Введение
Белокодовый ген вида Homo sapiens Бета-1 адренергический рецептор (β1 адренорецептор), также известный как ADRB1, может относиться либо к гену, кодирующему белок (ген ADRB1), либо к одному из четырех адренергических рецепторов. Это рецептор, связанный с гетеротримерным G- белком Gs, который экспрессируется преимущественно в сердечной ткани. Кроме сердечной ткани, бета-1 адренергические рецепторы также экспрессируются в коре головного мозга.
The beta 1 adrenergic receptor (β1 adrenoceptor), also known as ADRB1, can refer to either the protein encoding gene (gene ADRB1) or one of the four adrenergic receptors. It is a G protein coupled receptor associated with the Gs heterotrimeric G protein that is expressed predominantly in cardiac tissue. In addition to cardiac tissue, beta 1 adrenergic receptors are also expressed in the cerebral cortex.
Исторический контекст
В. Б. Кэннон предположил, что существуют два химических передатчика или симпатинов, изучая симпатическую нервную систему в 1933 году. Эти симпатины E и I участвовали в возбуждающих и ингибирующих реакциях. В 1948 году Реймонд Ахлквист опубликовал рукопись в Американском журнале физиологии, в которой утверждается, что адреналин действует по-разному как на альфа-рецепторы, так и на бета-рецепторы. Вскоре после этого лаборатории Eli Lilly синтезировали первый бета-блокатор, дихлороизопротеренол.
Структура
ADRB 1 - это трансмембранный белок, который принадлежит к семейству G- белковых сопряженных рецепторов (GPCR). GPCR играют ключевую роль в клеточных сигнальных путях и известны в первую очередь своими семью трансмембранными (7TM) спиралями, которые имеют цилиндрическую структуру и проходят через мембрану. Домены 7TM имеют три внутриклеточных и три внеклеточных петли, которые соединяют эти домены друг с другом. Внеклеточные петли содержат участки для связывания лигандов на N-конце рецептора, а внутриклеточные петли и C-конце взаимодействуют с сигнальными белками, такими как белки G. Внеклеточные петли также содержат несколько участков для посттрансляционной модификации и участвуют в связывании лигандов. Третья внутриклеточная петля является самой большой и содержит фосфорилирующие участки для регулирования сигналов. Как следует из названия, GPCR связаны с гетеротримерными белками G. Гетеротримерные белки G состоят из трех подединиц: альфа, бета и гамма. При связывании лиганда с внеклеточным доменом GPCR в рецепторе происходит конформационное изменение, которое позволяет ему взаимодействовать с альфа-субъединением белка G. После этого взаимодействия, G-альфа-субъединение обменивает ВВП на GTP, становится активным и дисоциируется от бета и гамма-субъединений. Свободная альфа-субъединение затем может активировать нижестоящие сигнальные пути (подробнее в взаимодействиях и пути).
Пути
ADRB 1 активируется катехоламинами адреналином и норадреналином. После того, как эти лиганды связываются, рецептор ADRB 1 активирует несколько различных сигнальных путей и взаимодействий. Некоторые из наиболее известных путей: Аденилциклаза: Когда лиганд связывается с рецептором ADRB 1, альфа-субъединение гетеротримерного белка G активируется, что, в свою очередь, активирует фермент аденилциклаза. Аденилциклаза затем каталитизирует преобразование АТФ в циклический АМФ (cAMP), который активирует эффекторы, такие как протеинкиназа А (PKA). cAMP Активация PKA: cAMP, генерируемый аденилциклазой, активирует PKA, который затем фосфорилирует многочисленные нижестоящие мишени, такие как ионные каналы, другие ферменты и факторы транскрипции Бета-аррестин: Активация рецептора ADRB 1 может привести к набору Бета-аррестин, которые используются для активации сигнальных путей, независимых от белков G. Примером независимого пути являются пути MAPK (митоген-активированная белковая киназа). Сигнализация кальция: сигнализация ADRB 1 также активирует семейство Gq/11 белков G, которое является подсемейством гетеротримерных белков G, которые активируют фосфолипазу C (PLC). ПЛК расщепляет фосфатидиллинозитол-4,5-бифосфат (PIP2) во вторых мессенджерах инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглицерол (DAG). IP3 связывается с IP3- рецепторами в эндоплазматическом сетчатке, что затем приводит к высвобождению ионов кальция (Ca2+) в цитоплазму, что приводит к активации сигнальных путей вниз по течению.
Adenylyl Cyclase: When a ligand binds to the ADRB 1 Receptor, the alpha subunit of the heterotrimeric G protein gets activated, which in turn, activates the enzyme adenylyl cyclase. Adenylyl cyclase then catalyzes the conversion of ATP to cyclic AMP (cAMP), which activates downstream effectors such as Protein Kinase A (PKA). cAMP Activation of PKA: cAMP generated by adenylyl cyclase activates PKA, which then phosphorylates numerous downstream targets such as ion channels, other enzymes, and transcription factors Beta arrestins: Activation of the ADRB 1 receptor can lead to the recruitment of Beta arrestins, which are used to activate signaling pathways independent of G proteins. An example of an independent pathway is the MAPK (mitogen activated protein kinase) pathways. Calcium signaling: ADRB 1 signaling also activates the Gq/11 family of G proteins, which is a subfamily of heterotrimeric G proteins that activates phospholipase C (PLC). PLC cleaves phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2) into the second messengers inositol 1,4,5 triphosphate (IP3) and diacylglycerol (DAG). IP3 binds to IP3 receptors on the endoplasmic reticulum, which then leads to the release of calcium ions (Ca2+) into the cytoplasm, resulting in the activation of downstream signaling pathways.
Механизм в сердечных миоцитах
Gs оказывает свое воздействие двумя путями. Во-первых, он непосредственно открывает кальциевые каналы типа L (LTCC) в плазменной мембране. Во-вторых, он активирует аденилатциклазу, в результате чего увеличивается cAMP, активируя протеинкиназу А (PKA), которая, в свою очередь, фосфорилирует несколько мишени, таких как фосфоламбан, LTCC, тропонин I (TnI) и калийные каналы. Фосфорилирование фосфоламбана деактивирует его собственную функцию, которая обычно ингибирует SERCA в саркоплазматическом сетчатке (SR) сердечных миоцитов. Из-за этого больше кальция попадает в СР и, следовательно, доступно для следующего сокращения. Фосфорилирование LTCC увеличивает вероятность его открытия и, следовательно, позволяет большему количеству кальция проникать в миоцит при деполяризации клетки. Оба этих механизма увеличивают доступный кальций для сокращения и, следовательно, увеличивают инотропию. И наоборот, фосфорилирование TnI приводит к ускоренной диссоциации кальция от тропонина C (TnC), что ускоряет расслабление мышц (позитивная лузитропия). Фосфорилирование калийных каналов увеличивает вероятность их открытия, что приводит к укорочению рефракторного периода (поскольку клетка реполяризуется быстрее), а также увеличивает лузитропию. Кроме того, в узловых клетках, таких как SA-узловый узел, cAMP напрямую связывается и открывает каналы HCN, увеличивая их вероятность открытия, что увеличивает хронотропию. У мышей с гетерозиготной мутацией ADRB1 A187V наблюдается увеличение времени активности и сокращение интервалов быстрого сна (REM) и сна без REM, что свидетельствует о том, что мутация вызывает короткий сон. В другом эксперименте мутация ADRB1 A187V восстановила быстрого сна у мышей tau (PS19) и уменьшила накопление tau, которое может способствовать повреждению клеток мозга и гибели, в локусе coeruleus (LC) мышей PS19. Кроме того, высокий уровень экспрессии белка ADRB 1 наблюдается в спинных понах (DP), называемых нейронами ADRB1+. Активность этих нейронов ADRB1+ в ДП, как показано, тесно связана с поведением во время сна и бодрствования и изменяется мутацией ADRB1 A187V. Нейроны ADRB1+ могут быть либо ингибирующими, либо возбуждающими. В мозге мутантных мышей процент нейронов ADRB1+, которые могут быть ингибированы агонистами, значительно снижается, в то время как процент нейронов, которые могут быть возбуждены агонистами, остается относительно неизменным. Другой распространенный SNP встречается в кодоновой позиции 49, с изменением серина (49S) на глицин (49G) в N-концевой последовательности ADRB 1. Показано, что вариант 49S более устойчив к пониженной регуляции, стимулируемой агонистом, и к коротким интервалам воздействия агониста. Рецептор 49G всегда экспрессирован, что приводит к высокой активности сцепления с аденилциклазой и повышенной чувствительности к агонистам. Также изучаются сердечно-сосудистые реакции, вызванные этим полиморфизмом у здоровой популяции. У здоровых людей с глицином в кодоне 49 наблюдаются улучшения сердечно-сосудистой функции в состоянии покоя и реакции на максимальный сердечный ритм во время физических упражнений, что очевидно из-за кардиозащиты, связанной с этим полиморфизмом. Также важно отметить использование незаконных наркотиков для АДРБ 1, поскольку кокаин, бета-блокаторы или другие стимуляторы симпатических реакций могут вызвать неотложную медицинскую помощь.