= ОБЗОРЫ
УДК 577
РОЛЬ ПУРИНОВ В НЕРВНО-МЫШЕЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕ © 2013 г. С. Н. Гришин1*, А. У. Зиганшин2
1Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева, НИИ Прикладной электродинамики, фотоники и живых систем, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 31/7;
*электронная почта: sgrishin@inbox.ru 2Казанский государственный медицинский университет, фармацевтический факультет,
420006, Казань, Бутлерова, 49 Поступила в редакцию 12.03.2013 г.
В представленном обзоре рассмотрены данные о способности пуринов модулировать нервно-мышечную передачу. Главное внимание уделено аденозин-5'-трифосфорной кислоте (ATP) — котранс-миттеру основного медиатора ацетилхолина, и конечному метаболиту ATP в синаптической щели — аденозину. Обсуждается влияние этих эндогенных модуляторов на пре- и постсинаптические токи, а также вклад пуринов в процесс квантового и неквантового выделения ацетилхолина в синаптиче-скую щель. Рассмотрено влияние ATP и аденозина на функционирование холинорецепторов. Сделан вывод, что роль эндогенных пуринов сводится в основном к увеличению эффективности нервно-мышечной передачи, синаптической настройке двигательной единицы в разных режимах функционирования.
Ключевые слова: пурины, нервно-мышечный синапс, ATP, аденозин, синаптическая модуляция.
DOI: 10.7868/S023347551304004X
Нервно-мышечный синапс позвоночных — наиболее хорошо изученный холинергический синапс. Ацетилхолин (АХ) является основным медиатором в нейромоторной единице соматической нервной системы. Тем не менее в эмбриональных клетках скелетных мышц позвоночных экспрессируются рецепторы к пуринам, глутама-ту, ГАМК и глицину, равно как и к АХ. В процессе развития начинает преобладать экспрессия рецепторов к АХ [1], но при этом функционально значимой остается и пуриновая синаптическая модуляция [2, 3].
Пуринергическая сигнальная система представлена пуриновыми и пиримидиновыми нук-леотидами и нуклеозидами, эффекты которых осуществляются через семейства аденозиновых, P2X- и P2Y-рецепторов [4]. Впервые гипотеза о пуринергической нервной передаче была выдвинута в начале 70-х годов прошлого века [5], а чуть позже предположили возможность существования двух типов рецепторов: P1 и P2 (к аденозину и ATP соответственно) [6]. В настоящее время различают подтипы А1, А^, A2B и А3 рецепторов аденозина [7]. Вскоре после того, как были клонированы несколько типов пуриновых рецепторов, определена их структура и механизм активации, решили, что рецепторы ATP следует разделить на два семейства: P2X-рецепторы — лиганд-оперирующие ионные каналы и P2Y-рецепторы,
связанные с G-белками [8]. К сегодняшнему дню описано семь подтипов P2X- (P2X1-7) и восемь подтипов P2Y-рецепторов (P2Y1, 2, 4, 6, 11-14), включая рецепторы, чувствительные как к пуринам, так и к пиримидинам [7]. Определение конкретных подтипов аденозиновых и Р2-рецепторов и их фармакологической характеристики необходимы для изучения эффекторных механизмов си-наптической регуляции пуринами функций различных типов скелетных мышц.
Синаптическая модуляторная функция мак-роэргической молекулы ATP была открыта лишь в конце прошлого века, причем первоначально ей приписывали только роль предшественника си-наптически активного аденозина [9]. Попытки доказать существование синаптических эффектов ATP затруднялись быстрым разрушением ATP эктонуклеотидазами до аденозина [10]. Вплоть до 90-х годов появлялись лишь единичные сообщения о возбуждающем влиянии ATP в центральных нейронах [11]. Первое доказательство участия ATP в процессах возбуждения получили при изучении нейронов ресничного ганглия морской свинки [12, 13].
Дальнейшие работы, выполненные на эмбриональных и развивающихся синапсах, показали, что ATP, как и аденозин, модулирует синаптиче-скую передачу [14—17]. В настоящее время установлено, что ATP может активно регулировать
эффективность нервно-мышечной передачи [18— 22], модулируя квантовый выход медиатора.
ATP — котрансмиттер ряда классических ней-ромедиаторов, таких как АХ, ГАМК, глицин и глутамат [23]. АТР выделяется при активации пре- и постсинаптической мембраны в синапти-ческую щель в составе везикул [2] или посредством других механизмов [24, 25]. В нервно-мышечном окончании крысы ATP (50 мкМ) превращается в аденозин в течение 2 мин [26]. Однако, наряду с этим интерес представляют данные Ribeiro и соавт. [27] о временном ходе деградации ATP и появлении продуктов ее метаболизма в нервно-мышечном синапсе лягушки. Установлено, что в нервно-мышечном синапсе лягушки ATP (10 мкМ) в присутствии дипиридамола (ингибитор захвата аденозина) разрушается до ADP в течение 5 мин, до AMP в течение 15—20 мин, и до аденозина — в течение 120 мин [27].
ДЕЙСТВИЕ ПУРИНОВ НА ПРЕСИНАПТИЧЕСКИЕ ТОКИ
Оценка вклада пуринов как модуляторов си-наптической передачи должна начинаться с анализа их влияния на параметры кальциевого тока как промежуточного звена между деполяризацией нервного окончания и секрецией медиатора. В 1984 г. на препаратах озерной лягушки, а в 1985 г. на препаратах мыши Mallart A. [28, 29] впервые отвел пресинаптические токи с помощью внутриклеточного периневрального микроэлектрода, который прокалывает периневрий аксона в области последних миелиновых сегментов. В этом случае регистрируются периневральные токи, отражающие активность дистально расположенных нервных окончаний.
Периневрий беден кальциевыми каналами, однако он представляет собой достаточно изолированное пространство, в котором суммируются кальциевые токи, исходящие от всех нервных окончаний. Здесь при использовании блокаторов калиевых каналов — тетраэтиламмония и 3,4-диа-минопиридина — удается зарегистрировать аддитивный кальциевый ток, имеющий достаточно высокую амплитуду [28—30].
Интересна, но спорна работа Hamilton & Smith [30], в которой изучено пуринергическое и холи-нергическое ингибирование периневрального тока двигательного нервного окончания крысы. Показано, что ATP в концентрации 50 мкМ уменьшала кальциевый ток на 34%, но этот эффект пропадал в присутствии 200 мкМ а,р-мети-ладенозин-5'-дифосфата, предотвращающего гидролиз ATP. Авторы [30] делают вывод, что инги-биторный эффект ATP опосредован действием конечного продукта распада ATP — аденозина. В их экспериментах аденозин в концентрации 50 мкМ подавлял кальциевый ток в нервном окончании
на 29%. Такой же эффект оказывает аналог аденозина — Z-фенилизопропиладенозин, а антагонист аденозиновых рецепторов 8-я-сульфофенилтео-филлин блокирует этот эффект.
АХ в концентрации 100 мкМ и антихолинэсте-разный агент метансульфонилфторид также подавляли кальциевый ток в нервном окончании. Этот эффект воспроизводился мускарином (100 мкМ), блокировался атропином (100 мкМ) и специфичным антагонистом рецепторов М1 — пирензипи-ном (4 мкМ) [30].
Данные по холинергическим влияниям на кальциевый ток противоречат результатам [31], полученным путем сопоставления ответов нервного окончания при использовании различных блокаторов. Что касается непризнания собственной роли ATP в реализации отрицательной обратной связи, в том числе и через ингибирование кальциевого тока, то это, скорее, была дань моде того времени, чем адекватные научные данные.
Следует помнить, что долгое время ATP отказывали в существовании собственного эффекта, в том числе и на кальциевый ток. Лишь в 1995 г. в пресинаптических шванновских клетках нервно-мышечного соединения лягушки было показано, что ATP (не аденозин) после высвобождения вместе с АХ участвует в Са2+-сигнализации глиаль-ных клеток. Оказалось также, что при угнетении Р2-рецепторов АТР способна задерживать Са2+-сигналы в ответ на стимуляцию двигательного нерва [32]. И только еще через 10 лет опубликовали данные [21, 33], доказывающие прямую корреляцию выраженности эффектов ATP и величины входящего кальциевого тока, в то время как эффект аденозина характеризовался как кальций-независимый.
В наших опытах на препарате седалищный нерв—портняжная мышца озерной лягушки аппликация 100 мкМ ATP обратимо ингибировала кальциевые токи на 17% от контроля без изменения натриевой компоненты [33]. Уридин-5'-три-фосфат (UTP), агонист некоторых подтипов P2Y-рецепторов [4, 34], в той же концентрации оказывал сходный эффект. Действие ATP на кальциевые токи предотвращается сурамином, неселективным антагонистом P2-рецепторов. В отличие от ATP или UTP аденозин в концентрации 100 мкМ не изменял параметры кальциевого тока [33]. Эти данные раскрывают механизм ингиби-торного действия собственно ATP на квантовую секрецию медиатора, в том числе, посредством ингибирования входящего кальциевого тока нервного окончания.
Пресинаптический деполяризующий эффект ATP обнаружен в ресничном ганглии [35]. С целью проверки возможности подобного действия пуринов на пресинаптический калиевый ток в нервно-мышечном синапсе мы провели регистрацию данного тока экстраклеточным электро-
дом с проксимальной части моторного нервного окончания лягушки. При этом постсинаптиче-ские ответы блокировались (+)-тубокурарином. В этом случае второй пик электрограммы, следующий сразу за натриевой компонентой и направленный противоположным образом, отражает калиевый ток нервного окончания [36].
Аппликация ATP не изменила ни натриевый, ни калиевый компонент пресинаптического потенциала действия. Не выявлено также достоверного влиялния аденозина на пресинаптические токи [33].
ДЕЙСТВИЕ ПУРИНОВ НА СЕКРЕЦИЮ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ
Когда потенциал действия достигает нервного окончания, АХ высвобождается из окончания мотонейрона в количестве, определяемом квантовым составом. Квант медиатора — это то количество его молекул, которое содержится в одной пресинаптической везикуле [1, 36]. В ответ на один нервный импульс в норме высвобождается содержимое более 70 везикул, происходит вызванная квантовая секреция [20, 36]. В отсутствие возбуждения нервного окончания происходит спонтанное высвобождение содержимого обычно одной пресинаптической везикулы с частотой 1— 2 Гц — одноквантовая секреция [18], и неквантовая секреция медиатора, использующая пока непонятный механизм невезикулярного выделения АХ из нервного окончания в синапти
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.