Введение

Ацетилхолиновые рецепторы, названные в честь их селективного связывания с никотином, — это рецепторные полипептиды, реагирующие на нейромедиатор ацетилхолин. Никотиновые рецепторы также реагируют на такие препараты, как агонист никотин. Они обнаружены в центральной и периферической нервной системе, мышцах и многих других тканях различных организмов. В нейромышечном соединении они являются основным рецептором в мышцах, обеспечивающим связь между двигательным нервом и мышцей, контролирующей мышечное сокращение. В периферической нервной системе: (1) они передают исходящие сигналы от пресинаптических к постсинаптическим клеткам в симпатической и парасимпатической нервной системе, и (2) они являются рецепторами, расположенными на скелетных мышцах, которые принимают ацетилхолин, высвобождаемый для инициирования мышечного сокращения. В иммунной системе никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (nAChR) регулируют воспалительные процессы и передают сигналы по различным внутриклеточным путям. У насекомых холинергическая система ограничена центральной нервной системой. Никотиновые рецепторы считаются холинергическими рецепторами, поскольку они реагируют на ацетилхолин. Свое название никотиновые рецепторы получили от никотина, который не стимулирует мускариновые ацетилхолиновые рецепторы, а избирательно связывается с никотиновыми рецепторами. Мускариновый ацетилхолиновый рецептор, в свою очередь, получил свое название от химического вещества, которое избирательно связывается с этим рецептором — мускарина. Сам ацетилхолин связывается как с мускариновыми, так и с никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами. Как ионотропные рецепторы, nAChR напрямую связаны с ионными каналами. Новые данные свидетельствуют о том, что в некоторых случаях эти рецепторы также могут использовать вторичных посредников (как это делают метаботропные рецепторы). Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы являются наиболее изученными из ионотропных рецепторов. Поскольку никотиновые рецепторы способствуют передаче исходящих сигналов для симпатической и парасимпатической систем, антагонисты никотиновых рецепторов, такие как гексаметоний, нарушают передачу этих сигналов. Таким образом, например, никотиновые антагонисты нарушают работу барорефлекса, который обычно корректирует изменения артериального давления посредством симпатической и парасимпатической стимуляции сердца.

Структура

Никотиновые рецепторы, имеющие молекулярную массу 290 кДа, состоят из пяти субъединиц, расположенных симметрично вокруг центрального порa. У позвоночных никотиновые рецепторы широко классифицируются на два подтипа, основываясь на основных местах их экспрессии: никотиновые рецепторы мышечного типа и никотиновые рецепторы нейронного типа. В рецепторах мышечного типа, обнаруженных в нейромышечном синапсе, рецепторы представлены либо эмбриональной формой, состоящей из α1, β1, γ и δ субъединиц в соотношении 2:1:1:1 ((α1)2β1γδ), либо взрослой формой, состоящей из α1, β1, δ и ε субъединиц в соотношении 2:1:1:1 ((α1)2β1δε). Нейронные подтипы представляют собой различные гомомерные (состоящие из одного типа субъединиц) или гетеромерные (содержащие как минимум одну α и одну β) комбинации двенадцати различных субъединиц никотиновых рецепторов: α2–α10 и β2–β4. Примеры нейронных подтипов включают: (α4)3(β2)2, (α4)2(β2)3, (α3)2(β4)3, α4α6β3(β2)2, (α7)5 и многие другие. Как в рецепторах мышечного, так и в рецепторах нейронного типа, субъединицы очень похожи друг на друга, особенно в гидрофобных областях.

Обязательно

Как и во всех ионных каналах, активируемых лигандами, открытие поры канала nAChR требует связывания химического посредника. Для обозначения молекул, связывающихся с рецепторами, используются различные термины, такие как лиганд, агонист или трансмиттер. Помимо эндогенного агониста ацетилхолина, агонистами nAChR являются никотин, эпибатидин и холин. Никотиновые антагонисты, блокирующие рецептор, включают мекамиламин, дигидро-β-эритроидин и гексаметоний. В nAChR мышечного типа места связывания ацетилхолина расположены на границе α и либо ε, либо δ субъединиц. В нейронных nAChR связывающее место находится на границе α и β субъединиц или между двумя α субъединицами в случае α7 рецепторов. Место связывания расположено во внеклеточном домене вблизи N-конца. Когда агонист связывается с этим местом, все присутствующие субъединицы претерпевают конформационное изменение, и канал открывается, образуя пору диаметром около 0,65 нм. Открытие канала позволяет положительно заряженным ионам перемещаться через него; в частности, натрий входит в клетку, а калий выходит. Чистый поток положительно заряженных ионов направлен внутрь. nAChR является неселективным катионным каналом, то есть через него могут проходить несколько различных положительно заряженных ионов. Количество натрия и калия, которое каналы пропускают через свои поры (их проводимость), варьируется от 50 до 110 пС, при этом проводимость зависит от специфического состава субъединиц, а также от проходящего иона. Многие нейронные nAChR могут влиять на высвобождение других нейротрансмиттеров. Исследования помогли предсказать характер механизмов связывания змеиных токсинов и ацетилхолина с nAChR. Эти исследования показали, что вращательное движение, вызванное связыванием ацетилхолина, вероятно, отвечает за открытие поры, и что одной или двух молекул α-бунгаротоксина (или другого α-нейротоксина с длинной цепью) достаточно, чтобы остановить это движение. Похоже, токсины связывают соседние субъединицы рецептора, подавляя скручивание и, следовательно, движение открытия.

Эффекты

Активация рецепторов никотином изменяет состояние нейронов двумя основными механизмами. С одной стороны, перемещение катионов вызывает деполяризацию плазматической мембраны (что приводит к возникновению возбуждающего постсинаптического потенциала в нейронах), что ведет к активации вольтаж-зависимых ионных каналов. С другой стороны, поступление кальция воздействует, напрямую или косвенно, на различные внутриклеточные каскады. Это приводит, например, к регуляции активности определенных генов или высвобождению нейромедиаторов.

Десенсибилизация

Лигандно-связанная десенсибилизация рецепторов была впервые описана Кацем и Теслефом на никотиновом ацетилхолиновом рецепторе. Длительное или повторное воздействие стимула часто приводит к снижению чувствительности рецептора к этому стимулу, что называется десенсибилизацией. Функция nAChR может модулироваться фосфорилированием при активации вторичных мессенджер-зависимых протеинкиназ. Показано, что протеинкиназа А (PKA), а также тирозинкиназы, фосфорилируют nAChR, вызывая его десенсибилизацию. Сообщалось, что после продолжительного воздействия агониста на рецептор, сам агонист индуцирует конформационное изменение в рецепторе, приводящее к десенсибилизации. Десенсибилизированные рецепторы могут возвращаться в пролонгированное открытое состояние при связывании агониста в присутствии положительного аллостерического модулятора, например PNU 120,596. Также имеются данные, свидетельствующие о том, что специфические молекулы-шапероны оказывают регуляторное влияние на эти рецепторы.

Роли

Подгруппы никотиновых рецепторов принадлежат к мультигенному семейству (16 членов у человека), и формирование комбинаций подгрупп приводит к возникновению большого числа различных рецепторов (более подробная информация – в базе данных лиганд-зависимых ионных каналов). Эти рецепторы, обладающие сильно варьирующимися кинетическими, электрофизиологическими и фармакологическими свойствами, по-разному реагируют на никотин, при существенно отличающихся эффективных концентрациях. Это функциональное разнообразие позволяет им участвовать в двух основных типах нейротрансмиссии. Классическая синаптическая передача (проводная передача) подразумевает высвобождение высоких концентраций нейротрансмиттеров, действующих на расположенные непосредственно рядом рецепторы. В отличие от этого, паракринная передача (диффузионная передача) включает нейротрансмиттеры, высвобождаемые аксонными терминалами, которые затем диффундируют через внеклеточное пространство, пока не достигнут своих рецепторов, которые могут находиться на значительном расстоянии. Никотиновые рецепторы также могут быть обнаружены в различных синаптических локализациях; например, мышечный никотиновый рецептор всегда функционирует постсинаптически. Нейрональные формы рецептора могут быть найдены как постсинаптически (участвуя в классической нейротрансмиссии), так и пресинаптически, где они способны влиять на высвобождение множества нейротрансмиттеров.

CHRNA5/A3/B4

Важный кластер генов nAchR (CHRNA5/A3/B4) содержит гены, кодирующие α5, α3 и β4 субъединицы. Генетические исследования выявили однонуклеотидные полиморфизмы (СНП) в хромосомном локусе, кодирующем эти три гена nAChR, как факторы риска никотиновой зависимости, рака легких, хронической обструктивной болезни легких, алкоголизма и заболеваний периферических артерий. Гены CHRNA5/A3/B4 коэкспрессируются во многих типах клеток, а транскрипционная активность промоторных областей трех генов регулируется многими одними и теми же факторами транскрипции, что демонстрирует, что их кластеризация может отражать контроль экспрессии генов. Никотиновые рецепторы, содержащие α6 или β3 субъединицы, экспрессируемые в областях мозга, особенно в вентральной тегментальной области и черной субстанции, играют важную роль в поведенческих реакциях, связанных с употреблением наркотиков, благодаря их участию в высвобождении дофамина. Генетические вариации в этих генах могут изменять чувствительность к психоактивным веществам различными способами, включая изменение аминокислотной структуры белка или нарушение транскрипционной и трансляционной регуляции. Обе эти субъединицы nAChR присутствуют в мозге, и возникновение мутаций в них может вызывать генерализованную форму эпилепсии. Примерами являются вставка мутации 776ins3 в гене CHRNA4, связанная с ночными припадками и психическими расстройствами, и мутация I312M в гене CHRNB2, которая, по-видимому, вызывает не только эпилепсию, но и специфические когнитивные нарушения, такие как дефицит обучения и памяти. Между этими двумя генами существует естественная генетическая вариабельность, и анализ однонуклеотидных полиморфизмов (СНП) и других генетических модификаций показывает более высокую вариацию в гене CHRNA4, чем в гене CHRNB2, что позволяет предположить, что nAChR β2, белок, кодируемый CHRNB2, ассоциируется с большим количеством субъединиц, чем α4. CHRNA2 также был предложен в качестве третьего кандидата, связанного с ночными приступами в лобной доле. Кроме того, у людей с шизофренией наблюдается значительно более высокий уровень курения, что позволяет предположить, что курение никотина может быть формой самолечения.