Кіріспе

Нейротрансмиттерді нейротрансмиттер тасымалдаушымен қайта сіңіру – нейрон импульсын жеткізу функциясын орындағаннан кейін, аксон терминалының (яғни, синапстағы пресинаптикалық нейронның) немесе глиальды жасушаның плазмалық мембранасы бойында орналасқан нейротрансмиттер тасымалдаушымен нейротрансмиттерді қайта сіңіру процесі. Қайта сіңіру қалыпты синапстық физиология үшін қажет, себебі ол нейротрансмиттерлерді қайта пайдалануға және синапстағы нейротрансмиттер деңгейін реттеуге мүмкіндік береді, соның арқасында нейротрансмиттерлердің босатылуынан туындаған сигналдың ұзақтығы бақыланады. Нейротрансмиттерлердің мембрана арқылы таралуы үшін тым үлкен және суды тартатын қасиеттері болғандықтан, нейротрансмиттерлерді қайта сіңіру үшін арнайы тасымалдау ақуыздары қажет. Қайта сіңіру механизмін анықтау мақсатында көптеген биохимиялық және құрылымдық зерттеулер жүргізілді.

Белоктың құрылымы

Қайта қабылдау протеинінің алғашқы негізгі тізбегі 1990 жылы жарияланды. Протеин тізбегін анықтау әдісі, аталған тасымалдаушы протеиннің тазартылуы, тізбегінің анықталуы және клондалуы, немесе тасымалдау функциясы сол тасымалдаушыны кодтайтын кДНК түрлеріне сынақ ретінде қолданылатын экспрессиялық клондау стратегиясына негізделген. Ажыратылғаннан кейін, екі ДНК тізбегінің арасында көптеген ұқсастықтар бар екені анықталды. Қайта қабылдау протеиндері саласындағы одан әрі зерттеулер денедегі маңызды нейротрансмиттерлермен байланысты көптеген тасымалдаушылардың тізбегінің ГАМК және норадреналин тасымалдаушыларына өте ұқсас екенін көрсетті. Бұл жаңа топқа допамин, норадреналин, серотонин, глицин, пролин және ГАМК тасымалдағыштары кіреді. Олар Na+/Cl− тәуелді нейротрансмиттер тасымалдағыштары деп аталды. Натрий және хлорид иондарына тәуелділік, әсер ету механизмі туралы кейін талқыланады. Тізбектер мен гидропатиялық сюжеттерді талдаудың ортақтығын пайдалану арқылы «классикалық» тасымалдаушы отбасында 12 гидрофобтық мембраналық аймақ бар екендігі болжалды. Сонымен қатар, N және C терминалдары жасушаішілік кеңістікте орналасқан. Бұл протеиндерде үшінші және төртінші трансмембраналық тізбектер арасында кеңейтілген жасушадан тыс цикл бар. Химиялық таңбалау эксперименттері серотонин тасымалдаушының болжанған топологиялық ұйымдастырылуын растады. Нейротрансмиттер тасымалдағыштарынан басқа, жануарлар мен прокариоттарда ұқсас тізбектермен көптеген басқа протеиндер табылды, бұл нейротрансмиттерлердің үлкен отбасы: натрий симпортерлері (NSS) екенін көрсетеді. Осы протеиндердің бірі, Aquifex aeolicus-тан алынған LeuT, Ямашита және авторлар тобымен өте жоғары ажыратымдылықпен кристалдастырылды, бұл протеин ортасында орналасқан лейцин молекуласын және екі Na+ ионын көрсетті. Олар трансмембраналық (ТМ) 1 және 6 спиральдері мембрананың ортасында орамсыз сегменттерге ие екенін анықтады. Осы екі спиральмен бірге, ТМ 3 және 8 спиральдері және 1 және 6 спиральдерінің орамсыз бөліктерін қоршап тұрған аймақтар субстрат пен натрий иондарының байланысу орындарын құрады. Кристалдық құрылым LeuT-те псевдосимметрияны көрсетті, онда ТМ 1-5 спиральдерінің құрылымы 6-10 спиральдерінің құрылымында көрінеді. Протеинде жасушадан тыс қуыс бар, оған жасушадан тыс EL4 циклдан құрылған спиральді шашты тігіс кіреді. ТМ1-де аспартат моноаминді NSS тасымалдағыштарын аминқышқылы тасымалдағыштарынан ажыратады, олар сол позицияда глицинге ие. Сыртқы және ішкі «қақпалар» жасуша сыртындағы қуыста және ТМ 1 және 8 спиральдерінің цитоплазмалық ұштарында теріс және оң зарядталған қалдықтардың жұптарына тағайындалды.

Әрекет ету механизмі

Классикалық тасымалдаушы ақуыздар трансмембраналық иондық градиенттерді және электрлік потенциалды пайдаланып, нейротрансмиттерді пресинаптикалық нейронның мембранасы арқылы тасымалдайды. Na+ және Cl− ионына тәуелді типтік нейротрансмиттер натрий симпорты (NSS) транспортерлері Na+ және Cl− градиенттерін пайдаланып, мембрана арқылы ішке қарай бағытталған қозғалысты қамтамасыз етеді. Иондар концентрациялық градиенттері бойынша ағып, көп жағдайда мембраналық потенциалмен күшейтілетін мембраналық зарядтың қозғалысына әкеледі. Бұл күштер нейротрансмиттер субстратын жасушаға тартады, тіпті оның өзінің концентрациялық градиентіне қарсы болса да. Молекулалық деңгейде Na+ иондары аминқышқылдарының субстратқа байланысуын тұрақтандырады, сондай-ақ транспортерді субстратқа байланысуға мүмкіндік беретін сыртқы ашық конформацияда ұстайды. Симпорт механизмінде Cl− ионының рөлі симпортталған Na+ зарядын тұрақтандыру үшін болжамдалған. Иондар мен субстрат байланысқаннан кейін конформациялық өзгерістер болуы керек. ТМ 1-5 және ТМ 6-10 құрылымдары арасындағы конформациялық айырмашылықтардан және SERT байланыс орны мен цитоплазма арасындағы субстрат өткізгіштігінің жолынан конформациялық өзгерістердің механизмі ұсынылды, онда ТМ 1, 2, 6 және 7 құрамындағы төрт спиральді шоғыр ақуыздың қалған бөлігінде бағытын өзгертеді. Ішке ашық конформациядағы LeuT құрылымы конформациялық өзгерістің басты бөлігі – ақуыздың қалған бөлігіне қатысты шоғырдың қозғалысы екенін көрсетті.

Қайта қабылдауды тежеу механизмі

Қайта сіңіру ингибиторларының басты мақсаты – нейротрансмиттерлердің пресинаптикалық нейронға қайта сіңірілу жылдамдығын айтарлықтай төмендету, осы арқылы синапстағы нейротрансмиттерлердің концентрациясын арттыру. Бұл нейротрансмиттерлердің пре- және постсинаптикалық нейротрансмиттер рецепторларымен байланысуын күшейтеді. Нейрондық жүйеге қарай, қайта сіңіру ингибиторының танымдық қабілетке және мінез-құлыққа күшті әсері тиюі мүмкін. Трициклді антидепрессанттардың бактериялық гомологы LeuT-тің бәсекеге қабілетсіз тежелуі осы ингибиторлардың клеткадан тыс өткізу жолымен байланысуынан туындайды. Дегенмен, антидепрессанттармен серотонинді тасымалдауды тежеудің бәсекелестік табиғаты, нейротрансмиттер тасымалдағыштарында олар субстрат орнымен қабаттасқан орынға байланысатынын көрсетеді.

Адам жүйелері

Horschitz және тағы басқалар адам эмбриональды бүйрек жасушаларында (HEK SERT) экспрессияланған егеуқыр серотонинді қайта қабылдау протеинін (SERT) тежеушілердің таңдамалылығын зерттеді. Олар SERT-ке циталопрам (SSRI) немесе дезипрамин (норэпинефринді қайта қабылдау протеині, NET тежегіші) әртүрлі дозаларын ұсынды. Доза-әсер қисықтарын зерттеу (бақылау ретінде қалыпты орта қолданылды) арқылы циталопрамның SERT-ке SSRI ретінде әсер ететінін және дезипраминнің SERT-ке әсер етпейтінін анықтады. Жеке экспериментте Horschitz және тағы басқалар HEK SERT-ті циталопраммен ұзақ мерзімге әсер еткізді. Олар ұзақ мерзімді әсердің байланыс орындарын төмендетуге әкелетінін байқады. Бұл нәтижелер дәрілік емнен кейін пресинаптикалық нейрондағы ұзақ мерзімді өзгерістердің механизмін көрсетеді. Horschitz және тағы басқалар циталопрамды жүйеден алып тастағаннан кейін SERT байланыс орындарының экспрессиясы қалыпқа келгенін анықтады. Бұл серотонин сигналдауын күшейтеді, гипотеза бойынша бұл көңіл-күйді жақсартады және депрессиялық белгілерді жеңілдетеді. Серотонинді қайта қабылдау тежегіштерінің антидепрессанттық механизмі туралы бұл ұсыныс терапиялық әсердің уақытын ескермейді, ол апталарға немесе айларға созылады, ал транспортерді тежеу дерлік дереу болады. Амфетамин (AMPH) қолданудың жалқы нәтижесі – синапста дофамин, норадреналин және серотониннің артуы. AMPH іздік аминмен байланысты 1 рецепторына (TAAR1) серотонин, норадреналин және дофамин тасымалдаушыларында эффлюкс пен қайта қабылдауды тежеу үшін әсер ететіні көрсетілді. Бұл әсер үшін тасымалдаушы мен TAAR1 бір нейронның ішінде бірге орналасуы керек (қосымша болуы).

Нейроқорғау рөлі

Астроциттер нейроқорғау үшін қайта сіңіру механизмдерін пайдаланады деп есептеледі. Астроциттер амин қышқылының қоздырғышы 2 (EAAT2, GLT 1) арқылы синапстан глутаматты жояды. EAAT2 жоқ тышқандар өлімге алып келетін және спонтанды ұстамаларға, сондай-ақ ми қабығындағы жедел ми жарақаттарына көбірек бейімделген. Бұл әсерлер EAAT2 жоқ тышқандардың миындағы глутамат концентрациясының жоғарылауымен байланысты болуы мүмкін, бұл өлтірілгеннен кейін талданды.