УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2015, том 135, № 3, с. 252-271
УДК 615.216 + 615.217 + 615.9:613.81
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КОНСТИТУТИВНОЙ АКТИВНОСТИ
РЕЦЕПТОРОВ
© 2015 г. А. И. Головко1, Е. Ю. Бонитенко1, М. Б. Иванов1, Л. В. Леонтьева2, С. И. Головко3, В. А. Баринов1, В. А. Башарин1
1Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства России, Санкт-Петербург
E-mail: institute@toxicology.ru 2Медицинский Университет штата Нью-Йорк, Сиракузы, США E-mail: luba105@hotmail.com 3 Главный психиатрический центр штата Нью-Йорк, Марси, США E-mail: behterev@hotmail.com
Обсуждается биологическая роль конститутивной (базальной) активности 5-НТ2С-серотониновых, ц-опиоидных и CBj-каннабиноидных рецепторов. Представлены современные данные о нейрохимических, нейрофизиологических и поведенческих эквивалентах базальной активности и способах ее оценки. Приводятся многочисленные примеры вовлечения конститутивной активности в регуляцию различных функций ЦНС. Изменение базальной активности рецепторов с помощью обратных агонистов является перспективным направлением для дальнейшего понимания биологической роли рассматриваемого феномена. Препараты с подобными свойствами можно считать самостоятельной и весьма ценной группой фармакологических средств, представляющих определенный интерес для различных направлений биологических и медицинских наук.
Ключевые слова: рецепторы, конститутивная активность рецепторов, биологическая роль конститутивной активности рецепторов, обратные агонисты.
ВВЕДЕНИЕ
Конститутивная (базальная, спонтанная) активность означает способность рецептора к возбуждению и передаче (трансдукции) сигнала в отсутствие агониста (Bond, Ijzerman, 2006; Khilnani, Khilnani, 2011; Meye et al., 2014). Концепция конститутивной активности (КА), в свою очередь, базируется на представлениях о том, что некоторая популяция рецепторов распределяется в два пула: активные рецепторы -R* и неактивные - R. Между этими совокупностями существует равновесие (Bond, Ijzerman, 2006).
Активная форма связана с гуаниннуклеотид-связывающим белком (G-белком), формируя комплекс рецептор - G-белок. После присоединения агониста к рецептору комплекс диссоциирует. G-белок вовлекается в механизмы трансдукции, взаимодействуя с различными эффекторами: аде-нилатциклазой, гуанилатциклазой, фосфолипаза-ми А, С, D, ионными каналами и пр., обеспечивая последующую передачу информации (Monczor et al., 2013; Raehal et al., 2005; Sadee et al., 2005).
Интенсивность включения G-белка в процессы передачи сигнала чаще оценивают с помощью ра-диолигандного анализа по скорости присоединения ГТФ к мембранным препаратам (обычно используют негидролизуемый аналог - 35S-GTPyS, {гуанозин-5'-(у-тио)-трифосфат}), поскольку ГТФ необходим для активации G-белка (Monczor et al., 2013; Raehal et al., 2005; Rouleau et al., 2002; Sadée et al., 2005). В тех же случаях, когда специфическое связывание 35S-GTPyS имеет место в отсутствие агониста, и подразумевается наличие конститутивной активности рецептора.
Лиганды по-разному влияют на активную и неактивную формы рецепторов. Агонисты связываются с активными рецепторами ^*-фор-мой) и сдвигают равновесие в системе R-—-R* вправо, инициируя тем самым последующую трансдукцию. Антагонисты устраняют эффекты агонистов и не влияют на состояние равновесия. Однако некоторые антагонисты тормозят конститутивную активность рецепторов, сдвигая влево равновесие R—R*. Такие соединения принято называть обратными (инверсивными) агониста-ми, или антагонистами с внутренней негатив-
ной активностью. Нейтральные антагонисты не влияют на конститутивную передачу, поскольку они лишены внутренней активности (Bond et al., 1995; Monczor et al., 2013). Нередко свойства антагониста у конкретного соединения сочетаются с признаками обратного агониста. В таком случае говорят о смешанных антагонистах/обратных агонистах1. Большинство известных к настоящему времени антагонистов различных рецепторов (более 80%) на самом деле являются смешанными антагонистами/обратными агонистами (Bond, Ijzerman, 2006; Kenakin, 2004). Появление селективных обратных агонистов стало решающим фактором разработки концепции конститутивной активности рецепторов.
Бензодиазепиновые рецепторы стали первыми, для которых было установлено присутствие КА (Ehlert et al., 1983). В дальнейшем список рецепторов непрерывно пополнялся: опиоидные ц и 8, аденозиновые, серотониновые 5-HT1A, 5-HT2A, 5-HT2C, адренергические a1A, a1B, a2A, в2, гистами-новые H1-3, каннабиноидные CB1, дофаминовые D, 3 и другие (Arrang et al., 2007; Bond, Ijzerman, 2006; Corder et al., 2013; Khilnani, Khilnani, 2011; Meye et al., 2014; Morisset et al., 2000; Rouleau et al., 2002; Vezzi et al., 2013). Стало понятным, что КА не только обеспечивает определенный уровень активности конкретной нейромедиаторной системы, но что этот феномен может рассматриваться как элемент патогенеза ряда заболеваний. Кроме того, в спектре фармакологической активности многих лекарственных средств присутствуют свойства обратных агонистов (Bond, Ijzerman, 2006; Khilnani, Khilnani, 2011; Meye et al., 2014). Это и предопределило интерес биологов, фармакологов, нейрохимиков, врачей к проблемам ба-зальной активности рецепторов.
В настоящем обзоре основное внимание уделяется конститутивной активности серотониновых 5-HT2C, ц-опиоидных и каннабиноидных СТгре-цепторов, поскольку перечисленные рецепторные системы вовлечены в регуляцию важных функций: эмоций, памяти, внимания, локомоций и т.д.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ
КОНСТИТУТИВНОЙ АКТИВНОСТИ РЕЦЕПТОРОВ
Биологические корреляты базальной активности рецепторов включают нейрохимические, электрофизиологические и поведенческие показатели. Как
1 В данной работе термины "смешанный антагонист/обратный агонист" и "обратный агонист" будут носить одинаковый смысл.
правило, сравниваются сведения, полученные на интактной биологической системе с результатами модификации показателя обратными агонистами. Разница между данными этих параллельных опытов отражает вовлечение конститутивной активности в регуляцию конкретного процесса (Bond, Ijzerman, 2006; Meye et al., 2014; Strange, 2002).
Среди нейрохимических эквивалентов наиболее часто используется величина специфического связывания негидролизуемого аналога ГТФ 35S-GTPyS с мембранами, содержащими нативные или экспрессированные в какой-либо клеточной системе рецепторы. Как уже отмечалось ранее, данный показатель отражает интенсивность вовлечения G-белка в трансдукторные пути, свойственные рецепторам конкретного типа (Monczor et al., 2013; Raehal et al., 2005; Rouleau et al., 2002; Sadée et al., 2005). Другими важными нейрохимическими коррелятами конститутивной активности являются характеристики трансдукторных систем до и после воздействия обратными агонистами. К таковым относят: активность аденилатциклазы, различных фосфолипаз, митоген-активируемых протеинкиназ (mitogen activated protein kinases -MAPKs) (Meye et al., 2014; Seely et al., 2012; Strange, 2002). Могут использоваться сведения о влиянии обратных агонистов на процессы десенситизации (т.е. утраты способности рецепторов к взаимодействию с агонистами), интернализации (т.е. перемещения десенситизированных рецепторов в цито-золь) и рециклизации (т.е. возвращения молекулы рецептора из цитозоля и встраивания его в нейро-нальную мембрану) (Chavkin et al., 2001; D'Antona et al., 2006a; Ellis et al., 2006; Fioravanti et al., 2008; Turu et al., 2007). Важными нейрохимическими коррелятами базальной активности некоторых рецепторов являются показатели интенсивности высвобождения (экзоцитоза) нейромедиаторов, например, дофамина (ДА) (Alex, Pehek, 2007; De Deurwaerdère et al., 2004; Meye et al., 2014).
Электрофизиологические эквиваленты КА представлены данными о модификации обратными агонистами ионных токов мембран, изменениях возбудимости нейронов и пр. (Alex, Pehek, 2007; De Deurwaerdère et al., 2004; Meye et al., 2012, 2014; Walwyn et al., 2007).
Существуют также поведенческие корреляты базальной активности рецепторов. О них судят по способности обратных агонистов изменять болевую чувствительность, наркогенный потенциал некоторых психоактивных веществ (ПАВ), проявления абстинентного синдрома (Bohn et al., 2002; Craige, Unterwald, 2013; Lam et al., 2011; Shoblock, Maidment, 2006; Wang et al., 2004).
Наиболее эффективным способом оценки биологической роли КА рецепторов считается, как уже упоминалось, сравнительное исследование показателя (показателей) до и после экспозиции к обратным агонистам, подавляющим базальную активность. Однако существуют и иные способы модификации КА: использование мутантных рецепторов, нокаутных грызунов, длительное фармакологическое воздействие на биологическую систему (чаще агонистом конкретных рецепторов) (Bohn et al., 2002; D'Antona et al., 2006a; Fioravanti et al., 2008; Nie, Lewis, 2001; Seely et al., 2012; Wang et al., 2004). Учитывая, что некоторые рецепторы имеют низкую базальную активность, часто применяют метод их избыточной экспрессии в клеточной системе (over-expression) (Bond, Ijzerman, 2006; Console-Bram et al., 2012; Marion et al., 2004).
СЕРОТОНИНОВЫЕ РЕЦЕПТОРЫ 5-HT2C
Серотониновые рецепторы (5-НТ-рецепторы) делятся на 7 типов, некоторые из которых, в свою очередь, включают несколько подтипов (5-HT1AF, 5-HT2A-c, 5-НТ4, 5-HT5A, 5-HT6 и 5-HT7). Насчитывается не менее 14 подтипов. С учетом полиморфизма генов 5-HT-рецепторов, альтернативного сплайсинга и посттранксрипционного редактирования мРНК общее число изоформ рецепторов значительно больше (Alex, Pehek, 2007; Donaldson et al., 2013; Marin et al., 2012; Nichols, Nichols, 2008). Все 5-HT-рецепторы относятся к метаботропным, за исключением рецепторов типа 5-HT3. Следовательно, нейропередача с участием большинства серотониновых рецепторов протекает с вовлечением G-белков и различных трансдукторных систем (аденилатциклазных, фосфоинозитидных, кальциевых, каскада арахи-доновой кислоты и пр.). 5-HT3-рецепторы являются ионотропными, поскольку обеспечивают трансдукцию посредством изменения катионных токов (Marin et al., 2012; Thomp
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.