Receptorul de glicină este unul dintre cei mai abundenți receptori inhibitori din sistemul nervos central , o proteină receptor cuaternar găsită pe membrana postsinaptică a multor neuroni , al căror ligand este glicina . Receptorul de glicină joacă un rol important în transmiterea semnalului inhibitor către SNC .
Glicina , unul dintre cei 20 de aminoacizi esentiali , este folosit in sistemul nervos al mamiferelor ca neurotransmitator inhibitor . Funcția sa este de a activa receptorul de glicină sensibil la stricnine (GlyR) situat pe membrana postsinaptică. GlyR este un membru al superfamiliei receptorilor nicotinici de acetilcolină . Toți receptorii din acest grup sunt canale ionice , constând de obicei din 5 subunități. Când se leagă de un ligand, ionii încep să treacă prin canal, în funcție de tipul de receptor și de gradientul membranei, modificând astfel potențialul membranei. După legarea de glicină, GlyR crește nivelul ionilor de clorură din celula țintă, hiperpolarizând astfel membrana. Legarea glicinei de GlyR este împiedicată de stricnină, un alcaloid convulsiv . Nivelul de glicină în țesutul nervos și, în consecință, prevalența GlyR, este cel mai ridicat în medular oblongata, pons și măduva spinării. De exemplu, cu ajutorul glicinei, interneuronii măduvei spinării controlează mușchiul extensor în timpul unui reflex de durere , determinându-l să se relaxeze. Există, de asemenea, GlyR-uri extrasinaptice care îndeplinesc o serie de alte funcții.
Datorită capacității sale de a se lega puternic de stricnină, GlyR a fost prima proteină receptor de neurotransmițători care a fost izolată din SNC la mamifer . Este o proteină cu structură cuaternară, formată din 5 subunități de două tipuri, α și β (inițial, raportul a fost 3α:2β, dar apoi revizuit ca 2α:3β). Ele sunt omoloage (asemănătoare ca secvență de aminoacizi) între ele și, într-o măsură mai mică, cu subunități ale altor canale ionotrope. Subunitățile sunt conectate între ele prin punți disulfurice , formând o moleculă lungă care trece prin membrana celulară de mai multe ori. Fiecare subunitate GlyR constă dintr-un domeniu extracelular globular mare (ECD) situat în fanta sinaptică, care este capătul N-terminal al proteinei, 4 părți transmembranare, o buclă intracelulară și un capăt C-terminal scurt extracelular. Între subunități (în interiorul uneia dintre părțile transmembranare) există un canal ionic care are permeabilitate selectivă față de anioni - ionii Cl¯, Br¯, I¯ și uneori la bicarbonat (în celulă este în principal Cl¯)
Au fost găsite 4 gene care codifică diferite subunități α. Diferențele suplimentare de structură apar din splicing alternativ a exonilor care codifică porțiuni ale N-terminalului și buclei intracelulare. Majoritatea lanțurilor polipeptidice sunt codificate în mai multe regiuni ale genei, așa-numiții exoni. Exonii pot forma diverse combinații, rezultând în crearea de ARNm pentru mai multe izoforme de subunități. În timpul transcripției, se determină ce părți ale ARNm vor fi utilizate pentru traducere. O parte din exoni este excizată, iar părțile rămase ale ARNm sunt unite. A fost de asemenea înregistrat un caz de editare ARNm a uneia dintre subunități. Secvența diferitelor subunități α coincide cu mai mult de 80%. Se crede că diferitele lor părți sunt responsabile pentru legarea GlyR de glicină și stricnină. Până acum, doar 1 genă care codifică subunitățile β a fost găsită la mamifere. Funcția lor este de a fixa GlyR în membrană datorită părții lor hidrofobe. Modificarea subunităților β (în intervalul normal) nu afectează activarea GlyR și răspunsul acestuia. Mecanismele responsabile pentru fixarea receptorului în membrană și modificările sale post-translaționale sunt puțin înțelese. Se crede că atașarea hidrocarburilor la capătul N-terminal al subunităților este necesară pentru asamblarea receptorului și încorporarea acestuia în membrană.
Deoarece secvențele subunităților receptorilor sunt omoloage în toți receptorii aparținând grupului 1 de canale ionice dependente de ligand, ei au aparent o organizare structurală comună. Pe baza acestui fapt, se poate stabili că glicina se atașează la ECD-ul receptorului, între limitele (+) și (-) ale subunităților învecinate și se leagă de situsurile de pe ambele. Studii recente au arătat că ambele subunități α și β joacă un rol în legătura cu glicina, iar locurile de la capetele lor (-) se leagă de grupa carboxil a glicinei, iar la capete (+) - de grupa amino. Receptorii heteromerici (formați din subunități α și β) au mai multe tipuri de granițe (interfețe) - βα, αβ și ββ și au abilități diferite de a se lega la glicină și stricnină. Deoarece alcaloidul are un model de legare similar, dar nu identic, cu GlyR, preferă interfețele βα, în timp ce glicina se leagă și de interfața αβ. Nu există informații de încredere despre interfața ββ.
Deoarece distanța dintre situsurile de legare a GlyR la ligand și acea parte a acestuia în care este localizat canalul ionic este mică, modificările conformației proteinei la legarea la glicină ar trebui să afecteze deschiderea canalului. Mecanismul exact pentru aceasta este necunoscut, deși EAP al receptorilor omoloage este bine înțeles. Cu toate acestea, există sugestii că modificările conformației moleculei conduc la interacțiunea interfețelor ECD și a buclelor care conectează regiunile transmembranare, datorită cărora canalul se deschide. După aceea, ionii de Cl¯ intră în celulă, membrana se hiperpolarizează și sunt necesare mai multe semnale de la neuronul excitator pentru ca neuronul să aibă un impuls.
Modificările eficienței sinapselor în funcție de activitatea celulei joacă un rol imens în activitatea nervoasă mai mare. De exemplu, după o serie de semnale frecvente de la o celulă presinaptică, nivelul de Ca 2+ în celula țintă crește și, aparent, din această cauză, numărul de GlyR situat în membrană crește. Acest lucru vă permite să creșteți inhibarea celulei. Cantitatea de GlyR din membrană depinde de exocitoza lor - încorporarea în membrană, ancorarea acolo cu ajutorul proteinei hiferină și endocitoza în endozomi . Părțile proteinei localizate în citoplasmă sunt responsabile de acest lucru . Receptorii de pe membrana postsinaptică nu sunt imobili, ci se află într-un fel de echilibru dinamic, care le permite să revină mai ușor în citoplasmă.
Expresia genelor subunității GlyR α depinde de locația neuronului și diferă, de asemenea, în diferite perioade de dezvoltare. De exemplu, ARNm și proteina α1 se găsesc la adulți în măduva spinării, creier și celulele bastonașului, în timp ce nivelurile de α2 sunt cele mai ridicate la naștere, iar la adulți, α2 se găsește doar în cantități mici în hipocamp, cortexul cerebral și talamus. . Subunitățile β sunt larg distribuite în SNC la mamifere atât înainte, cât și după naștere. Glicina din SNC adult este în primul rând un neurotransmițător inhibitor, în timp ce la embrioni este excitatoare. Acest lucru este posibil datorită faptului că la embrioni concentrația de Cl¯ în celulă este mai mare decât în mediul extern; prin urmare, GlyR provoacă depolarizarea membranei atunci când canalul se deschide. Această funcție de excitație a GlyR este importantă pentru geneza sinapselor. În primele etape după naștere, datorită funcționării transportatorului K+/Cl¯, concentrația de Cl¯ în celulă scade, iar GlyR îndeplinește deja o funcție de hiperpolarizare.
Pe lângă glicină, aminoacidul taurină joacă și un rol inhibitor în raport cu neuronii . Este secretat extrasinaptic de celulele corticale în timpul embriogenezei și s-a demonstrat că influențează dezvoltarea sa prin GlyR extrasinaptice care conțin subunități α2. S-a dovedit că, cu ajutorul lor, taurina reglează numărul de tije din retina în curs de dezvoltare . Deși majoritatea celulelor nervoase comunică între ele prin sinapse, există, ca și în acest caz, receptori extra-sinaptici. Aparent, scopul lor este percepția unui semnal relativ slab, nețintit într-o situație în care neurotransmițătorul este eliberat nevezicular și/sau în timpul difuzării neurotransmițătorului din sinapsele învecinate . Deci, este posibil ca prezența GlyR, constând din subunități α2, în talamus și hipocamp să fie necesară pentru inhibarea slabă (tonică) a neuronilor de către taurină.
Deși, în general, diferențele dintre izoformele GlyR sunt mici, ele joacă roluri diferite în corpul mamiferelor, așa cum au arătat studiile asupra retinei . Sinapsele glicinei joacă un rol important în percepția luminii de către retină. GlyR din diferite subunități α (α1, α2, α3) sunt prezente în diferite celule retiniene și, deși pot apărea în același strat, s-a dovedit că probabilitatea ca acestea să fie în aceeași sinapsă este mai mică de 10%. Deci, într-o singură sinapsă, există 1 tip de GlyR și, aparent, îndeplinesc diferite funcții în retină.
Simptomele fiziologice ale intoxicației cu stricnina sunt excitarea constantă a neuronilor motori , neuronilor senzoriali și o senzație generală de durere . În cornul dorsal al măduvei spinării, neuronii senzoriali formează sinapse cu interneuronii, centrul principal de procesare a durerii, unde o rețea de neuroni inhibitori reglează transmiterea semnalului către creier. Deci stricnina, care blochează GlyR, crește foarte mult durerea. Stimularea GlyR poate ameliora durerea, iar acesta este un subiect pentru cercetări ulterioare în domeniul managementului durerii și al anesteziei.
În ciuda faptului că diferitele GlyR fac parte din sisteme diferite și îndeplinesc funcții diferite, este încă dificil să se stabilească consecințele fiziologice ale diferitelor modele de distribuție a acestora din cauza lipsei de antagoniști specifici (substanțe care blochează receptorul). Unele afectează un subtip mai mult decât altul, dar nu sunt deloc specifice.
S-a descoperit recent că există suprapuneri între anumite regiuni ale subunităților GlyR și regiunile care interacționează cu liganzii receptorilor canabinoizi. Într-adevăr, unele tipuri de canabinoizi inhibă curenții sinaptici induși de glicină în concentrații mari. Interesant este că la o concentrație scăzută de glicină , canabinoizii , dimpotrivă, cresc curentul. Poate că în viitor canabinoizii vor fi folosiți ca anestezic (acum sunt folosiți în legătură cu receptorii canabinoizi).
Posibilitatea anesteziei datorită amplificării curenților creați de GlyR este un obiectiv important al medicinei moderne. Există mai multe anestezice care acționează asupra acestui receptor și, deși mecanismul lor exact de acțiune este neclar, se presupune că se atașează la două fragmente transmembranare adiacente. Ele pot fi, de asemenea, afectate de alcool .
Caracteristicile structurii și funcționării GlyR descoperite în ultimii ani au făcut posibilă realizarea unor progrese semnificative în tratamentul bolilor asociate cu acesta. De exemplu, a fost efectuat un experiment pe șoareci care poartă o mutație genică într-una dintre subunitățile GlyR care provoacă hiperexplexie . Simptomele acestei boli sunt tremurul constant al corpului și un răspuns reflex crescut la stimuli externi (sunet, atingere etc.). Ele pot fi îndepărtate prin tratament cu o doză mică de modulator pozitiv propofol, care, aparent, poate fi folosit și pentru a trata persoanele care suferă de hiperecplexie.
Posibilitatea de a îmbunătăți răspunsul GlyR a fost îmbunătățită în continuare după studierea efectului cationului Zn2 + asupra acestuia . Concentrațiile mici provoacă o creștere a curentului Cl¯, în timp ce concentrațiile mari creează inhibiție competitivă. Deoarece Zn 2+ este deja utilizat în unele sinapse ca amplificator de semnal eliberat împreună cu neurotransmițătorul, este important să se exploreze posibilitatea aplicării sale în medicină. Interesant, din întreaga familie de receptori ionotropi, GlyR este singurul care nu are un analog metabotrop. În ciuda lipsei de legare a proteinei GlyR și G, receptorul poate fi modulat de subunitatea βγ a proteinei G. Acest lucru va crește curentul ionic prin acest canal și timpul în care canalul ionic este deschis. Acest fapt poate fi folosit și pentru a îmbunătăți răspunsul GlyR la semnal.
După cum sa menționat deja, stricnina într-o doză mai mică decât letală provoacă probleme cu mișcarea, tremurul muscular, stimularea simțurilor, inclusiv receptorii durerii, halucinații vizuale și auditive, iar în doze mari - convulsii severe. Mutațiile din genele lanțurilor polipeptidice conduc, de asemenea, la dismotilitate și o reacție excesivă la un nou semnal (hiperoplexie). În plus, patologii precum autismul , demența indusă de virus (demența) și epilepsia pot fi asociate cu funcționarea afectată a GlyR .
GlyR este un receptor important implicat în diferite părți ale SNC la mamifer, care are multe caracteristici ale grupului de receptori ionotropi din care aparține și, în același timp, diferențele sale specifice de structură și funcții. Deși izoformele sale nu sunt la fel de diverse ca cele ale altor receptori inhibitori, diferențele de structură și poziție a subtipurilor le permit să îndeplinească diferite funcții. Ei nu numai că transmit un semnal de la neuronii senzoriali la neuronii motori, dar participă și la percepția durerii, la transmiterea fotosemnalelor și la dezvoltarea sistemului nervos. În general, până în prezent, a fost suficient studiat, dar rămân multe neexplorate. Studiul proprietăților GlyR este foarte important pentru fiziologia și medicina mamiferelor. Sunt deja urmărite metode prin care este posibilă stabilirea diferitelor funcții în SNC al izoformelor GlyR și mecanismele de reglare a activității sale.