов натрия. Кристаллическая структура выявила псевдосимметрию в LeuT, в которой структура спиралей TM 1-5 отражена в структуре спиралей 6-10.
В белке имеется внеклеточная полость, в которую выступает спиральная шпилька, образованная внеклеточной петлей EL4. В TM1 аспартат отличает переносчики NSS моноаминов от переносчиков аминокислот, которые содержат глицин в том же положении. Внешние и внутренние «ворота» приписывались парам отрицательно и положительно заряженных остатков во внеклеточной полости и вблизи цитоплазматических концов спиралей ТМ 1 и 8.
Механизм действия
Классические белки-переносчики используют трансмембранные ионные градиенты и электрический потенциал для транспортировки нейротрансмиттера через мембрану пресинаптического нейрона. Типичные транспортеры нейротрансмиттера натрия симпорта (NSS), которые зависят от ионов Na + и Cl - , используют преимущества градиентов Na + и Cl - , направленных внутрь через мембрану. Ионы текут вниз по своим градиентам концентрации, что во многих случаях приводит к трансмембранному перемещению заряда, которое усиливается мембранным потенциалом. Эти силы втягивают субстрат нейротрансмиттера в клетку даже против его собственного градиента концентрации. На молекулярном уровне ионы Na + стабилизируют связывание аминокислот на участке субстрата, а также удерживают переносчик в открытой наружу конформации, которая обеспечивает связывание субстрата. Предполагается, что роль иона Cl - в механизме симпорта заключается в стабилизации заряда симпортируемого Na + .
После того, как произошло связывание иона и субстрата, должно произойти некоторое изменение конформации. Из конформационных различий между структурой TM 1-5 и TM 6-10, а также из идентификации пути проникновения субстрата между сайтом связывания SERT и цитоплазмой , был предложен механизм конформационного изменения, в котором четыре -спиральный пучок, состоящий из TM 1, 2, 6 и 7, меняет свою ориентацию в остальной части белка. Структура LeuT в открытой внутрь конформации впоследствии продемонстрировала, что основной компонент конформационного изменения представляет собой движение пучка относительно остальной части белка.
Механизм ингибирования обратного захвата
Основная цель ингибитора обратного захвата состоит в том, чтобы существенно снизить скорость реабсорбции нейромедиаторов в пресинаптическом нейроне, увеличивая концентрацию нейромедиатора в синапсе. Это увеличивает связывание нейромедиатора с пре- и постсинаптическими рецепторами нейромедиаторов. В зависимости от рассматриваемой нейронной системы ингибитор обратного захвата может оказывать сильное влияние на познание и поведение. Неконкурентное ингибирование бактериального гомолога LeuT трициклическими антидепрессантами является результатом связывания этих ингибиторов во внеклеточном пути проникновения. Однако конкурентный характер ингибирования транспорта серотонина антидепрессантами предполагает, что в переносчиках нейромедиаторов они связываются в сайте, перекрывающем сайт субстрата.
Человеческие системы
Horschitz et al. исследовали селективность ингибитора обратного захвата среди белка обратного захвата серотонина крысы (SERT), экспрессированного в эмбриональных клетках почки человека (HEK-SERT). Они представили SERT с различными дозами циталопрама ( SSRI ) или дезипрамина (ингибитор белка обратного захвата норэпинефрина, NET). Изучая кривые доза-ответ (используя нормальную среду в качестве контроля), они смогли количественно определить, что циталопрам действовал на SERT как SSRI, а дезипрамин не влиял на SERT. В отдельном эксперименте Horschitz et al. подвергался воздействию HEK-SERT с циталопрамом на длительной основе. Они заметили, что длительное воздействие приводит к понижению регуляции сайтов связывания. Эти результаты предполагают некоторый механизм долгосрочных изменений пресинаптического нейрона после лекарственной терапии. Horschitz et al. обнаружили, что после удаления циталопрама из системы нормализовались уровни экспрессии сайта связывания SERT.
Было высказано предположение, что депрессия является результатом снижения уровня серотонина в синапсах, хотя эта гипотеза подвергалась сомнению еще с 1980-х годов. Первоначально это было подтверждено успешным уменьшением депрессивных симптомов после приема трициклических антидепрессантов (таких как дезипрамин) и СИОЗС. Трициклические антидепрессанты подавляют обратный захват серотонина и норэпинефрина, воздействуя как на SERT, так и на NET. СИОЗС избирательно подавляют обратный захват серотонина, воздействуя на SERT. Конечный результат - повышенное количество серотонина в синапсе, что увеличивает вероятность того, что серотонин будет взаимодействовать с рецептором серотонина постсинаптического нейрона. Существуют дополнительные механизмы, с помощью которых должна происходить десенсибилизация серотониновых ауторецепторов , но конечный результат тот же. Это увеличивает передачу сигналов серотонина, который, согласно гипотезе, повышает настроение и, таким образом, снимает симптомы депрессии. Это предположение об антидепрессивном механизме ингибиторов обратного захвата серотонина не учитывает временной ход терапевтического эффекта, который занимает от нескольких недель до месяцев, в то время как ингибирование переносчика по существу происходит немедленно.
Чистый эффект от употребления амфетамина (AMPH) - увеличение дофамина, норэпинефрина и серотонина в синапсах. Было показано, что АМФГ действует на рецептор 1, связанный с следами аминов (TAAR1), вызывая ингибирование оттока и обратного захвата переносчиков серотонина, норэпинефрина и дофамина . Этот эффект требует, чтобы транспортер и TAAR1 были совместно локализованы (происходили вместе) в одном нейроне.
Нейропротекторная роль
Астроциты, похоже, используют механизмы обратного захвата для нейропротекторной роли. Астроциты используют возбуждающий переносчик аминокислот 2 (EAAT2, он же GLT-1) для удаления глутамата из синапса. Мыши с нокаутом EAAT2 были более предрасположены к летальным и спонтанным припадкам и острым повреждениям коры головного мозга. Эти эффекты могли быть связаны с повышенными концентрациями глутамата в мозге мышей с нокаутом EAAT2, проанализированных посмертно.