Кіріспе
Глютамат рецепторлары - негізінен нейрондық және глиальды жасушалардың мембраналарында орналасқан синапты және синапты емес рецепторлар. Глутамат (глутамин қышқылының конугат негізі) адам ағзасында көп, бірақ әсіресе жүйке жүйесінде және әсіресе адам миында ерекше орын алады, онда ол дененің ең көрнекті нейротрансмиттері, мидың негізгі қоздырғышты нейротрансмиттері және сонымен қатар мидың басты ингибиторлық нейротрансмиттері GABA-ның алдын алашысы. Глутаматтың нейротрансмиттер екендігі алғаш рет 1960 жылдардың басында жәндіктер зерттеуінде анықталды. Глютаматты ми сонымен қатар сүтқоректілердің орталық жүйке жүйесінің басты ингибиторлық нейротрансмиттері GABA (γ Аминмаз қышқылы) синтездеу үшін пайдаланады. ГАМК жүйке жүйесіндегі нейрондық қоздырғышты реттеуде рөл атқарады және сонымен қатар адамдардағы бұлшықет тонусын реттеуге тікелей жауапты.
Glutamate receptors are synaptic and non synaptic receptors located primarily on the membranes of neuronal and glial cells. Glutamate (the conjugate base of glutamic acid) is abundant in the human body, but particularly in the nervous system and especially prominent in the human brain where it is the body's most prominent neurotransmitter, the brain's main excitatory neurotransmitter, and also the precursor for GABA, the brain's main inhibitory neurotransmitter. Glutamate was initially discovered to be a neurotransmitter in insect studies in the early 1960s. Glutamate is also used by the brain to synthesize GABA (γ Aminobutyric acid), the main inhibitory neurotransmitter of the mammalian central nervous system. GABA plays a role in regulating neuronal excitability throughout the nervous system and is also directly responsible for the regulation of muscle tone in humans.
Глютамат рецепторлары
сүтқоректілердің глутамат рецепторлары олардың фармакологиясына байланысты жіктеледі. Алайда, басқа организмдердегі глютамат рецепторларының фармакологиясы әртүрлі, сондықтан бұл жіктелімдер дұрыс емес. Глютамат рецепторларының негізгі функцияларының бірі - синапстық пластикалық жүйені реттеу, бұл жады мен білім алу үшін маңызды деп саналатын мидың қасиеттері. Метаботроптық және ионотроптық глутамат рецепторларының екеуінің де синаптық пластикалық қасиеттеріне әсері бар екені дәлелденді. Постсинаптикалық жасушадағы ионотроптық глутамат рецепторларының санының өсуі немесе азаюы осы жасушаның ұзақ мерзімді потенциациясына немесе ұзақ мерзімді депрессиясына әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, метаботроптық глутамат рецепторлары екінші хабаршы жүйелер арқылы постсинаптикалық белок синтезін реттеу арқылы синаптық пластикті модуляциялауы мүмкін. Зерттеулер көрсеткендей, глутамат рецепторлары орталық жүйке жүйесінің глиальды жасушаларында, сондай-ақ нейрондарда бар. Бұл глутамат рецепторлары глиальды жасушаларда ген экспрессиясын модуляциялауда, ми дамуындағы глиальды прекурсор жасушаларының көбеюі мен дифференциациясы кезінде және жетілген глиальды жасушаларда рөл атқарады деп болжанады. Глутамат рецепторлары орталық жүйке жүйесіндегі нейротрансмиттер глютаматтың әсерін жеңілдетуге қызмет етеді. Бұл рецепторлар қоздырғышты синапстық берілу, синапстық пластикалық және нейрондық дамуда маңызды рөл атқарады. Олар оқу, есте сақтау және нейрондық байланыс сияқты функциялар үшін өте маңызды. Глутамат рецепторларының әр түрлі субтиптері, мысалы NMDA (N метил D аспартат), AMPA (α амино 3 гидрокси 5 метил 4 изоксазолпропион қышқылы) және каинатты рецепторлардың синапстық берілу мен пластикалық қасиеттерінде ерекше рөлдері бар. 1. Жасырын NMDA (N метил D аспартат) рецепторлары: Бұл рецепторлар синапты пластикалық, оқу және есте сақтау процестеріне қатысады. Олар бірегей, өйткені олар белсенді болу үшін глютамат пен коагонист глицинді қажет етеді, сондай-ақ олар кернеуге тәуелді, яғни постсинаптикалық мембрана depolarized болған кезде ғана ашылады. NMDA рецепторлары кальций иондарына өткізгіш, бұл синапстық күштің өзгеруіне әкелетін жасушааралық сигналды жолдарды іске қосуы мүмкін. Бұдан басқа, NMDA рецепторы арқылы Ca2+ ағымдары тек мембраналық потенциалды ғана емес, маңызды екінші хабаршы жүйесі ретінде әрекет етеді. NMDAR-дың ерекше динамикасы оған нейрондық кездейсоқтық детекторы ретінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді, ал NMDAR Ca2+ ағымдары синапты пластикалық (LTP және LTD) және жалпы оқыту мен есте сақтау үшін маңызды. Шымпанзелер мен адамдар арасындағы GluR гендерінің оқу кадрлары мен шұжық орындарының сақталуы толық, бұл адамдар шимпанзелердің жалпы ата-бабасынан бөлініп кеткеннен кейін ешқандай күрделі құрылымдық өзгерістер болмағандығын көрсетеді. Алайда GRIN3A-да D71G және GRIN3B-да R727H екі адамда кездесетін "тұрақты" аминокислоталық алмастырулардың адам миының қызметімен ерекше байланысты болуы мүмкін.
Құрылымы, механизмі және қызметі
Глютамат рецепторлары негізінен орталық жүйке жүйесінде болады. Бұл рецепторлар постсинаптикалық жасушалардың дендриттерінде кездеседі және пресинаптикалық жасушалар синаптикалық ойыққа шығарған глутаматқа байланады. Олар сондай-ақ астроциттерде де, олигодендроциттерде де кездеседі. Блокты сыртқа ағынды токпен жою керек болғандықтан, NMDA рецепторлары AMPA рецепторлары өндіретін EPSC-ге жүгінеді. NMDA рецепторлары Ca2+ - ге өткізгіш, бұл жүйке жүйесіндегі маңызды катион және гендік реттеумен байланысты. Ca2+ ағыны NMDA рецепторлары арқылы ұзақ мерзімді потенциация (синапс тиімділігінің LTP) және ұзақ мерзімді депрессияны (LTD) сигнал каскадтарын аудару және ген экспрессиясын реттеу арқылы тудырады деп есептеледі.
Метаботроптық
G протеинді жұпталған рецепторлардың C суботұрамына жататын метаботроптық глутамат рецепторлары үш топқа бөлінеді, барлығы сегіз субтип (сүтқоректілерде; бұл көпшілік организмдерде міндетті түрде емес). mGluR- лар үш бөлек аймақтан тұрады: клетка сыртындағы аймақ, трансмембраналық аймақ және клетка ішіндегі аймақ. Ұяшық сыртындағы аймақ глютаматты байлайтын Венера құс аулау (VFT) модулі мен лигандты байлаудан туындаған конформациялық өзгерістерді VFT модулінен трансмембраналық аймаққа жеткізуде рөл атқарады деп есептелетін цистеинге бай доменнен тұрады. Осыған байланысты mGluRs постсинаптикалық клетканың қозғылмалылығын арттыра немесе азайта алады, осылайша көптеген физиологиялық әсерлерге әкеледі.
Орталық жүйке жүйесінен тыс
Глутамат рецепторлары тамақтың дәмін сезіну үшін жауапты деп саналады. Бұл процеске GPCR- ның метаботроптық глутамат рецепторларымен бірдей класына жататын T1R отбасының дәм рецепторлары қатысады. Сонымен қатар, mGluRs, сондай-ақ нейрондық жасушалардағы ионотроптық глутамат рецепторлары дәмді түйіндерде табылған және олар умами дәмін сезінуге ықпал етуі мүмкін. Көптеген ионотроптық глутамат рецепторларының кіші бірліктері жүрек тінінде экспрессияланады, бірақ олардың нақты қызметі әлі белгісіз. Батыстық және солтүстік блоттар iGluR- лардың жүрек тінінде бар екенін растады. Иммуногистохимия iGluR- ларды жүрек нерв терминалдарына, ганглияларға, өткізгіш талшықтар мен кейбір миокардиоциттерге орналастырды. Глютамат рецепторлары (жоғарыда айтылғандай) сонымен қатар без без безінің аралша жасушаларында да экспрессияланады. АМФА iGluR- лар қуыста инсулин мен глюкагонның бөлінуімен реттеледі, бұл қант диабетін глутамат рецепторларының антагонисттері арқылы емдеу мүмкіндігін ашады. Терідегі миелинсіз ұсақ сезімтал жүйке түйіндері де NMDA және NMDA емес рецепторларды экспресс жасайды. Түстерде рецептор блоктарын тері астына енгізу формалинге байланысты қабынудан теріге анальгетикалық әсерін тигізді, бұл терідегі перифериялық глутамат рецепторларын ауырсынуды емдеуге бағытталған мүмкіндіктерді арттырды.
Жалпы клиникалық әсерлері
Төменде нақты медициналық жағдайлар мен симптомдар қарастырылады.
Глютамат рецепторлары мен олардың кіші бірлік гендерімен аутоиммундық және антиденелік өзара әсерлесулер
Түрлі неврологиялық аурулар глютамат рецепторларымен немесе олардың кіші бірлік гендерімен байланысты антителолар немесе автоантиген белсенділігімен бірге жүреді (мысалы, Расмуссен энцефалиті кезінде GluR3, ал отбасылық емес olivopontocerebellar дегенерация кезінде GluR2). 1994 жылы GluR3 Расмуссен энцефалитіне аутоантиген ретінде әсер ететіндігі анықталды, бұл жағдайдың негізін аутоиммундық белсенділік құрауы мүмкін деген болжамдарға әкелді. Мұндай нәтижелер глютамат рецепторлары мен аутоиммундық өзара іс-қимылдар арасындағы байланыстарды "ұсындайды" және кейбір дегенеративтік ауруларда маңызды болуы мүмкін,
Экситотоксикалық әсері
Глютамат рецепторларының шамадан тыс ынталандыруы экзитотоксикация деп аталатын процесс арқылы нейродегенерация мен нейрондық зақымдануға әкеледі. Глутамат рецепторларына әсер ететін экситотоксиндер немесе глютамат рецепторларының шамадан тыс мөлшері, глютамат рецепторларының белсенділігі (осылайша NMDARs) жоғары, бұл кальций иондарының (Ca2+) жоғары деңгейінің постсинаптикалық жасушаға түсуіне әкеледі. Жоғары Ca2+ концентрациясы протеазалар, липазалар, азот оксиді синтезасы және көптеген ферменттер қатысатын жасушалардың ыдырауы процестерінің каскадын белсендіреді, олар жасуша құрылымына зиян келтіреді, көбінесе жасуша өлімінің нүктесіне дейін. Глутамат рецепторларына әсер ететін экзитотоксиндерді жеу немесе оларға әсер ету экзитотоксиндік әсерді тудырады және орталық жүйке жүйесіне уытты әсер етеді. Бұл жасушалар үшін проблемаға айналады, өйткені ол жасушалардың өліміне оң әсер етеді. Глютамат рецепторларының шамадан тыс ынталандыруынан туындаған глютамат экситотоксикациясы да жасушааралық тотықтырғыш стресске ықпал етеді. Проксималды глиальды жасушалар цистинді жасушаға, ал глутаматты одан шығаруға цистин/глутамат антипортерін (xCT) қолданады. Ұяшық сыртындағы глютаматтың шамадан тыс концентрациясы xCT- ні кері айналдырады, сондықтан глиальды жасушаларда антиоксидант глютатионды (GSH) синтездеу үшін цистин жеткіліксіз болады. GSH жетіспеушілігі глиальды жасушаларды зақымдап, өлтіретін реактивті оттегі түрлерінің (ROS) пайда болуына әкеледі, содан кейін олар клеткадан тыс глутаматты қайта қабылдай алмайды және өңдей алмайды. Бұл - глютаматтың экситотоксикалық әсеріне тағы бір оң әсер. Сонымен қатар, Ca2+ концентрациясының жоғарылауы азот оксиді синтезасын (NOS) және азот оксиді (NO) синтезінің жоғарылауын белсендіреді. NO жоғары концентрациясы митохондрияға зақым келтіреді, бұл энергияның кемуіне әкеледі және нейронға оксидациялық стресс береді, өйткені NO - ROS.
Нейродегенерация
Травматикалық ми зақымдануы немесе церебральдық ишемия (мысалы, ми инфаркты немесе қан кету) жағдайында экзитотоксикациядан туындаған жедел нейродегенерация проксимальды нейрондарға екі процесс арқылы таралуы мүмкін. Гипоксия мен гипогликемия биоэнергетикалық сәтсіздікке әкеледі; митохондриялар АТФ энергиясын өндіруді тоқтатады. Na+/K+ АТФаза плазмалық мембранада натрий/калий иондарының концентрация градиенттерін ұстай алмайды. Na+/K+ градиентін пайдаланатын глютамат тасымалдаушылар (EAAT) зардап шеккен нейрондар мен астроциттерде глютамат тасымалдауды (эффлюс) кері айналдырады және деполяризация глютаматтың синаптық босалуын төмен қарай арттырады. Сонымен қатар, лизис немесе апоптоз арқылы жасушаның өлімі цитоплазмалық глутаматты жарылған жасушадан тыс бөліп шығарады. Глутаматты босатудың бұл екі түрі үздіксіз экзитотоксикалық жасуша өліміне және клеткадан тыс глютамат концентрациясының одан әрі артуына әкеледі. Глютамат рецепторларының экзитотоксикалық маңыздылығы оны көптеген нейрогенеративтік аурулармен байланыстырады. Экситотоксиндерге, қартаюға, туа біткен бейімділікке және ми жарақатына ұшыраған жағдайлар глютамат рецепторларының белсендірілуін және содан кейінгі экзитотоксикалық нейродегенерацияны тудыруы мүмкін. Орталық жүйке жүйесінің зақымдануы көптеген ауруларға байланысты симптомдарды таратып береді.
Глутамат рецепторларына әсері бар аурулар
Адамдағы бірқатар аурулар глютамат рецепторлары гендерінің генетикалық мутацияларымен немесе глютамат рецепторлары немесе олардың гендерімен автоантиген / антитело өзара әрекеттесуімен дәлелденген. Глутамат рецепторлары мен реттеудің бұзылуы (әсіресе, глютамат деңгейінің жоғарылауына әкелетіндер) - экзитотоксикацияның (жоғарыда сипатталған) бір себебі, ол өз кезегінде белгілі бір нейродегенеративті жағдайларға байланысты немесе байланысты, мұнда мидың нейрондық жасушаларының өлімі немесе бұзылуы уақыт өте келе пайда болады. Глютамат рецепторларының ишемия / инсульт, ұстамалар, Паркинсон ауруы, Хантингтон ауруы, ауырсыну, тәуелділік және ADHD және аутизммен байланысы бар екені анықталды. Көп жағдайда бұл салалар әлі де зерттеулер жүргізіліп жатыр.
Ауырсыну
Гипералгезия тікелей омыртқадағы NMDA рецепторларымен байланысты. Клиникалық жағдайда қолданылатын NMDA антагонисттері елеулі жанама әсерлерге әкеледі, бірақ интратекальдық қолдануда көбірек зерттеулер жүргізілуде. Сенімсіз дереккөз: дата=август 2019
Көңіл- жігерінің төмендігімен гиперактивтілік бұзылуы (КЖББ)
2006 жылы ГРИН2В глютамат рецепторларының кіші бірлігі (еске сақтау мен үйренудегі негізгі функцияларға жауапты) ГДҚ-мен байланысты болды. Бұл бұрын ГЛУТАМАТ модуляциясы мен гиперактивтілік арасындағы байланысты көрсеткен зерттеулердің (2001) қорытындысы бойынша, кейін ГЛУТАМАТТЫ КӨТКЕРУ процесінің бір бөлігін кодтайтын SLC1A3 еріген тасымалдаушы генінің арасында 5- хромосомаға (5p12) картаға түсірілген, бірнеше ГДСТ геномдық сканерлеуде байқалған. 4105 басқа бақылау топтарына қарағанда, 4 түрлі метаботроптық глутамат рецепторлары гендерінің 4 мутациясы ТДШ- мен ауыратын 1013 балада жүргізілген зерттеуде анықталды, бұл зерттеу 2500 науқаста жүргізілген кейінгі зерттеуде қайталанды. GRM1, GRM5, GRM7 және GRM8 өшірулер мен қайталауларға әсер етті. Зерттеу нәтижесінде "метаботроптық глутамат рецепторлары гендеріне әсер ететін CNV барлық топтарда (P = 2,1 × 10−9) байытылған", "глютамат рецепторларымен өзара әрекеттесетін 200-ден астам гендер [ ] CNV-ге әсер етті", " (қатерлі гендер) желісінің негізгі хабтарына TNIK50, GNAQ51 және CALM кіреді" және "ҚДШТ-мен ауыратын балаларда осы гендердің өзгеруі мүмкін екендігі, ГРМ жолының ADHD-да маңызды екендігі туралы бұрынғы дәлелдерді нығайтады".
Аутизм
Аутизмнің этиологиясына глютаматергиялық механизмдердің шамадан тыс болуы да жатады. Кішігірім зерттеулерде мемантин аутистік балалардағы тілдік функцияларды және әлеуметтік мінез-құлықты айтарлықтай жақсартатыны дәлелденді. Аутизм спектріндегі аурулары бар ересектерде мемантиннің әсері туралы зерттеулер жүргізілуде. Глютамат рецепторлары мен аутизм арасындағы байланыс сонымен қатар ProSAP1 SHANK2 және мүмкін ProSAP2 SHANK3 құрылымдық ақуыздары арқылы анықталды. Зерттеу авторлары зерттеу "аутизмде глютаматергиялық жүйелердің маңызды рөлін көрсетеді" және "ProSAP1/Shank2−/− мутанттары мен ProSAP2/Shank3αβ−/− тышқандарының деректерін салыстыра отырып, біз синапты глютамат рецепторларының экспрессиясындағы әртүрлі аномалиялар әлеуметтік өзара іс-қимыл мен қарым-қатынаста өзгерістерге әкелуі мүмкін екенін көрсетеміз. Сондықтан аутизм спектріндегі ауруларды емдеуде, олардың негізіндегі синаптопатиялық фенотипке сәйкес болуы керек деп ойлаймыз". Гипергликемия мен инсулинді осы рецепторларды реттеу және танымдық функцияларды қалпына келтіру үшін пайдалану мүмкіндігін зерттеу жүргізілуде. Инсулин мен глюкагон деңгейін реттейтін панкреатикалық аралдар да глутамат рецепторларын экспресс жасайды. Паркинсон ауруын тудырудың ұқсас механизмдеріне қоса, НМДА немесе АМФА рецепторларына қатысты, Хантингтон ауруы метаболикалық және митохондриялық тапшылықты көрсетеді, бұл стриальды нейрондарды НМДА рецепторларының белсенділігі жоғарылатуға ұшыратады. Бұл глютамат рецепторларына әсерін азайтып, клетканың реакциясын қауіпсіз деңгейге дейін төмендетіп, экситотоксикалық әсерін тудырмауы мүмкін.
Ишемия
Ишемия кезінде мида клеткадан тыс глютаматтың табиғи емес жоғары концентрациясы байқалады. Бұл АТФ жеткіліксіз жеткізілуімен байланысты, ол глютаматтың концентрациясын тепе- тең ұстайтын глютаматты тасымалдау деңгейін басқарады. Бұл әдетте глутамат рецепторларының шамадан тыс белсендірілуіне әкеледі, бұл нейрондық зақымдануға әкелуі мүмкін. Бұл шамадан тыс әсерден кейін постсинаптикалық терминалдар ұзақ уақыт бойы глютаматты ұстап отырады, бұл деполяризацияның қиындығына әкеледі.
Көптеген склероз
Жануарларда эксперименталды аутоиммундық энцефаломиелитті бірнеше склероздың үлгісі ретінде енгізу кейбір глутамат рецепторларын әлеуетті терапиялық қолданулар жолы ретінде мақсат етті. Бұл зерттеулер дәрі-дәрмектердің NMDA, AMPA және каинатты глютамат рецепторларымен өзара әрекеттесіп, нейроқан тамырларының өткізгіштігін, қабыну медиаторларының синтезін және миелиндінділікпен қоса, глиальды клеткалардың функцияларын бақылайтынын анықтады. Олигодендроциттер орталық жүйке жүйесінде миелиндік аксондарды түзеді; МС- да миелиндеудің бұзылуы ішінара осы жасушалардың экзитотоксикалық әсерінен болады. Осы глутамат рецепторларымен өзара әрекеттесетін дәрілерді реттеу арқылы глутаматты байлауды реттеу мүмкін болады, осылайша Ca2+ ағыны деңгейін азайтады. Тәжірибелер олигодендроциттердің тіршілік ету деңгейінің жақсарғанын және ремиелинизацияның артқанын көрсетті. Сонымен қатар, ОЖС қабынуы, апоптоз және аксондар зақымдануы азайды.
Расмуссен энцефалиті
1994 жылы GluR3 Расмуссен энцефалитіне аутоантиген ретінде әсер ететіндігі анықталды, бұл жағдайдың негізін аутоиммундық белсенділік құрауы мүмкін деген болжамға әкелді. Бұл ингибиторлық нейротрансмитер ГАМК- ның жоғарылауымен анықталады. Шизофрения кезінде, mRNA- дегі NDMA рецепторларының NR2A субжүйесінің экспрессиясы оны әдетте экспрессиялайтын GABA нейрондарында эксперименттік түрде 49 73% - ға анықталмады. Бұл негізінен кальций буферлік ақуыз парвальбуминді (PV) экспрессиялайтын GABA жасушаларында болады, ол тез өрлеу қасиеттерін көрсетеді және пирамидалық нейрондардың перисоматикалық (сабақ жасушалары) және аксоаксоникалық (шатырша жасушалары) бөліктерін нысанаға алады. және ГАМК нейрондарындағы GluR5 каинатты рецептордың мРНК экспрессиясы шизофрениямен ауыратын адамдарда өзгергені анықталды. Қазіргі зерттеулер шизофренияның әлеуетті емдері ретінде глутамат рецепторларының антагонисттерін мақсат етіп отыр. Клиникалық зерттеуде NMDA рецепторларының әлсіз, селективті емес антагонистін мемантин клозапин терапиясына қосымша ретінде қолданылды. Рефрактивті шизофрениямен ауыратын науқастарда теріс және оң симптомдардың жақсарғаны байқалады, бұл GluR антагонисттерінің антипсихотика ретінде қолданылуы мүмкін екендігін көрсетеді. Сонымен қатар, NMDA рецепторларының бәсекеге қабілетті емес антагонисттерін қолдану мысық үлгілерінде сыналды. Ғалымдар белгілі бір антагонисттердің ГАМК- ергезиялық интернейрондарға әсер етіп, кортикальді ингибицияны күшейтіп, шизофрениямен байланысты глютаматергиялық трансмиссияны болдырмау мүмкіндігін ұсынды. Бұл және басқа да антипсихотикалық препараттар пирамидалық жасушалардың аса қобалжыуын тежеу үшін, шизофренияның белгілерін азайту үшін бірге қолданылуы мүмкін.
Қамаулар
Глютамат рецепторларының эпилепсияның пайда болуына қатысы бар екені анықталды. NMDA және метаботроптық түрлер эпилепсиялық конвульсияларды тудырады. Кеміргіштердегі модельдерді қолданып, зертханалар глютамат рецепторларына антагонисттерді енгізу эпилепсиялық симптомдарға қарсы әрекет етуге көмектесетінін анықтады. Глутамат лигандпен жабылатын иондық арналардың лиганды болғандықтан, бұл нейротрансмиттермен байланысу шлюздерді ашады және натрий мен кальций өткізгіштігін арттырады. Бұл иондар ұстамалардың пайда болуына ықпал етеді. 1- топтағы метаботроптық глутамат рецепторлары (mGlu1 және mGlu5) ұстамалардың негізгі себебі болып табылады, сондықтан осы рецепторларға антагонист қолдану ұстамалардың алдын алуға көмектеседі.