Раздел 2
ВОЗБУЖДАЮЩАЯ СИНАПТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА В ГИППОКАМПЕ
2.1 Глутаматные рецепторы в центральной нервной системе млекопитающих
Большинство возбуждающих синапсов в центральной нервной системе является глутаматэргическими. Описаны три основных класса ионотропных глутаматных рецепторов: каинатные, АМПА и НМДА рецепторы, а также класс метаботропных рецепторов.
Семейство не-НМДА глутаматных рецепторов образуется девятью субъединицами GluR1 - GluR9. GluR1 - GluR4 соответствуют АМПА рецепторам. Рецепторы этого семейства имеют высокую афинность к АМПА, активируются также глутаматом и каинатом. Характерной особенностью каналов, образованных из этих субъединиц, является быстро десенситизирующийся ответ при аппликации АМПА и глутамата и недесенситизирующийся каинатный ответ.
В семейство каинатных рецепторов входят субъединицы GluR5-GluR7 и КА1 и КА2. Все они характеризуются высокой афинностью к каинату. Каналы, образованные этими субъединицами, характеризуются быстро десенситизирующим каинатным ответом [5].
НМДА рецепторы представлены пятью субъединицами: NR1 и NR2A?D. При ко-экспрессии субъединицы NR1 с какой-либо из субъединиц NR2A, -B, -C или -D образуются каналы, различающиеся по кинетике активированного глутаматом тока и чувствительности их к блокированию ионами магния. Однако, основные свойства НМДА-рецепторов, а именно, высокая проницаемость для ионов Са2+, чувствительность к глицину и потенциало-зависимость магниевого блока, сохраняются для всех комбинаций субъединиц.
2.2 Ионотропные глутаматные рецепторы
2.2.1 Структура ионотропных глутаматных рецепторов. Все три класса ионотропных глутаматных рецепторов существуют в виде мультисубъединичных комплексов, которые объединяются в разнообразные и многочисленные рецепторные ансамбли. АМПА рецепторы опосредуют быстрый компонент глутаматэргической синаптической передачи, НМДА - медленный. НМДА рецепторы активируются пресинаптически освобожденным глутаматом при одновременной деполяризации постсинаптической мембраны, вызванной активацией со-локализованных с ними на постсинаптической мембране АМПА-рецепторов. Все GluR рецепторы содержат 3 трансмембранных домена: M1, M3 и M4 и частично погруженную в мембрану с цитоплазматической стороны петлю М2, которая образует собственно внутреннее устье канала и определяет селективность канала к различным ионам [6] (Рис. 2.1)
Рис. 2.1. Трансмембранная топология глутаматного рецептора. Указаны четыре домена М1-М4 и два глутамат-распознающих участка (S1 и S2).
Внеклеточный амино-терминальный или N-домен содержит глутамат-распознающий участок (S1) и ряд модуляторных участков (редокс-сайт, участок для аллостерического связывания экстраклеточных протонов, полиаминов, цинка и т.д.). Короткий сегмент, связанный с глутамат-узнающим участком, играет важную роль в определении воротных свойств АМПА и НМДА рецептор-уравляемых каналов. Петля между М3 и М4 доменами содержит второй глутамат-распознающий участок (S2). Внутриклеточный С-домен вовлечен в механизмы сигнальной передачи, "заякоривания" рецепторов и содержит участки, фосфорилируемые различными протеинкиназами и модулирующие активность глутамат-активируемых каналов. Синаптическая локализация и "заякоривание" глутаматных рецепторов осуществляется с помощью цитоплазматических PDZ-домен содержащих белков. GRIP-белок, содержащий семь PDZ-доменов, взаимодействует с С-доменом глутаматных рецепторов и удерживает рецептор в пределах синапса. Другой белок, белок слияния (fusion protein), связываясь с С-доменом глутаматного рецептора, позволяет глутаматному рецептору отделяться от GRIP-белка и изменять свое положение - встраиваться в синаптическую мембрану или погружаться в цитоплазму.
2.2.2 НМДА-рецепторы. НМДА- рецепторы представляют собой гетеродимеры, состоящие из NR1 и NR2 субъединиц. NR1субъединица является обязательной для канальной активности, в то время, как NR2 субъединица определяет свойства канала и является модуляторной [7-9]. NR1 содержит участок связывания глицина, NR2-глутамат-связывающий участок. В клетках млекопитающих, ко-экспрессия NR1 и NR2 субъединиц существенна для формирования функциональных рецепторов.
НМДА-рецепторы были обнаружены во всех областях мозга, но cамая высокая плотность НМДА рецепторов в СА1 нейронах гиппокампа [10,11]. мРНК NR1субъединицы распределена в мозге почти равномерно. Остальные четыре субъединицы обнаружили разную локализацию: NR2А субъединицы были найдены повсеместно, NR2В субъединицы селективно локализованы в переднем мозге, NR2С экспрессируются преимущественно в гранулярном слое мозжечка и таламусе. NR2С и NR2D субъединицы также были обнаружены в некоторых клетках гиппокампа, вероятно в интернейронах [10]. В настоящей работе обнаружены свидетельства того, что NR2B и NR2D субъеденицы расположены в том числе и на постсинаптических мембранах клеток CA1 гиппокампа.
НМДА-рецептор-управляемые каналы характеризуются низкой избирательностью в проницаемости для моновалентных ионов металлов Na+, K+ и Cs+ и ионов Cl-. Однако, одной из важнейших особенностей НМДА-рецептор управляемых каналов, является их высокая проницаемость для двухвалентных ионов Са2+ (в 4-17 раз выше, чем для ионов Na+), в то время как ионы Mg2+ являются блокаторами НМДА-управляемых каналов [12-20]. Основным переносчиком заряда через НМДА каналы является Na+
Постоянная времени затухания ответов рекомбинантных NR1-NR2 каналов сильно зависит от типа NR2 субъединицы в ансамбле и составляет 120 мс, 400 мс, 380 мс и 4800 мс для NR2А, NR2B, NR2C, NR2D НМДА рецепторов, соответственно [10,21].
Было обнаружено, что глицин необходим для активации НМДА-рецептор-управляемого канала, т.е является ко-агонистом НМДА-рецептора [22,23]. D-серин и D-аланин также связываются с глициновым центром и действуют как ко-агонисы НМДА рецептора, причем EС50 для D-серина в 3-4 раза ниже, чем для глицина. Чувствительность к конкурентным антагонистам глицинового сайта среди различных субъединиц располагается в следующем порядке: