Кіріспе
Нейротрансмиттерлік тасымалдаушы ақуыздар туысы
Глютамат тасымалдаушылар – мембрана арқылы глютаматты, негізгі оқушы нейротрансмиттерді жылжытатын нейротрансмиттерлік тасымалдаушы ақуыздар туысы. Глютамат тасымалдаушыларының туысы екі негізгі кіші топтан тұрады: оқушы амин қышқылы тасымалдаушы (EAAT) туысы және везикулярлы глютамат тасымалдаушы (VGLUT) туысы. Мида EAAT-тар глютаматты глиальды жасушалар мен нейрондарға қайта қабылдау арқылы синаптық кеңістіктен және экстрасинаптық орындардан шығарады, ал VGLUT-тар глютаматты жасуша цитоплазмасынан синаптық көпіршіктерге көшіреді. Глютамат тасымалдаушылар аспартатты да тасымалдайды және олар барлық перифериялық тіндерде кездеседі, соның ішінде жүректе, бауырда, ұрықтарда және сүйекте. Олар L-глутаматқа стереоселективтілік көрсетеді, бірақ L-аспартат пен D-аспартатты да тасымалдайды. EAAT-тар – мембранаға байланысқан екіншілік тасымалдаушылар, олар сыртқы түрінен иондық каналдарға ұқсайды. Бұл тасымалдаушылар клеткалық мембраналар арқылы басқа иондармен бірге тасымалдау арқылы клеткалық кеңістіктегі глютамат концентрациясын реттеуде маңызды рөл атқарады. Глутамат әрекеттік потенциалдың нәтижесінде босағаннан кейін, глютамат тасымалдаушылар оны жасушадан тыс кеңістіктен жылдам алып тастап, оның деңгейін төмен ұстайды, осылайша синаптық берілісті тоқтатады. Глютамат тасымалдаушыларының белсенділігі болмаса, глютамат экзитотоксикация деп аталатын процесте жинақталып, жасушаларды өлтіреді, онда глютаматтың шамадан тыс мөлшері бірнеше биохимиялық каскадтарды іске қосып, нейрондарға уыс ретінде әрекет етеді. Глютамат тасымалдаушыларының белсенділігі сонымен қатар глютаматты қайта босату үшін қайта пайдалануға мүмкіндік береді.
Glutamate transporters are a family of neurotransmitter transporter proteins that move glutamate – the principal excitatory neurotransmitter – across a membrane. The family of glutamate transporters is composed of two primary subclasses: the excitatory amino acid transporter (EAAT) family and vesicular glutamate transporter (VGLUT) family. In the brain, EAATs remove glutamate from the synaptic cleft and extrasynaptic sites via glutamate reuptake into glial cells and neurons, while VGLUTs move glutamate from the cell cytoplasm into synaptic vesicles. Glutamate transporters also transport aspartate and are present in virtually all peripheral tissues, including the heart, liver, testes, and bone. They exhibit stereoselectivity for L glutamate but transport both L aspartate and D aspartate. The EAATs are membrane bound secondary transporters that superficially resemble ion channels. These transporters play the important role of regulating concentrations of glutamate in the extracellular space by transporting it along with other ions across cellular membranes. After glutamate is released as the result of an action potential, glutamate transporters quickly remove it from the extracellular space to keep its levels low, thereby terminating the synaptic transmission. Without the activity of glutamate transporters, glutamate would build up and kill cells in a process called excitotoxicity, in which excessive amounts of glutamate acts as a toxin to neurons by triggering a number of biochemical cascades. The activity of glutamate transporters also allows glutamate to be recycled for repeated release.
VGLUT-тар
Глютаматтың везикулярлық тасымалдаушыларының үш түрі белгілі, VGLUTs 1–3 (тиісінше SLC17A7, SLC17A6 және SLC17A8). Бұл тасымалдаушылар нейротрансмиттерді синаптық везикулаларға жинақтап, оларды синапсқа босатуға мүмкіндік береді. VGLUT секреторлық жүйедегі протондық градиентке тәуелді (везикулалар цитозолдан көбірек қышқыл). VGLUT-тың глютаматқа деген туыстығы EAAT-тың туыстығынан жүзден бірден мыңнан бірге дейін төмен. Бұл дәстүрлі емес тасымалдаушының (VGluT3) рөлі әлі толық анықталған жоқ, бірақ қазіргі уақытта естіру жүйесінде VGluT3 басқа екі везикулярлық глютамат тасымалдаушыларына – VGluT1 және VGluT2 сияқты, жылдам қоздырғыш глютаматтық трансмиссияға қатысатыны көрсетілді. VGluT3 жойылғанда мінез-құлық және физиологиялық салдарлар байқалады, себебі ол алаңдаушылық, көңіл-күйді реттеу, импульсивтілік, агрессивті мінез-құлық, ауырсынуды сезіну, ұйқы-оянба циклі, аштық, дене температурасы және жыныстық мінез-құлық сияқты көптеген нейрондық және физиологиялық процестерді модуляциялайды. Әрине, агрессия және депрессияға ұқсас мінез-құлықтарда маңызды өзгерістер анықталған жоқ, бірақ керісінше, VGluT3 жоғалуы ерекше алаңдаушылыққа байланысты фенотипке алып келді. Сезімтал жүйке талшықтары өз сезімталдықтары мен өткізгіштік жылдамдықтары бойынша әртүрлі болып келеді, бірақ қазіргі уақытта қандай сезімталдық түрлерінің қабыну және нейропатиялық ауырсынудың әртүрлі формаларымен байланысты екені белгісіз. Осы жағдайда, Везикулярлық глютамат тасымалдаушы 3 (VGluT3) қабынудан кейін болатын механикалық сезімталдыққа қатысты, бірақ оның нейропатиялық ауырсынудағы рөлі әлі де талқыланып жатыр. VGluT3 даму кезеңінде кеңінен соматикалық әсерге ие, бұл дамып келе жатқан торлы қабатта глутаматтың синапстық емес модуляциясына қатысуы мүмкін, сондай-ақ ішкі торлы қабатта глутаматтың трофикалық және экстрасинаптық нейрондық сигналдауына әсер етуі мүмкін.
ЭАТ-тың молекулалық құрылымы
Барлық глютамат тасымалдаушылар сияқты, EAAT-тер тримерлер болып табылады, әр протомер екі доменнен тұрады: орталық эшафолд домені (1А сурет, бидай) және шеткі тасымалдау домені (1А сурет, көк). Тасымалдаудың конформациялық жолы былай өтеді. Біріншіден, сыртқа қараған конформация (OF, ашық) пайда болады, бұл глютаматтың байланысуына мүмкіндік береді. Содан кейін, сіңірілгеннен кейін HP2 аймағы жабылады (OF, жабық) және лифт сияқты қозғалыс субстратты мембрананың ішкі жағына жеткізеді. Бұл лифт қозғалысы әлі жіктелмеген/анықталмаған бірнеше конформациялық өзгерістерден тұрады. Лифт қозғалысы субстратты мембрананың IC жағына жеткізгеннен кейін, EAAT ішке қараған (IF, жабық) күйге өтеді, онда тасымалдау домені төмендейді, бірақ HP2 қақпасы әлі де жабық болып қалады және глютамат тасымалдаушыға байланысқан күйде қалады. Соңында, HP2 қақпасы ашылады және глютамат клетканың цитоплазмасына таралады.
Патология
Глутамат тасымалдаушыларының жоғары белсенділігі синапстық глутаматтың жеткіліксіздігіне алып келуі мүмкін және шизофрения және басқа да психикалық ауруларға қатысы болуы мүмкін. Na+ тәуелді глутамат тасымалдаушысы EAAT2-нің жоғалуы Альцгеймер, Хантингтон аурулары және АЛС/паркинсонизм деменциясы кешені сияқты нейродегенеративті аурулармен байланысты деп саналады. Сонымен қатар, амиотрофиялық бүйірлік склероз ауруында моторлық нейрондардың дегенерациясы пациенттердің миы мен жұлыннан EAAT2 жоғалуымен байланысты.