Rövid- és hosszú távú (trofikus) purinerg jelátvitel

Előszó

A javaslatról, hogy a purinnukleotidok extracelluláris jelátviteli molekulák, valamint intracelluláris energiaforrás, először Drury & Szent-Györgyi számolt be. Majd 1970-ben kimutatták, hogy az adenozin-5′-trifoszfát (ATP) a vegetatív neuromuszkuláris transzmisszió egyik transzmittere, és egy későbbi áttekintésben bevezették a “purinerg” jelátvitel kifejezést . Ezt a koncepciót a következő 20 évben sokan nem fogadták el. Külön purinerg receptorcsaládokat, a P1 (adenozin) és a P2 (ATP/adenozin-5′-difoszfát (ADP)) receptorokat 1978-ban írták le, de a fordulópont a purinerg jelátvitel elfogadásában azután következett be, hogy az 1990-es évek elején klónozták és jellemezték a purinok és pirimidinek receptorait. Jelenleg négy P1 receptor altípust (A1, A2A, A2B, A3), hét P2X ioncsatorna receptort (P2X1-7) és nyolc G-fehérje kapcsolt receptort (P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6, P2Y11, P2Y12, P2Y13, P2Y14) ismerünk. A P2 receptorok aktiválása az intracelluláris Ca2+ növekedéséhez vezet: extracelluláris forrásokból a P2X receptorok esetében és intracelluláris helyekről a P2Y receptorok esetében. Talán ősi eredetük miatt a purinoceptor altípusok sorozata egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik, mivel rendkívül széles körben eloszlanak az élő sejtekben és szövetekben . Az összes többi kémiai transzmitterrel ellentétben, amelyek általában bizonyos sejttípusokhoz és bizonyos funkciókhoz vannak rendelve, a purinok és pirimidinek receptorai mindenütt megtalálhatók, és szinte lehetetlen olyan sejtet találni, amely ne lenne érzékeny az ATP-re és analógjaira. A terület 1995 óta gyorsan bővült .

Rövid távú purinerg jelátvitel

Az ATP-ről kimutatták, hogy a nem adrenerg, nem kolinerg idegekből felszabaduló transzmitter rövid távú purinerg jelátvitelt vált ki a gátló enterális idegekből a tengerimalac taenia coli-ban és az izgalmi paraszimpatikus idegekből a húgyhólyagban . Rövid távú purinerg jelátvitelt mutattak ki, amikor az ATP-t noradrenalinnal ko-transzmitterként azonosították a taenia coli szimpatikus idegeiben, a macska nyálkahártyájában, a vas deferensben és a vérerekben. Az ATP a fejlődő vázizomzatot , a húgyhólyagot és a nyaki verőeret ellátó motoros idegekben, valamint a szenzomotoros idegekben a substance P-vel és a kalcitonin-génnel kapcsolatos peptiddel együtt szintén ko-transzmitter az acetilkolinnal. Később kimutatták, hogy az ATP a központi idegrendszer (CNS) neuronjaiban rövid távú purinerg jelátvitelt közvetítő ko-transzmitter. A rövid távú purinerg jelátvitel részvételét az érrendszeri tónus szabályozásában az 1. ábra szemlélteti. Az idegek közötti purinerg szinaptikus átvitelt az agyban a coeliacus ganglionban és a medialis habenulában mutatták ki . A szinaptikus átvitel során felszabaduló ATP aktiválhatja az asztrocita receptorokat, amelyek viszont Ca2+ jeleket indítanak és Ca2+ hullámokat terjesztenek az asztroglia hálózatokban a P2Y receptorok aktiválásán és az inozitol-triszfoszfát (IP3) diffúzióján keresztül a réskapcsolatokon keresztül . Az ionotróp P2X receptorok felelősek a gyors asztrocitális jelátvitelért, míg a metabotróp P2Y receptorok közvetítik a hosszú távú hatásokat .

A P1 és P2 receptorokon keresztül a prefunkcionális neuromodulációban részt vevő rövid távú jelátvitelt is felismerték mind a perifériás, mind a CNS-ben . A purinoceptorok kiterjedten jelen vannak a CNS-ben, ahol közvetítik a neuronális ingerlékenységet, és fontos szerepet játszanak a neuronális-gliális áramkörökben történő jelátvitelben, mivel fontos gliotranszmitterek .

A purinoceptorok minden perifériás szövetben jelen vannak, részt vesznek a különböző funkciók rövid és hosszú távú szabályozásában, beleértve a neuromuszkuláris és szinaptikus átvitelt és szekréciót a bélben , valamint a szekréciót a vesében , a májban és a reproduktív rendszerekben . Az érrendszerben és a légzőrendszerben az ATP az érzőidegek aktiválásán keresztül reflextevékenységeket közvetít. A purinoceptorok aktiválása gyors válaszokat közvetíthet az immunrendszerben , a vérsejtekben , a bőrben , a csontokban és az izmokban , a húgyutakban és a szívben . A rövid távú purinerg jelátvitel az endokrin és nem endokrin sejtek szekréciójában is zajlik . A P2X3 és P2X2/3 receptorok részt vesznek a nocicepcióban . A P2Y12 receptorokon keresztül történő purinerg jelátvitel jól ismert a vérlemezkék aggregációjának szabályozásában.

Hosszú távú (trofikus) purinerg jelátvitel

Az ATP és analógjai részt vesznek a sérülésre adott szöveti átalakításban, és kulcsszerepet játszanak a későbbi javulás és regeneráció szabályozásában . A purinoceptorok stimulálása asztrogliózist vált ki, az asztrociták általános válaszát az agyi károsodásra, amely magában foglalja a sejtproliferációt és az idegi áramkörök átalakítását . A reaktív asztrogliózis fontos szerepet játszik mind a heg kialakulásában és az agykárosodott terület korlátozásában (az anizomorf asztrogliózis révén), mind a sérülést követő átalakulásban és az idegi funkciók helyreállításában (az izomorf asztrogliózis révén). Az asztrogliák purinerg jelátvitelre adott válaszainak kezdeti eseményei meghatározóak a gliális Ca2+ gerjeszthetőség szempontjából, vagy hosszú távú hatásokat indíthatnak el . A reaktív asztrogliózishoz nemcsak az intracelluláris kalciumszint növekedése volt feltétlenül szükséges, hanem az ATP-ről is kimutatták, hogy a foszfolipáz C-hez és az IP3-hoz kapcsolódó P2Y G-fehérje kapcsolt receptorok aktiválásán keresztül az egyik kulcsfontosságú tényező a beindulásban . A P2 agonisták ezen trofikus/asztrogliotikus proliferatív hatásait mind in vitro, gliakultúrákban, mind in vivo, patkányok nucleus accumbensében kimutatták . A P2X receptorok közvetítik a hosszú távú potenciálódást a hippokampuszban . A P2X receptorok aktiválása többféle hatást gyakorolhat a szinaptikus plaszticitásra, gátolva vagy elősegítve a szinaptikus erősség hosszú távú változásait a fiziológiai kontextustól függően . A hosszú távú purinerg jelátvitel krónikus gyulladásban és neuropátiás fájdalomban is előfordul .

(a) Embriológiai fejlődés

A P2 receptor altípusok mind az embriológiai, mind a posztnatális fejlődés során átmenetileg megjelennek, ami arra utal, hogy az ATP részt vesz a sejtek szekvenciális proliferációjában, differenciálódásában, mozgásában és halálában az érintett komplex események során . Például Xenopus embriókban egy új P2Y8 receptort klónoztak és kimutatták, hogy átmenetileg kifejeződik a neurális lemezben és a csőben a 13-18. stádiumban, és ismét a 28. stádiumban, amikor a farokrügyben másodlagos neuruláció következik be . A P2Y1 receptorok átmeneti expressziója a csirkeembriók végtagrügyeiben gyors sejtproliferációt közvetít . A kisagy és a vázizomzat posztnatális fejlődése során a P2X receptor altípusok expressziójának változásait írták le. A purinerg jelátvitel a fejlődésben valószínűleg számos más jelátviteli útvonal, köztük növekedési faktorok, citokinek és extracelluláris mátrix komponensek közötti keresztbeszélgetést foglal magában . A myotube korai fejlődése során a P2X5 receptorok voltak jelen, ezt követte a P2X6 receptor expressziója, majd a neuromuszkuláris csomópont fejlődése során a P2X2 receptorok expresszálódtak. Az ATP által kiváltott Ca2+ tranziensek a csirke retinában már E3-ban a legerősebbek voltak, de E11-13,5-ben drasztikusan csökkentek . Hasonló mechanizmusok játszanak szerepet a felnőttkori neurogenezisben .

b) Csontképződés és -felszívódás

Az oszteoklasztok aktivitását és a csontfelszívódást az ADP aktiválja a P2Y1 receptorokon keresztül, míg az ATP és az uridin-5′-trifoszfát (UTP) jelátvitel a P2Y2 receptorokon keresztül az oszteoblasztokban gátolja a csont növekedését és mineralizációját (2. ábra) . A P2X7 receptorok trofikus szabályozó szerepet játszanak a csontképződésben és -felszívódásban . A P2X7 receptorok által aktivált oszteoblasztok fokozott differenciálódást és csontképződést mutatnak , míg az oszteoklasztok P2X7 receptor aktiválása apoptózist és csontfelszívódást idéz elő .

(c) Vaszkuláris remodelling az ateroszklerózisban és az érplasztika utáni restenózisban

A P2Y2 receptorokon keresztül ható ATP és UTP az érrendszeri simaizomsejtek proliferációját okozza. Az endothelsejtek proliferációját a P2Y1 receptorokon keresztül ható ADP idézi elő. Az A2 receptorokon keresztül az adenozin a simaizomzat proliferációjának gátlását, de az endotélsejtek proliferációjának stimulálását közvetíti (3. ábra) . Ez arra utal, hogy az érrendszeri simaizom- és endotélsejtek növekedését mind az ateroszklerózisban, mind a magas vérnyomásban az idegekből és az endotélsejtekből felszabaduló purinok és pirimidinek trofikus hatása közvetítheti, valamint az érplasztika utáni restenózisban . Úgy tűnik, hogy a P2Y4 receptorok az angiogenezis szabályozói . A vasza vasorumban lévő vaszkuláris endotélsejtek DNS-szintézisét és migrációját ATP növeli a beteg tüdőerekben . A mikrovaszkuláris betegséget cukorbetegeknél megnövekedett fal-lumen arány jellemzi. Ennek oka valószínűleg az érrendszeri simaizomsejtek számának növekedése, ami az angioplasztika utáni restenózis magasabb arányához vezet. A magas glükóz által indukált ATP felszabadulás a P2Y receptorokon keresztül serkenti az érrendszeri simaizomsejtek növekedését . A hosszú távú purinerg jelátvitel szokatlan típusa az a bizonyíték, hogy egy kritikus koncentrációban az ATP, mind az eritrocitákra, mind az endotélsejtekre hatva , több órán keresztül a keringő vérbe történő ATP-felszabadulás növekedéséhez vezet.

(d) Bőr

A patkánybőr, valamint a szaruhártya, a nyelőcső, a lágy szájpadlás, a hüvely és a nyelv rétegeinek rétegzett laphámjaiban a P2X5-receptor erős immunfestődést mutatott a sejtdifferenciálódáshoz kapcsolódóan a spinális és granuláris sejtrétegekben, de nem a bazális kuboidális külső rétegekben. A P2X7 receptorok erős immunfestődése a külső rétegben apoptotikus sejthalálhoz társult. A vékonybél epitheliuma gyorsan cserélődik. A P2X5 receptorok a villus goblet sejtjeinek keskeny “szárán” expresszálódnak, míg a P2X7 receptor immunreaktivitás csak a villus csúcsán lévő enterociták és goblet sejtek membránján látható, ahol a sejtek apoptózisban vannak .

A P2X5, P2X7, P2Y1 és P2Y2 receptor altípusok expresszióját vizsgálták egészséges emberi epidermális keratinocitákban a proliferáció (PCNA és Ki-67), a differenciálódás (citokeratin KIO és involukrin) és az apoptózis (TUNEL és antikaszpáz-3) markereivel összefüggésben. A P2Y1 és P2Y2 receptorok immunreaktívak voltak a bazális és parabazális keratinocitákban. A P2X5 receptorok expressziója a stratum spinosumban és a P2X7 receptorok expressziója a stratum corneumban a sejtdifferenciálódással (és az azt követő antiproliferációval), illetve az apoptotikus sejthalállal volt összefüggésben (4. ábra). A tenyésztett keratinocitákon végzett funkcionális kísérletek a sejtek számának növekedését mutatták a P2Y1 receptor 2-metiltio-ADP agonista és a P2Y2 receptor UTP agonista hatására. Ezzel szemben a P2X5 receptor ATPγS agonista és a P2X7 receptor 2′(3′)-O-(4-benzoilbenzoil)ATP agonista hatására a sejtek száma jelentősen csökkent. Azt is kimutatták, hogy a P2Y1 receptorok a fejlődő humán magzati epidermisz bazális rétegében a proliferációhoz kapcsolódnak . A P2X5 receptorok, túlnyomórészt a bazális és a köztes rétegben, a differenciálódással, míg a P2X7 receptorok a peridermában az apoptotikus sejthalállal voltak kapcsolatban.

A purinerg jelátvitel részt vesz a sebgyógyulásban. A denervált sebek regenerálódó epidermiszében a P2Y1 receptor expressziója megnövekedett a keratinocitákban, míg a P2Y2 receptor expressziója csökkent . A denervált sebek idegnövekedési faktor (NGF) kezelése csökkentette a P2Y1 receptorok expresszióját és növelte a P2Y2 receptorok expresszióját. Az NGF-kezelés mind a P2X5-, mind a P2Y1-receptorokat fokozta a keratinocitáknál az innervált sebeknél. Minden kísérleti sebgyógyulási folyamatban a P2X7 receptorok hiányoztak.

Az emberi anagén szőrtüszők P2Y1, P2Y2 és P2X5 receptorokat expresszálnak . A P2Y1 receptorok a külső gyökérhüvely és a gumó proliferáló sejtjeiben voltak jelen, míg a P2X5 receptorok a belső és külső gyökérhüvely és a medulla differenciálódásához kapcsolódtak. A P2Y2 receptorok a kéreg/medulla szélén lévő sejtekben voltak jelen, míg a P2X7 receptorok nem voltak jelen.

(e) rák

A prosztata , hólyag , melanoma , emlő és más szervek daganatainak kialakulásában szerepet játszó purinerg receptor altípusok elemzését írták le . A P2Y1 és P2Y2 receptorok kifejeződtek és részt vettek a sejtproliferációban; a P2X5 receptorok részt vettek a differenciálódásban (és ezért antiproliferatívak voltak), míg a P2X7 receptorok számos tumorban részt vettek a sejthalálban (5. ábra). A P2X7 receptorokról azonban kimutatták, hogy mind a rákos sejtek proliferációját, mind az apoptotikus sejthalált közvetítik . Lehet, hogy a felszabaduló ATP alacsony koncentrációi elősegítik a proliferációt, míg a magas koncentrációk sejthalálhoz vezetnek. A humán melanomákban funkcionális P2X7 receptorok expresszálódnak, amelyek az apoptózist közvetítik , míg a P2Y1 és P2Y2 receptor agonisták a sejtek számának csökkenését, illetve növekedését okozzák . Humán laphámsejtes karcinómában a P2Y2, P2X5 és P2X7 receptorok a jelek szerint a proliferációval, a differenciálódással és a sejthalállal állnak kapcsolatban .

A HT-1376 magas fokú hólyagrák sejtvonalat használva a P2X5 és P2Y11 receptorok közvetítették az ATP antineoplasztikus hatását, míg a P2X7 receptorok az apoptotikus sejthalált . A hormon-refrakter prosztatarák sejtvonalai hasonló eredményeket mutattak . Az ATP csökkentette az egerekbe ültetett előrehaladott, hormon-refrakter prosztatarák in vivo növekedését . Klinikai vizsgálatok kimutatták, hogy az ATP szisztémás adagolása tüdőrákos betegeknél jótékony hatású lehet (a túlélés meghosszabbítása és a kachexia csökkentése) .

A rövid és hosszú távú purinerg jelátvitelben részt vevő második hírvivő mechanizmusok és transzkripciós faktorok

A rövid távú purinerg jelátvitelben részt vevő második hírvivő mechanizmusokat számos tanulmányban elemezték a P2X ioncsatorna receptorok esetében . Mind a P2X, mind a P2Y receptorok elfoglalása az intracelluláris Ca2+ növekedéséhez vezet, a P2X receptorok extracelluláris forrásokból, a P2Y receptorok pedig intracelluláris forrásokból . Kimutatták, hogy az extracelluláris ATP aktiválja a P2X csatorna trimer szerkezetét a három intersubunit-kötőhely megkötésével, ami konformációs átrendeződésekhez vezet, amelyek a β szálak által az ATP-kötő doménekhez kapcsolódó transzmembrán hélixekre kerülnek át . A P2Y receptor altípusok specifikus G-fehérjékhez való kapcsolódására kezdetben az IP3, kalcium, ciklikus AMP (cAMP) intracelluláris szintjének mozgásából és a pertussis toxin érzékenység meghatározásából származó közvetett bizonyítékokból következtettek. A közvetlen bizonyítékokat az ADP és a GTP hidrolízis hatásának mérése követte a P2Y1 és Gαqβ1γ2 vagy Gα11β1γ2-vel rekonstituált vezikulákban. A G-fehérje-kapcsolt P2Y-receptorok a sejtmembránban lévő feszültségkapcsolt ioncsatornák aktivitását is modulálják az aktivált G-fehérjék aktivitásán keresztül (részletes elemzést lásd).

A hosszú távú trofikus jelátvitelben részt vevő transzkripciós faktorok összetettebbek, amint azt a 6. ábra mutatja. A kalcium beáramlás szerepét javasolták a sejtproliferációban . A külső kalciumkoncentráció fontos a kalciumcsatornák működéséhez, és szabályozza a kalciumérzékelő receptorok aktivitását is. A P2Y11 receptor ATP-vel történő aktiválása például a cAMP, az IP3 és a citoszolikus kalcium emelkedéséhez vezet, míg az UTP-vel történő aktiválásról kimutatták, hogy kalcium-mobilizációt eredményez IP3 vagy cAMP emelkedés nélkül .

Következtetés

A trimer P2X ioncsatorna receptorok nagyrészt a rövid távú purinerg jelátvitelt közvetítik, bár vannak példák P2X receptor által közvetített hosszú távú jelátvitelre is. A P1 és P2Y G-fehérje kapcsolt receptorok túlnyomórészt a hosszú távú (trofikus) purinerg jelátvitelben vesznek részt, de van példa rövid távú események közvetítésére is. A purinerg jelátvitel mindkét típusára találunk példákat, és megvitatjuk az érintett intracelluláris transzlációs mechanizmusokat. A rövid és hosszú távú purinoceptorok által közvetített jelátvitel mögöttes mechanizmusainak ismerete segíteni fogja a terápiás célú purinerg gyógyszerek fejlesztését.

Kompetens érdekek

Kijelentem, hogy nincsenek konkurens érdekeim.

Finanszírozás

Ezért a tanulmányért nem kaptam támogatást.

Lábjegyzetek

Egy hozzájárulás 15-ből a Theo Murphy találkozó “Evolution brings Ca2+ and ATP together to control life and death” című számához.