Введение
Дофаминовый транспортер (DAT, также натрий-зависимый дофаминовый транспортер) – это мембранный белок, кодируемый у человека геном SLC6A3 (также известный как DAT1), который перекачивает нейромедиатор дофамин из синаптической щели обратно в цитозоль. В цитозоле другие транспортеры захватывают дофамин в везикулы для хранения и последующего высвобождения. Обратный захват дофамина посредством DAT обеспечивает основной механизм удаления дофамина из синапсов, хотя возможно исключение в префронтальной коре, где данные свидетельствуют о потенциально большей роли норадреналинового транспортера. DAT вовлечен в ряд расстройств, связанных с дофамином, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности, биполярное расстройство, клиническую депрессию, расстройства пищевого поведения и зависимости от психоактивных веществ. Ген, кодирующий белок DAT, расположен на 5-й хромосоме, состоит из 15 кодирующих экзонов и имеет длину около 64 кбп. Свидетельства связи между DAT и расстройствами, связанными с дофамином, получены на основе типа генетического полиморфизма, известного как тандемный повтор переменной длины, в гене SLC6A3, который влияет на количество экспрессируемого белка.
The dopamine transporter (DAT, also sodium dependent dopamine transporter) is a membrane spanning protein coded for in the human by the SLC6A3 gene (also known as DAT1), that pumps the neurotransmitter dopamine out of the synaptic cleft back into cytosol. In the cytosol, other transporters sequester the dopamine into vesicles for storage and later release. Dopamine reuptake via DAT provides the primary mechanism through which dopamine is cleared from synapses, although there may be an exception in the prefrontal cortex, where evidence points to a possibly larger role of the norepinephrine transporter. DAT is implicated in a number of dopamine related disorders, including attention deficit hyperactivity disorder, bipolar disorder, clinical depression, eating disorders, and substance use disorders. The gene that encodes the DAT protein is located on chromosome 5, consists of 15 coding exons, and is roughly 64 kbp long. Evidence for the associations between DAT and dopamine related disorders has come from a type of genetic polymorphism, known as a variable number tandem repeat, in the SLC6A3 gene, which influences the amount of protein expressed.
Функция
DAT — это интегральный мембранный белок, который удаляет дофамин из синаптической щели и транспортирует его в окружающие клетки, тем самым прекращая передачу сигнала нейромедиатора. Дофамин играет важную роль в различных аспектах когнитивных функций, включая чувство вознаграждения, а DAT способствует регулированию этого сигнала.
Механизм
DAT является симпортером, который перемещает дофамин через клеточную мембрану, связывая это движение с энергетически выгодным движением ионов натрия из области высокой концентрации в область низкой концентрации внутрь клетки. Функция DAT требует последовательного связывания и ко-транспорта двух ионов Na+ и одного иона Cl− с дофамином в качестве субстрата. Движущей силой для опосредованного DAT обратного захвата дофамина является градиент концентрации ионов, создаваемый Na+/K+ АТФазой плазменной мембраны. В наиболее общепринятой модели функционирования моноаминовых транспортеров ионы натрия должны связываться с внеклеточным доменом транспортера, прежде чем дофамин сможет связаться. После связывания дофамина белок претерпевает конформационные изменения, которые позволяют как натрию, так и дофамину диссоциировать на внутриклеточной стороне мембраны. Исследования с использованием электрофизиологии и радиоактивно меченого дофамина подтвердили, что транспортер дофамина аналогичен другим моноаминовым транспортерам в том, что одна молекула нейротрансмиттера может быть перенесена через мембрану с одним или двумя ионами натрия. Ионы хлора также необходимы для предотвращения накопления положительного заряда. Эти исследования также показали, что скорость и направление транспорта полностью зависят от градиента натрия. Из-за тесной связи между мембранным потенциалом и градиентом натрия, изменения полярности мембраны, вызванные активностью, могут значительно влиять на скорость транспорта. Кроме того, транспортер может способствовать высвобождению дофамина при деполяризации нейрона. В результате взаимодействия DAT–Cav, субстраты DAT, которые генерируют деполяризующие токи через транспортер, способны открывать кальциевые каналы, связанные с транспортером, что приводит к притоку кальция в дофаминергические нейроны. Для дальнейшей характеристики этого белка использовались протеазы, расщепляющие белки на более мелкие фрагменты, и гликозилирование, которое происходит только во внеклеточных петлях, что в значительной степени подтвердило первоначальные прогнозы относительно мембранной топологии. Точная структура транспортера дофамина Drosophila melanogaster (dDAT) была установлена в 2013 году с помощью рентгеновской кристаллографии.
Расположение и распространение
Региональное распределение DAT обнаружено в областях мозга с установленными дофаминергическими схемами, включая нигростриатальный, мезолимбический и мезокортикальный пути. Ядра, составляющие эти пути, демонстрируют различные паттерны экспрессии. Паттерны экспрессии генов у взрослой мыши показывают высокую экспрессию в компактной части черной субстанции (substantia nigra pars compacta). DAT в мезокортикальном пути, меченный радиоактивными антителами, оказался обогащенным в дендритах и телах клеток нейронов компактной части черной субстанции и вентральной тегментальной области. Этот паттерн логичен для белка, регулирующего уровень дофамина в синапсе. Окраска в стриатуме и прилежащем ядре мезолимбического пути была плотной и гетерогенной. В стриатуме DAT локализуется в плазматической мембране аксонных терминалей. Двойная иммуноцитохимия продемонстрировала колокализацию DAT с двумя другими маркерами нигростриатальных терминалей – тирозингидроксилазой и D2 дофаминовыми рецепторами. Последний, таким образом, был показан как авторецептор на клетках, высвобождающих дофамин. TAAR1 – это пресинаптический внутриклеточный рецептор, который также колокализуется с DAT и оказывает противоположное действие D2 авторецептору при активации; то есть, он интернализирует дофаминовые транспортеры и индуцирует эффлюкс посредством обратной функции транспортера через сигнализацию PKA и PKC. Удивительно, но DAT не был обнаружен ни в одной из синаптически активных зон. Эти результаты позволяют предположить, что обратный захват дофамина в стриатуме может происходить вне синаптических специализаций после диффузии дофамина из синаптической щели. В черной субстанции DAT локализуется в аксональных и дендритных (то есть пре- и постсинаптических) плазматических мембранах. В перикарионе нейронов компактной части DAT локализовался преимущественно в шероховатом и гладком эндоплазматическом ретикулуме, комплексе Гольджи и мультивезикулярных телах, что указывает на вероятные места синтеза, модификации, транспорта и деградации.
Генетика и регулирование
Ген DAT, известный как DAT1, расположен на хромосоме 5p15. Этот ген содержит тандемный повтор переменной численности (VNTR) на 3'-конце (rs28363170) и еще один в области интрона 8. Показано, что различия в VNTR влияют на базальный уровень экспрессии транспортера; следовательно, исследователи искали связь с расстройствами, связанными с дофамином. Nurr1, ядерный рецептор, регулирующий многие гены, связанные с дофамином, может связываться с промоторной областью этого гена и индуцировать экспрессию. Этот промотор также может быть мишенью для фактора транскрипции Sp1. В то время как факторы транскрипции контролируют, в каких клетках экспрессируется DAT, функциональная регуляция этого белка в значительной степени осуществляется киназами. MAPK, CAMKII, PKA могут модулировать скорость перемещения дофамина транспортером или вызывать интернализацию DAT. Колокализованный TAAR1 является важным регулятором транспортера дофамина, который при активации фосфорилирует DAT посредством сигнальных путей белковой киназы A (PKA) и белковой киназы C (PKC). Фосфорилирование любой из этих киназ может приводить к интернализации DAT (неконкурентное ингибирование обратного захвата), но фосфорилирование, опосредованное PKC, индуцирует обратную функцию транспортера (эффлюкс дофамина). Дофаминовые ауторецепторы также регулируют DAT, непосредственно противодействуя эффекту активации TAAR1. В отличие от этого, человеческий транспортер серотонина (hSERT) и человеческий транспортер норэпинефрина (hNET) не содержат участков связывания цинка.
Биологическая роль и нарушения
Скорость, с которой DAT удаляет дофамин из синапса, может оказывать глубокое влияние на количество дофамина в клетке. Это наиболее ярко проявляется в тяжелых когнитивных дефицитах, двигательных нарушениях и гиперактивности мышей, у которых отсутствуют транспортеры дофамина. Эти характеристики поразительно схожи с симптомами СДВГ. Вариации в функциональном VNTR были идентифицированы как факторы риска развития биполярного расстройства и СДВГ. Появились данные, указывающие на связь с более выраженным синдромом отмены при алкоголизме, хотя этот вопрос остается спорным. Аллель гена DAT с нормальным уровнем белка ассоциирован с отсутствием курения и легкостью отказа от этой привычки. Кроме того, у подростков мужского пола, особенно из семей с высоким риском (характеризующихся отстраненностью матери и недостатком материнской привязанности), носительство 10-аллельного VNTR-повтора связано со статистически значимой склонностью к общению с антисоциальными сверстниками. Повышенная активность DAT связана с различными расстройствами, включая клиническую депрессию. Мутации в гене DAT приводят к развитию синдрома дефицита транспортеров дофамина – аутосомно-рецессивному двигательному расстройству, характеризующемуся прогрессирующим ухудшением дистонии и паркинсонизмом.