Semnalizarea purinergică este un tip de transducție intercelulară a semnalului mediată de nucleotide și nucleozide purinice , cum ar fi adenozina și ATP . Semnalizarea purinergică implică activarea receptorilor purinergici pe celulă sau celulele învecinate, reglând astfel funcțiile celulare [1] . Semnalizarea purinergică poate apărea între celule dintr-o varietate de țesuturi și organe, iar deficiențele sale sunt adesea asociate cu diferite boli.
Colecția de proteine implicate în transmiterea purinergică este uneori denumită purină [2] .
Capacitatea de a secreta nucleotide si nucleozide este caracteristica unei mari varietati de celule . Eliberarea acestor substanțe în mediul extern de către celulele deteriorate și moarte este cel mai important indicator al deteriorării celulare, iar din celulele vii, care funcționează normal, o astfel de eliberare este asigurată de mai multe mecanisme fiziologice. Dintre acestea din urmă trebuie menționate exocitoza (caracteristică, de exemplu, pentru celulele nervoase și neuroendocrine animalelor pluricelulare [1] ), difuzia prin canale membranare și transportul prin purtători .
Nucleotidele izolate pot fi hidrolizate în mediul extracelular sub acțiunea unor enzime speciale localizate pe suprafața celulară - ectonucleotidaza . Sistemul de transducție a semnalului purinergic este format din transportori, enzime și receptori. Aceste proteine sunt responsabile pentru sinteza , eliberarea, acțiunea, inactivarea extracelulară a nucleotidelor (de obicei ATP), precum și produsul clivajului extracelular - adenozina [4] . Efectele de semnalizare ale uridin trifosfat (UTP) și uridin difosfat (UDP) sunt semnificativ similare cu cele ale ATP [5] . Clasele funcționale de proteine implicate în transmiterea purinergică sunt considerate secvenţial mai jos.
Receptorii purinergiciReceptorii purinergici sunt o clasă specificămembranaricare mediază funcții vitale precum, de exemplu, relaxareamușchilor netezi ai tractului digestivca răspuns la eliberarea de ATP sau adenozină. Până în prezent, au fost identificate 3 grupe de receptori purinergici: P1 , P2X , P2Y . Semnalele mediate de clasele de receptori P1 și P2Y au efecte opuse asupra sistemelor biologice [6] .
| Nume | Activare | Clasă |
| receptorii P1 | adenozină | Receptorii cuplați cu proteina G |
| Receptorii P2Y | nucleotide:
|
Receptorii cuplați cu proteina G |
| Receptorii P2X | ATP | canale ionice legate de liganzi |
Transportatorii de nucleozide ( eng. nucleoside transporters, NT ) sunt un grup de proteine de transport membranar care transportă nucleozide (inclusiv adenozina) prin membrana celulară și/sau vezicule . Transportatorii de nucleozide sunt considerați a fi un grup vechi din punct de vedere evolutiv de proteine membranare care se găsesc în diferite forme de viață. Există 2 grupuri NT:
NT poate regla conținutul de adenozină extracelulară prin principiul feedback -ului , combinând astfel transmisia semnalului cu funcția de transport [7] .
EctonucleozidazeNucleotidele izolate pot fi hidrolizate în mediul extracelular sub acţiunea unor enzime speciale localizate pe suprafaţa celulară - ectonucleozidaze. Trifosfații și difosfații nucleozidici extracelulari sunt substraturi pentru ectonucleozide trifosfat difosfohidrolaze (E-NTPDazes), ectonucleotide pirofosfataze/fosfodiesteraze (E-NPPs) și fosfataze alcaline (APs). AMP extracelular este hidrolizat la adenozină de către ecto-5’-nucleotidază (eN), precum și de fosfataze alcaline. În cazul oricărei nucleotide, produsul final al hidrolizei este nucleozida [8] [9] .
PannexineleO componentă integrală a căii de transducție a semnalului mediată de P2X/P2Y este proteina canalului pannexină PANX1 [ en . Este, de asemenea, o proteină cheie implicată în eliberarea patofiziologică de ATP [10] . În special, PANX1, împreună cu ATP, receptorii purinergici și ectonucleotidaza, este implicat în căile de feedback activate în timpul procesului inflamator [11] .
În inima umană, ATP funcționează ca un autocoid în reglarea funcțiilor și a parametrilor cum ar fi ritmul cardiac , contractilitatea miocardului fluxul sanguin coronarian . Până în prezent, în inimă au fost găsite patru tipuri de receptori de adenozină [12] . După legarea de un receptor purinergic specific, adenozina determină un efect cronotrop negativ , deoarece acționează asupra stimulatoarelor cardiace , precum și un efect dromotrop negativ , datorită suprimării nodului atrioventricular [13] . Din anii 1980, acest efect al adenozinei a fost folosit pentru a trata pacienții cu tahicardie supraventriculară [14] .
Reglarea tonusului vascular prin intermediul celulelor endoteliale este mediată și de transmiterea purinergică. O scădere a concentrației de oxigen determină eliberarea de ATP din eritrocite , ceea ce duce la propagarea unei unde de calciu în stratul endotelial vascular și eliberarea ulterioară a oxidului de azot NO , care determină vasodilatație [15] [16] .
În coagularea sângelui, ADP joacă un rol cheie în activarea și funcționarea trombocitelor și, de asemenea, asigură formarea structurii trombului corecte . Aceste efecte sunt mediate de receptorii P2RY1 și P2Y12. Receptorul P2RY1 este responsabil pentru modificarea formei trombocitelor, o creștere a nivelurilor extracelulare de calciu și agregarea trombocitară pe termen scurt, în timp ce receptorul P2Y12 este responsabil pentru agregarea trombocitelor pe termen lung prin suprimarea adenilat-ciclazei și o scădere corespunzătoare a nivelurilor cAMP. Ambele tipuri de receptori sunt necesare pentru menținerea hemostazei [17] [18] .
Semnalizarea purinergică autocrină este un punct de control important în activarea leucocitelor . Aceste mecanisme cresc sau scad activarea celulară mediată de receptorii purinergici, ceea ce permite celulelor să-și coordoneze răspunsul funcțional la stimulii din mediul extracelular [19] .
La fel ca majoritatea agenților imunomodulatori, ATP poate acționa ca imunosupresor sau imunostimulator , în funcție de micromediul citokinelor și de tipul receptorului celular [20] . În leucocite, și anume macrofage , celule dendritice , limfocite , eozinofile , mastocite , transmiterea purinergică joacă un rol patofiziologic în mobilizarea calciului, polimerizarea actinei , eliberarea mediatorului, maturarea celulelor, citotoxicitatea și apoptoza [21] . O creștere a conținutului extracelular de ATP asociat cu moartea celulară servește ca un „semnal de pericol” important în procesul inflamator [22] .
La neutrofile, adenozina tisulară o poate suprima și activa, în funcție de micromediul locului de inflamație, de expresia receptorilor de adenozină de către neutrofile și de afinitatea acestor receptori pentru adenozină. Concentrațiile micromolare de adenozină activează receptorii A2A și A2B . Acest lucru inhibă eliberarea granulelor și previne eliberarea bruscă a speciilor reactive de oxigen ( explozie oxidativă ). În același timp, concentrațiile nanomolare de adenozină activează receptorii A1 și A3 , ceea ce determină chemotaxia neutrofilelor către agentul inflamator. Eliberarea ATP și feedback-ul autocrin prin receptorii P2RY2 și A3 amplifică acest semnal [23] [24] . Calea de semnalizare a adenozinei este, de asemenea, afectată de factori induși de hipoxie [14] .
În sistemul nervos central (SNC), ATP este eliberat la terminalele sinaptice și se leagă de diverși receptori ionotropi și metabotropi . ATP servește ca agent excitator neuronal și mediator în interacțiunile neurogliale [ 25] . Atât adenozina cât și ATP induc proliferarea astrocitelor . Celulele microgliale conțin receptori P2X și P2Y. Receptorul P2Y6 , care se leagă în principal de uridin difosfat (UDP), joacă un rol important în fagocitoza microglială , iar receptorul P2Y12 funcționează ca un receptor specific de recunoaștere a modelului . Receptorii P2RX4 sunt implicați în procesarea senzațiilor de durere fiziopatologică [26] .
În sistemul nervos periferic , celulele Schwann răspund la stimularea nervoasă și modulează eliberarea neurotransmițătorilor prin mecanisme inclusiv căile de semnalizare ATP și adenozină [27] .
În papilele gustative , la transmiterea semnalelor între receptorii gustativi și fibrele nervoase, sunt implicați receptorii P2X2 și P2X3, iar ectonucleotidaza foarte specifică (NTPDase2) secretată de papilele gustative este folosită pentru a inactiva neurotransmițătorii [28] . În retină și bulbul olfactiv , ATP este eliberat de neuroni pentru a induce semnale de calciu în celulele gliale, cum ar fi celulele Müller și astrocitele. Ele, la rândul lor, afectează diferite procese homeostatice din țesutul nervos , inclusiv reglarea fluxului sanguin. Astfel, semnalele de calciu excitate de receptorii purinergici asigură procesarea informațiilor senzoriale [29] .
În timpul neurogenezei și dezvoltării timpurii a creierului , ectonucleozidazele reglează adesea negativ semnalizarea purinergică pentru a preveni creșterea necontrolată a celulelor progenitoare și pentru a menține un mediu optim pentru diferențierea neuronală [30] .
În tractul gastrointestinal, receptorii purinergici de tipurile P1 și P2 sunt foarte larg reprezentați și îndeplinesc diverse funcții: aceștia acționează ca neurotransmițători, ca mijloace de semnalizare autocoid și paracrin , ca factori de activare a activității fiziologice a celulelor și a răspunsului imun. [31] . În ficat, ATP este eliberat în mod constant pentru a menține homeostazia : prin receptorii P2, afectează secreția de bilă și afectează, de asemenea, procesele metabolice și regenerative din ficat [32] . În plus, în sistemul nervos enteric există receptori P2Y care, funcționând în joncțiunile neuromusculare enterice , modulează secreția intestinală și peristaltismul [33] .
Receptorii purinergici îndeplinesc o varietate de funcții, de la acționarea ca neurotransmițători, la semnalizarea autocoidă și paracrină, la activarea celulelor și răspunsul imun. Nucleozidele și agonistul nucleotid al receptorilor purinergici sunt eliberați de multe tipuri de celule ca răspuns la semnale fiziologice specifice, iar nivelurile lor sunt crescute în timpul inflamației. Receptorii purinergici îndeplinesc o varietate de funcții: acționând ca neurotransmițători, semnalizare autocoid și paracrin și activare celulară și răspuns imun. Agoniştii receptorilor purinergici nucleozidici şi nucleotidici sunt produşi de multe tipuri de celule. ca răspuns la semnalele fiziologice ale pământului și nivelul acestora crește odată cu inflamația.
Sistemul endocrinCelulele pituitare secretă ATP, care acționează asupra receptorilor P2X și P2Y [34] .
sistemul excretorÎn rinichi , rata de filtrare glomerulară este reglată de mai multe mecanisme, inclusiv mecanismul tubular-glomerular . Odată cu acesta, la capătul distal al tubului renal , o concentrație crescută de NaCl determină o eliberare bazolaterală de ATP de către celulele maculei dense . Aceasta declanșează o cascadă de reacții care asigură că rata de filtrare glomerulară este adusă la valoarea dorită [35] [36] .
Sistemul respiratorÎn sistemul respirator , nucleotidele și nucleozidele extracelulare sunt responsabile de semnalizarea moleculară pentru o clasă largă de procese biologice care protejează tractul respirator de infecții și toxine [37] . În special, ATP și adenozina sunt regulatori importanți ai clearance-ului mucociliar [38] . Secreția de mucină implică receptorii P2RY2 , care sunt localizați pe membranele apicale ale celulelor caliciforme [38] . ATP extracelular acționează asupra celulelor gliale și a neuronilor stimulatori cardiaci respiratori, reglând astfel respirația [39] .
SIstemul musculoscheletalÎn țesutul osos uman , receptorii P2Y și P2X au fost identificați pe membranele osteoblastelor și osteoclastelor . Acești receptori permit reglarea proceselor precum proliferarea celulară, diferențierea, funcția și moartea [40] . Activarea receptorilor A1 de adenozină este necesară pentru diferențierea și funcționarea osteoclastelor, iar activarea receptorilor A2 inhibă funcția osteoclastelor. Alte trei tipuri de receptori de adenozină sunt implicate în formarea osului [41] .
Receptorii purinergici, reprezentați de mai multe familii , reprezintă cel mai numeros grup de receptori dintre toate organismele vii și au apărut în stadiile incipiente ale evoluției [43] . Sistemele de semnalizare purinergică au fost identificate în grupuri atât de diverse de organisme precum bacterii , amibe , ciliate , alge , ciuperci , cnidari , ctenofori , viermi plati , anelide , moluște , nematode , tardigrade , artropode , echinoderme [4,] și vertebrate ] .
La plantele verzi, ATP intracelular și alte nucleotide provoacă o creștere a concentrației ionilor de potasiu în citosol , iar efectul lor general asupra plantei este de a crește ratele de creștere și de a modula răspunsul organismului la diverși stimuli [45] . În 2014, a fost descris primul receptor purinergic de plante cunoscut, DORN1 .
Receptorii purinergici ionotropi primitivi ai eucariotelor timpurii au apărut aparent în urmă cu aproximativ un miliard de ani și au dat naștere familiei de receptori P2X, care sunt prezenți la majoritatea speciilor eucariote vii. Receptorii eucariotici timpurii au puține omologii de secvență de aminoacizi în comparație cu receptorii familiei P2X de mamifere , deși acești receptori sunt, de asemenea, sensibili la cantitățile micromolare de ATP. Apariția receptorilor metabotropi din familiile P2Y și P1 [44] [47] aparține unei perioade ulterioare .
S-a stabilit că semnalizarea purinergică joacă un rol în dezvoltarea multor boli. Principalele astfel de boli și rolul transmisiei purinergice în dezvoltarea lor sunt enumerate mai jos.
Boala AlzheimerÎn boala Alzheimer , există o expresie crescută a receptorilor A1 și A2A în celulele lobului frontal al cortexului cerebral , în plus, expresia receptorului A1 este redusă în straturile exterioare ale girusului dentat hipocampal [30] .
AstmLa pacienții care suferă de astm , există o expresie crescută a receptorilor de adenozină în celulele căilor respiratorii. Receptorii de adenozină afectează reactivitatea bronșică , permeabilitatea endotelială, proliferarea țesutului conjunctiv fibros și dezvoltarea unei rețele de vase de sânge, precum și formarea mucusului [48] .
Boli osoaseSemnalizarea purinergică a fost implicată în mai multe boli ale oaselor și cartilajului , cum ar fi osteoartrita , artrita reumatoidă și osteoporoza [49] . Un singur polimorfism de nucleotide în gena receptorului P2RX7 este asociat cu un risc crescut de fracturi osoase [40] .
Rac de râuÎn celulele majorității tumorilor maligne , receptorul P2RX7 este supraexprimat [50] . În plus, în stadiile incipiente ale cancerului pulmonar uman , se observă o expresie crescută a receptorului de adenozină A2A în celulele endoteliale [51] .
Boli cardiovasculareReceptorii de adenozină A2A inhibă formarea celulelor de spumă [52] .
Boli pulmonareNiveluri crescute de ATP și adenozină sunt observate în căile respiratorii ale pacienților cu boală pulmonară obstructivă cronică [53] [54] . În plus, lichidul după spălarea bronșică la pacienții care suferă de fibroză pulmonară idiopatică conține mai mult ATP decât la persoanele sănătoase [55] . O concentrație în continuă creștere de adenozină după faza acută a inflamației duce la dezvoltarea fibrozei [56] . Purinele extracelulare modulează proliferarea fibroblastelor prin legarea de receptorii de adenozină și receptorii P2, ceea ce modifică structura țesutului și poate dezvolta o afecțiune patologică [55] .
tulburări de erecțieEliberarea de ATP crește nivelul de adenozină și activează sintetaza de oxid nitric , ambele declanșând relaxarea corpului cavernos al penisului . La bărbații cu impotență de origine vasculară, lipsa de răspuns a corpurilor cavernosi la adenozină se datorează disfuncției receptorilor A2B. În același timp, un exces de adenozină în țesutul penian determină priapism [57] [58] .
Reacția grefă contra gazdăOdată cu dezvoltarea bolii grefă-versus-gazdă , ATP este eliberat în lichidul peritoneal . Se leagă de receptorii P2RX7 de pe celulele gazdă prezentatoare de antigen și activează inflamazomii . Aceasta activează eliberarea de molecule co-stimulatoare de către celulele prezentatoare de antigen . Suprimarea receptorilor P2RX7 determină o creștere a numărului de celule T reglatoare și reduce severitatea reacției [59] .
Răspunsurile purinergice sunt afectate într-un fel sau altul în unele metode terapeutice. De exemplu, deformarea mecanică a pielii prin ace de acupunctură pare să aibă ca rezultat eliberarea de adenozină [60] [61] . Efectul analgezic al acupuncturii poate fi mediat de receptorii de adenozină A1 [62] [63] [64] . Electroacupunctura poate suprima durerea prin activarea multor molecule biologic active prin căile periferice, spinale și supraspinale ale sistemului nervos [65] .
Este de remarcat importanța transmiterii purinergice în mecanismul de acțiune al multor medicamente . De exemplu, metotrexatul , care are proprietăți antiinflamatorii puternice, inhibă enzima dihidrofolat reductază , care determină acumularea de adenozină. În același timp , cofeina , care este un antagonist al receptorilor de adenozină, modifică complet activitatea antiinflamatoare a metotrexatului [66] . Multe medicamente antiagregante plachetare, cum ar fi prazugrel , ticlopidina , sunt inhibitori ai receptorilor ADP Înainte de expirarea brevetului său, clopidogrel (nume comercial Plavix), un antagonist al receptorului P2Y12, a fost al doilea cel mai frecvent prescris medicament pe bază de rețetă [67] . În plus, teofilina , utilizată inițial ca bronhodilatator , a fost retrasă din cauza efectelor secundare grave ( convulsii , aritmii cardiace ) care s-au datorat acțiunii acestui medicament asupra receptorilor A1 ca antagonist [68] . În prezent, regadenoson , un vasodilatator care acționează asupra receptorilor de adenozină A2A [69] [70] , este utilizat activ în cardiologie . Adenozina și dipiridamolul , care acționează asupra receptorilor A2A, sunt utilizate în imagistica fluxului sanguin miocardic [71] .
Multe ierburi folosite în medicina tradițională chineză conțin compuși care acționează asupra diverșilor receptori purinergici. De exemplu, ferulatul de sodiu conținut în planta Ligusticum wallichii din familia umbrelelor este un antagonist al receptorului P2RX3 și astfel reduce hiperalgezia (sensibilitatea crescută la durere) [72] .
Importanța transmiterii purinergice în diferite procese inflamatorii este deosebit de mare. În special, schimbarea echilibrului între semnalizarea P1 și P2 ar putea fi un instrument terapeutic important pentru inversarea inflamației cronice și, prin urmare, promovarea vindecării [6] . Dintre medicamentele care acționează asupra transmiterii purinergice și care pot fi utilizate în practică în viitor, trebuie menționate următoarele:
Primele date despre căile purinergice de transducție a semnalului datează din 1929, anul publicării unui articol [75] scris împreună de fiziologul maghiar Albert Szent-György și Alan Drury. Articolul a arătat că introducerea compușilor de adenină purificați (extrași din diverse țesuturi de bou și oaie ) a determinat o încetinire temporară a pulsului la animalele de experiment ( cobai , iepure , pisică și câine ) [6] [76] .
În anii 1960, viziunea clasică a reglării autonome a mușchiului neted se baza pe principiul lui Dale , conform căruia un neuron poate produce, stoca și elibera un singur neurotransmițător. În acest sens, se credea că neuronii simpatici secretă doar norepinefrină , iar parasimpaticii - doar acetilcolină . Deși conceptul de cotransmisie a neurotransmițătorului a devenit larg răspândit în anii 1980, noțiunea că un neuron eliberează doar un neurotransmițător a continuat să domine în anii 1970 [77] .
În 1972, cercetările lui Jeffrey Burnstock (care, în termeni moderni, a descoperit semnalizarea purinergică în sistemul nervos autonom [78] ) a început o serie de controverse cu privire la concluzia sa că a existat un neurotransmițător non-adrenergic și non-colinergic ( NANC ). Ulterior, după observarea efectului său asupra sistemelor celulare în prezența blocanților adrenergici și colinergici, a fost identificat ca ATP [79] [80] .
Sugestia lui Burnstock a fost criticată deoarece ATP este sursa universală de energie în celulă [81] și părea ciudat că celula ar putea elibera acest compus vital ca neurotransmițător. După ani de scepticism, conceptul de semnalizare purinergică a fost acceptat treptat de comunitatea științifică [1] .
În prezent, semnalizarea purinergică nu mai este considerată doar un caz special de semnalizare sinaptică între neuroni, interpretându-l ca un mecanism general de comunicare intercelulară realizat între celulele multor, dacă nu toate, țesuturile [1] .