УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2015, том 46, № 2, с. 46-58
УДК 577.152.3
ГАМК^-СОПРЯЖЕННАЯ СГ/НС03-АТФаза: КАНДИДАТ НА НОВЫЙ ПЕРВИЧНО-АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТЕР В НЕЙРОНАЛЬНЫХ МЕМБРАНАХ
© 2015 г. С. А. Мензиков
ФГБНУ НИИ общей патологии и патофизиологии; Москва
С1-транспортные системы мембран клеток различного происхождения (в том числе и нейронов) играют исключительно важную роль в различных процессах их жизнедеятельности. Рассмотрены различные транспортные механизмы, участвующие в поддержании внутриклеточной концентрации ионов С1-, отличающейся от равновесной концентрации. В обзоре представлены биохимические свойства С1/НС03-АТФазы, которая является кандидатом на новую первично-активную систему, сопряженную с ГАМКА-рецепторами нейрональных мембран. Особое внимание уделено рассмотрению предпосылок для существования ГАМКА-сопряженной АТФазы. Приведены данные в пользу не только функциональной, но, и предполагаемой структурной сопряженности фермента с ГАМКа-рецепторами. Делается вывод о важности обнаруженной АТФазы в первично-активных транспортных процессах через плазматические мембраны нейрональных клеток с различным уровнем организации.
Ключевые слова: нейроны, каналы, хлор, бикарбонат, транспорт, АТФ, Mg2+-АТФаза, ГАМКА-ре-цепторы.
ВВЕДЕНИЕ: СУЩЕСТВОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СГ-ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
Одной из основных функций нервной ткани является передача электрических импульсов от нейрона к нейрону. Передача нервного импульса опосредуется деполяризацией или гиперполяризацией мембранного потенциала (Ем), которые возникают в результате движения не только катионов [31, 32], но и анионов (в перую очередь, С1- и НСО3) через ионные каналы, расположенные в нейрональных мембранах [35, 60]. Повышенный интерес к роли С1- и НСО3- в функциональной активности нейронов обусловлен не только тем, что в концентрационном отношении они преобладают среди других анионов, содержащихся в нейрональной ткани, но прежде всего тем, что им отводится важная роль в регуляции функции сигнальных систем клетки [38, 47]. В настоящее время доказано существование пяти С1-транспортирующих систем в нейрональных мембранах, поддерживающих внутриклеточную концентрацию [С1-]вн: катион/С1-котранспортер (СССэ) [72]; С17НС03"-антипортер (АБб) [104]; С1-/Н+-антипортер (С1С) [70], Ка+-зависимый С1-/ НС03-обменник (КБСВБ) [42] и первично-активная АТФ-зависимая система (С1-АТФаза/С1-насос) [67]. Кроме того, в плазматических мемб-
ранах первичных рецепторных систем и развитых нейронов обнаружена ГАМКА-сопряженная ани-он-активируемая Mg2+-АТФаза, которая стимулируется ионами С1- и НСО3 (С1/НСО3-АТФаза) при определенных соотношениях их концентраций [7-10]. Предполагается, что этот фермент не только функционально, но и структурно сопряжен с ГАМКА-рецепторами. В пользу гипотезы о существовании АТФазы, сопряженной с тормозными рецепторами, свидетельствуют данные, демонстрирующие присутствие в специфических нейронах мозга ГАМКА-регулируемого С1-насо-са [65], который, при взаимодействии с ГАМК, индуцирует АТР-зависимый транспорт С1- против электрохимического градиента. Настоящий обзор посвящен обсуждению свойств ГАМКа-сопряженной С1/НСО3-АТФазы нейрональных мембран и ее места среди других С1-транспорти-рующих систем.
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ГАМК^-РЕГУЛИРУЕМОГО С1--НАСОСА
Двойственный характер функционирования ГАМКА-рецепторов. Установлено, что ионы С1-вносят незначительный вклад в потенциал покоя [62]. Кратковременные изменения внеклеточ-
ной концентрации [С1-]нар, в сравнении с внутриклеточной концентрацией [С1]вн, оказывают значительно меньшие влияния на мембранный потенциал. Это связано с тем, что [С1]вн подстраивается под новые условия за счет работы существующих в плазматических мембранах С1--транспортирующих механизмов, в зависимости от того, положителен или отрицателен ЕС1- по отношению к потенциалу покоя [2, 63]. В то же время, кратковременные изменения [С1]вн существенно влияют на мембранный потенциал и вызывают его торможение или возбуждение [41, 90]. Поскольку в основе тормозных ответов лежит увеличение С1-проводимости, потенциал реверсии тормозного тока равен равновесному потенциалу ионов С1-, и амплитуда тока описывается формулой: Д/ тормозный = Д/С1 = Дg-C1(Fm-- Е~С1) [31]. Направленность С1-тока (входящий или выходящий) зависит положительный или отрицательный Ем по отношению к Е-С1 [77, 91]. Так, в незрелых нейронах и в первичных нейронах сенсорных систем Ем более отрицателен, чем Е-С1, и медиатор, взаимодействуя с ГАМК^-рецептора-ми на постсинаптической мембране, индуцирует выход С1- из нейрона и возбуждение нейрональ-ной мембраны [39, 99]. Достаточно убедительным объяснением этого феномена является отсутствие или гипофункция С1-выталкивающих механизмов в нервных клетках эмбрионов или новорожденных животных. В частности, в этих нейронах основная роль в поддержании высокой (~ 60 мМ) [С1]вн отводится чувствительному к диуретикам ККСС1 ко-транспортеру [72], а также первично-активной, независимой от №+, АТФ-за-висимой системе [40, 89]. Эти белки транспортируют С1- в нейрон против электрохимического градиента [27, 28]. АТФаза, участвующая в таком С1-транспортирующем процессе, обнаружена в первичных рецепторных нейронах обонятельного эпителия [3, 11]. В то же время, в мембранах развитых нейронов Ем более положителен, чем Е-С1, и тормозные медиаторы индуцируют вход С1- в нейрон по электрохимическому градиенту, обеспечивая торможение нейрональной мембраны [5, 41, 53]. В таких нейронах основная роль в поддержании низкой (~6 мМ) [С1]вн отводится чувствительному к производным стильбеновой кислоты КСС2 ко-транспортеру [35, 72], а также первично-активной АТФ-зависимой системе (С1-АТФаза/С1-насос) [79].
До 90-х гг. общепризнанной была точка зрения, что медиаторы (ГАМК или глицин) оказывают тормозное действие на синаптическую проводимость [5, 35, 41]. Однако уже в ранних работах было показано, что тормозной эффект медиато-
ров не всегда приводит к гиперполяризации мембранного потенциала. Так, ГАМК^-индуцируемая деполяризация Ем была обнаружена не только в нейрональных мембранах эмбрионов [45] , но и в различных нейронах взрослых животных [43, 92]. Было предположено, что такое ГАМК^-деполяри-зующее действие в дендритных областях пирамидальных нейронов гиппокампа взрослых крыс связано с внутриклеточным насосным транспортом С1- внутрь нейрона [68]. Такой быстрый вход С1- через ГАМК^-активируемые рецепторы приводит к значительному увеличению [С1]вн, что и вызывает уменьшение ГАМК^-индуцируемой стимуляции транспорта С1- в нейрон [38]. Однако в других работах было показано, что такая деполяризация наблюдается при сильной стимуляции, такой, как высокая концентрация, частота или длительность воздействия ГАМКА-ергических лигандов [73, 77]. Кроме того, было показано, что ГАМК^-индуцируемая деполяризация имеет медленное прохождение во времени после первой фазы быстрой гиперполяризации [73, 77]. Феномен деполяризации был неодинаково интерпретирован различными авторами, хотя у них была общая идея об участии не только ионов С1-, но и НСО3- в возникновении ГАМК^-индуцируемой деполяризации [43, 74, 94, 100]. Так, Сталей и коллеги предположили, что интенсивное активирование ГАМКА-рецепторов индуцирует С1/ НСО3-проводимость, в ходе которой транспорт С1-, направленный из экстрацеллюлярного пространства в нейрон увеличивает концентрацию этого аниона от 10 мМ, тогда как ионы НСО3-транспортируются из нейрона, при этом их концентрация увеличивается снаружи клетки от 2 мМ [101]. Такая гипотеза была частично подтверждена экспериментами, которые показали, что конечная фаза интенсивного ГАМК^-индуци-руемого постсинаптического тока пирамидальных клеток гиппокампа крыс вызвана, главным образом, транспортом НСО3- [100]. При изменении внутриклеточной концентрации аниона полярность двухфазного ГАМК^-индуцируемого тока тоже меняется, т.е. С1/НСО3-ток изменяет свою направленность. Кроме того, было показано, что увеличение [С1]вн не происходит в течение начальной фазы ГАМК^-индуцируемой деполяризации [95]. На основании этих результатов было предположено, что в нейрональной клетке с высоким содержанием ионов С1- не будет происходить их аккумуляции С1-, а наоборот, эти анионы будут истощаться в начальной фазе ГАМКа-индуцируемого постсинаптического тока [76, 95]. Авторами ставился вопрос о вовлечении в этот процесс не только пассивного транспорта ионов
Cl- и НСО3-, но и Cl-АТФазы, транспортирующей Cl- в нейрональную клетку [95]. Кроме того, было предположено, что в пролонгирующей ГАМК-ин-дуцируемой деполяризующей фазе может быть активирование нетипичных ГАМК^-рецепторов, связанных с анионным каналом, имеющим необычно высокую проницаемость для ионов НСО3-[95]. В настоящее время ионные механизмы этого процесса окончательно не выяснены.
Роль АТФ в функционировании ГАМКА-рецеп-торов. Многочисленными исследованиями установлено, что активность лиганд-управляемых Cl--каналов в нейрональных клетках с различным уровнем развития является энергозависимой [1, 52]. Понижение внутриклеточной концентрации АТФ, которое приводит к угнетению функциональной активности ГАМКА-рецепторов, наблюдается при таких заболеваниях, как эпилепсия, ишемия или гипоксия [34, 36, 92, 103]. Так, при ишемической болезни понижение внутриклеточной концентрации АТФ в синаптонейросомах мозга крыс вызывало уменьшение функции ГАМ-КА-рецепторов [59]. В ряде работ также было показано, что уменьшение ГАМКА-индуцируемого транспорта Cl- синаптонейро сомами мозга крыс коррелировало с истощением уровня АТФ в нейронах мозга [78]. Возможной причиной такого эффекта является разблокирование так называемых "АТФ-рецепторов" - гипотетических мест связывания АТФ на интрацеллюлярной поверхности а-субъединицы ГАМКА-рецепторного комплекса [31]. Кроме того, было обнаружено, что при введении 4 мМ АТФ в нейрональную клетку предотвращается понижение лиганд-регулируе-мого Cl-тока [103, 113].
Уже в ранних электрофизиологических исследованиях функции ГАМКА-рецепторов было показано, что длительное воздействие или высокая концентрация медиатора вызывают снижение
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.