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.

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.

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.