Iontové kanály aktivované neuropřena enašeči http://www.biomed.cas.cz/d331/index.html Ladislav Vyklický Johannes Evangelista Purkinje 1787-1869 Mozek dospělého člověka je tvořen ~50,000,000,000 neurony, které mezi sebou vytvářejí 10 14 až 5 10 14 (100-500 trillion) synaptických kontaktů Označení synapse pochází od Charlese Scotta Sherringtona (1857 1952; Anglie) v roce 1932 mu byla udělena Nobelova cena za fyziologii a medicinu.
Chemická synapse Ramon y Cajal (1852-1934), synaptická štěrbina 1. Sdrce 2. Sdrce 1921 Otto Loewi (1873-1961) Acetylcholin Stimulace vagu Extracelulární tekutina Snížení tepové frekvence Snížení tepové frekvence 3 Definice neuropřena enašeče Aby látka mohla být považována za neuropřenašeč musí splňovat následující kriteria (Paton 1958) : 1. Presynaptický neuron musí obsahovat předpokládanou látku a být schopen ji uvolnit 2. Látka musí být uvolněna po stimulaci presynaptického axomu 3. Aplikace látky na postsynaptický neuron vyvolává stejný účinek jako má přirozený neuropřenašeč 4. Působení látky na postsynaptický neuron musí být farmakologicky ovlivněno stejně jako působení neuropřenašeče 5. V blízkosti synapse musí být přítomen enzym, ktetý neurotransmiter odstraní nebo rozloží 4
Chemická synapse 1 2 Molekuly meuropřenašeče jsou po syntéze transportovány do váčků. Akční potenciál přichází do presynaptického zakončení. Myelinová pochva Axon Extracelulární prostor Na + kanál 3 Otvírají se napěťově řízené Ca 2+ kanály a Ca 2+ vstupuje dovnitř. Ca 2+ kanál 4 Presynaptické zakončení nervové buňky Vzestup koncentrace Ca 2+ spouští splynutí váčků s presynaptickou membránou. Molekuly neuropřenašeče K + kanál i (elektrický proud) Synaptická štěrbina 5 Neuropřenašeč difunduje přes synaptickou štěrbinu a váže se na receptory na postsynaptické buňce. Postsynaptická buňka Receptory s navázaným neuropřenašečem aktivují postsynaptickou buňku. 6 Neuropřenašeč se rozkládá, je transportován do presynaptického zakončení, jinou buňkou nebo difunduje pryč ze synapse. 7 5 Neuropřena enašeče Acetylcholin Aminy Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny NO CO Lipidy 6
Chemická signalizace Receptor iontové kanály Receptory spojené s trimerními G proteiny Receptory mající enzymatickou aktivitu Intracelulární receptory 7 Receptory pro neuropřena enašeče Ionotropní receptory Metabotropní receptory 8
Neuropřena enašeče Ionotropní receptory Metabotropní receptory Acetylcholin Aminy Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny NO CO Lipidy 9 Synaptické váčky Postsynaptická densita Synaptická štěrbina Postsynaptický neuron 10
Dendritické trny 11 Ionotropní receptor Axon Akční potenciál Metabotropní receptor Axon Akční potenciál Acetylcholin Acetylcholin Srdeční sval Kosterní sval Aktivace nikotinického ACh receptoru Membránová depolarizace Aktivace muskarinického ACh receptoru Uvolnění a-gtp + bg z heteromerických G proteinů Akční potenciál a excitace bg aktivace K+ kanálů Kontrakce svalu Membránová hyperpolarizace Snížení tepové frekvence 12
Struktura iontového kanálu Iontové kanály jsou proteinové struktury tvořící póry, které umožňují tok iontů přes plazmatickou membránu Senzor Membrána Selektivní filtr Branka 3-D rekonstrukce molekuly ACh receptoru 13 Neuropřenašeči aktivované iontové kanály jsou obvykle oligomerní komplexy, které se skládají z několika podjenotek. Cis loop receptory GABA Glycin Acetylcholin Serotonin Glutamátové receptory ATP řízené receptory Trimer Tetramer Pentamer Hexamer 14
Základní principy aktivace iontových kanálů neuropřena enašečemem 15 Aktivace iontového kanálu agonistou Iontový kanál se nachází ve dvou konformačních stavech: a) zavřeném (s nebo bez agonisty) a Agonista b) otevřeném (pouze s agonistou). 16
Křivka závislosti z velikosti odpovědi di na koncentraci agonisty EC 50 je koncentrace agonisty, která vyvolává právě 50 % maximální efekt Agonista 100% 50% 0 0.1 1 10 100 1000 17 Hillův koeficient Jsou zapotřebí dvě molekuly agonisty,,aby došlo k aktivaci IK 18
Desensitizace a pravděpodobnost podobnost otevřen ení Desensitizace je stav kdy je receptor refrakterní k další aplikaci agonisty Při vysoké koncentraci agonisty Po je vždy <1 19 Typy inhibice chemicky aktivovaných iontových kanálů Agonista přirozený syntetický Antagonista Kompetitivní Nekompetitivní Antagonista Agonista Blokátor 20
Co urč určuje dobu trvá trvání postsynaptoických potenciá potenciálů? Opakovaná vazba Vlastnosti receptorů 21 22
Během 18 hodin je přibližně polovina nově syntetizovaných ionotropních receptorů degradována 10% Degradace Recyklace Transport DNA RNA Protein Kompletace 90% 23 Zastoupení jednotlivých druhů synapsí v CNS GABAminergní Glycinergní Purinergní (ATP) Cholinergní Serotonergní Glutamátergní 24
Iontové kanály aktivované neuropřena enašeči; dělení na excitační a inhibiční Excitační Inhibiční 5-hydroxytryptaminem aktivované IK (5-HT3) ATP aktivované IK (P2x) Glutamátem aktivované IK (GluR) Acetylcholinem aktivované IK (ACh) γ- aminomáselnou kyselinou aktivované IK (GABA) Glycinem aktivované (IK) 25 Metody 26
Modely Rekombinantní receptory HEK293 a COS Nativní receptory Hipokampáln lní neurony Synaptický přenos Kortikáln lní řízky DRG neurony 27 Aplikace látekl 28
Aplikace látekl 29 Aplikace látekl Testovaná látka (neurosteroid) Agonista (glutamát) 30
Elektrofyziologická laboratoř Stimulator Miktoskop TV kamera + monitor Pipeta Patch clamp zesilovač Snímací komůrka s řízkem Osciloskop Mikromanipulátor31 Izolace tkáně Izolace mozku Zchlazení na 4 C
Vibratom zařízen zení na přípravu p pravu řízků Detail komůrky Komůrka Žiletka Směr vibrací žiletky Nervová tkáň Směr posumu tkáně Led
Řízek z prodloužen ené míchy E Mikrofotografie živého neuronu Fotografie řízku připraveného pořízená za použití z prodloužené mích potkana. DIC-IR mikroskopie. DS dorzální strana, E patch clampová elektroda VS ventrální strana, T vlákno přidržující řízek k podložce, Sp5 kaudální část jádra trigeminu Gene knockout DNA gen DNA Gene knockout DNA neg DNA Genetické manipulace Germinální buňky Germinální buňky -bez genu Bahaviorální, farmakologické a jiné testy 36
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny Lipidy Lišaj smrtihlav 37 METABOTROPNÍ GLUTAMÁTOVÉ RECEPTORY Extracelulární prostor C IONOTROPNÍ GLUTAMÁTOVÉ RECEPTORY Glutamát vázající domena Kanál-tvarující domena RODOKMEN METABOTROPNÍCH GLUTAMÁTOVÝCH RECEPTORŮ RODOKMEN IONOTROPNÍCH GLUTAMÁTOVÝCH RECEPTORŮ 38
Kys. glutamová Ionotropní glutamátov tové receptory Receptor Podjednotka Gen Chromozom AMPA GluR1 GRIA1 5q33 GluR2 GRIA2 4q32-33 GluR3 GRIA3 Xq25-26 GluR4 GRIA4 11q22-23 AMPA (α-amino-3-hydroxyl-5-methyl- 4-isoxazole-propionate) Kainate GluR5 GRIK1 21q21.1-22.1 GluR6 GRIK2 6q16.3-q21 GluR7 GRIK3 1p34-p33 KA-1 GRIK4 11q22.3 KA-2 GRIK5 19q13.2 NMDA NR1 GRIN1 9q34.3 NR2A GRIN2A 16p13.2 NR2B GRIN2B 12p12 Kainát NR2C GRIN2C 17q24-q25 NR2D GRIN2D 19q13.1qter NR3A GRIN3A 9q31.1 NR3B GRIN3B 19p13.3 NMDA N-methyl-D-aspartát 39 AMPA receptor GluR2 /GluA2/ C N C C - terminální část C N N NSIQIGGLFPRGADQEYSAFRVGMVQFSTSEFRLTPHIDNLEVANSFAVTNAFCSQFSRGV YAIFGFYDKKSVNTITSFCGTLHVSFITPSFPTDGTHPFVIQMRPDLKGALLSLIEYYQWDKF AYLYDSDRGLSTLQAVLDSAAEKKWQVTAINVGNINNDKKDETYRSLFQDLELKKERRVIL DCERDKVNDIVDQVITIGKHVKGYHYIIANLGFTDGDLLKIQFGGANVSGFQIVDYDDSLV SKFIERWSTLEEKEYPGAHTATIKYTSALTYDAVQVMTEAFRNLRKQRIEISRRGNAGDCL ANPAVPWGQGVEIERALKQVQVEGLSGNIKFDQNGKRINYTINIMELKTNGPRKIGYWSE VDKMVVTLTELPSGNDTSGLENKTVVVTTILESPYVMMKKNHEMLEGNERYEGYCVDLAA EIAKHCGFKYKLTIVGDGKYGARDADTKIWNGMVGELVYGKADIAIAPLTITLVREEVIDFS KPFMSLGISIMIKKPQKSKPGVFSFLDPLAYEIWMCIVFAYIGVSVVLFLVSRFSPYEW HTEEFEDGRETQSSESTNEFGIFNSLWFSLGAFMQQGCDISPRSLSGRIVGGVWWF FTLIIISSYTANLAAFLTVERMVSPIESAEDLSKQTEIAYGTLDSGSTKEFFRRSKIAVFDKM WTYMRSAEPSVFVRTTAEGVARVRKSKGKYAYLLESTMNEYIEQRKPCDTMKVGGNLDSK GYGIATPKGSSLRNAVNLAVLKLNEQGLLDKLKNKWWYDKGECGSGGGDSKEKTSALSL SNVAGVFYILVGGLGLAMLVALIEFCYKSRAEAKRMKVAKNPQNINPSSSQNSQNFA TYKEGYNVYGIESVKI N - terminální část 40
GluR2 N NTD N Terminální Doména LBD Ligand Binding Doména C Membránová Doména 41 GluR2 42
Alternativní sestřih pre-mrna Insert (a,b) Sestřih Alternativní sestřih mrna NR1-1a NR1-1b NR1-2a NR1-2b NR1-3a NR1-3b NR1-4a NR1-4b Kazeta 1.- 2. -- Překlad 3. NR2A NR2B NR2C NR2D NR1-1a NR2A NR2B NR2B NR2A NR1-1a NR2A 43 RNA editing Q/R místo m AMPA receptorů tvořených GluR2 DNA RNA protein V DNA CAG tento triplet kóduje glutamin (Q) V RNA je překvapivě CGG tento triplet kóduje arginin (R) glutamin (Q) arginin (R) RNA editing C - terminální část II. Membránová oblast NSIQIGGLFPRGADQEYSAFRVGMVQFSTSEFRLTPHIDNLEVANSFAVTNAFCSQFSRGVYAIFGFYDKKSVNTITSFCGTLHVSFITPSFPTDGTHPFVIQMRPDL KGALLSLIEYYQWDKFAYLYDSDRGLSTLQAVLDSAAEKKWQVTAINVGNINNDKKDETYRSLFQDLELKKERRVILDCERDKVNDIVDQVITIGKHVKGYHYIIANL GFTDGDLLKIQFGGANVSGFQIVDYDDSLVSKFIERWSTLEEKEYPGAHTATIKYTSALTYDAVQVMTEAFRNLRKQRIEISRRGNAGDCLANPAVPWGQGVEIERA LKQVQVEGLSGNIKFDQNGKRINYTINIMELKTNGPRKIGYWSEVDKMVVTLTELPSGNDTSGLENKTVVVTTILESPYVMMKKNHEMLEGNERYEGYCVDLAAEIA KHCGFKYKLTIVGDGKYGARDADTKIWNGMVGELVYGKADIAIAPLTITLVREEVIDFSKPFMSLGISIMIKKPQKSKPGVFSFLDPLAYEIWMCIVFAYIGVSVV LFLVSRFSPYEWHTEEFEDGRETQSSESTNEFGIFNSLWFSLGAFMQQGCDISPRSLSGRIVGGVWWFFTLIIISS YTANLAAFLTVERMVSPIESAEDLSKQTEIAYGTLDSGSTKEFFRRSKIAVFDKMWTYMRSAEPSVFVRTTAEGVARVRKSKGKYAYLLESTMNEYIEQRKPCDTMK VGGNLDSKGYGIATPKGSSLRNAVNLAVLKLNEQGLLDKLKNKWWYDKGECGSGGGDSKEKTSALSLSNVAGVFYILVGGLGLAMLVALIEFCYKSRAEAKR MKVAKNPQNINPSSSQNSQNFATYKEGYNVYGIESVKI N - terminální část 44
RNA editing GluR2 Ca 2+ Na + glutamin (Q) arginin (R) RNA editing TM4 TM3 TM2 TM1 45 PKA fosforylační místa NR2B podjednotky NMDA receptoru Serin EHLFYWQFRHCFMGVCSGKPGMVFSISRGIY SCIHGVAIEERQSVMNSPTATMNNTHSNILRL LRTAKNMANLSGVNGSPQSALDFIRRESSVY DISEHRRSFTHSDCKSYNNPPCEENLFSDYIS EVERTFGNLQLKDSNVYQDHYHHHHRPHSIG STSSIDGLYDCDNPPFTTQPRSISKKPLDIGLP SSKHSQLSDLYGKFSFKSDRYSGHDDLIRSD VSDISTHTVTYGNIEGNAAKRRKQQYKDSLK KRPASAKSRREFDEIELAYRRRPPRSPDHKRY FRDKEGLRDFYLDQFRTKENSPHWEVDLTDIY KERSDDFKRDSVSGGGPCTNRSHLKHGTGE KHGVVGGVPAPWEKNLTNVDWEDRSGGNFC RSCPSKLHNYSSTVAGQNSGRQACIRCEACK KAGNLYDISEDNSLQELDQPAAPVAVTSNAS STKYPQSPTNSKAQKKNRNKLRRQHSYDTFV DLQKEEAALAPRSVSLKDKGRFMDGSPYAHM FEMPAGESSFANKSSVPTAGHHHNNPGSGY MLSKSLYPDRVTQNPFIPTFGDDQCLLHGSKS YFFRQPTVAGASKTRPDFRALVTNKPVVSALH GAVPGRFQKDICIGNQSNPCVPNNKNPRAFN GSSNGHVYEKLSSIESDV Threonin 46
SNP Single-nucleotide nucleotide polymorphism NMDA r - NR2A podjednotka Non-synonymous SNP (leucin za jinou AK) Synonymous SNP (fenylalanin za fenylalanin) 1 MGRLGYWTLLVLPALLVWRDPAQNAAAEKGPPALNIAVLLGHSHDVTERELRNLWGPEQA 61 TGLPLDVNVVALLMNRTDPKSLITHVCDLMSGARIHGLVFGDDTDQEAVAQMLDFISSQT 121 FIPILGIHGGASMIMADKDPTSTFFQFGASIQQQATVMLKIMQDYDWHVFSLVTTIFPGY 181 RDFISFIKTTVDNSFVGWDMQNVITLDTSFEDAKTQVQLKKIHSSVILLYCSKDEAVLIL 241 SEARSLGLTGYDFFWIVPSLVSGNTELIPKEFPSGLISVSYDDWDYSLEARVRDGLGILT 301 TAASSMLEKFSYIPEAKASCYGQAEKPETPLHTLHQFMVNVTWDGKDLSFTEEGYQVHPR 361 LVVIVLNKDREWEKVGKWENQTLSLRHAVWPRYKSFSDCEPDDNHLSIVTLEEAPFVIVE 421 DIDPLTETCVRNTVPCRKFVKINNSTNEGMNVKKCCKGFCIDILKKLSRTVKFTYDLYLV 481 TNGKHGKKVNNVWNGMIGEVVYQRAVMAVGSLTINEERSEVVDFSVPFVETGISVMVSRS 541 NGTVSPSAFLEPFSASVWVMMFVMLLIVSAIAVFVFEYFSPVGYNRNLAKGKAPHGPSFT 601 IGKAIWLLWGLVFNNSVPVQNPKGTTSKIMVSVWAFFAVIFLASYTANLAAFMIQEEFVD 661 QVTGLSDKKFQRPHDYSPPFRFGTVPNGSTERNIRNNYPYMHQYMTRFNQRGVEDALVSL 721 KTGKLDAFIYDAAVLNYKAGRDEGCKLVTIGSGYIFATTGYGIALQKGSPWKRQIDLALL 781 QFVGDGEMEELETLWLTGICHNEKNEVMSSQLDIDNMAGVFYMLAAAMALSLITFIWEHL 841 FYWKLRFCFTGVCSDRPGLLFSISRGIYSCIHGVHIEEKKKSPDFNLTGSQSNMLKLLRS 901 AKNISNMSNMNSSRMDSPKRATDFIQRGSLIVDMVSDKGNLIYSDNRSFQGKDSIFGDNM 961 NELQTFVANRHKDNLSNYVFQGQHPLTLNESNPNTVEVAVSTESKGNSRPRQLWKKSMES 1021 LRQDSLNQNPVSQRDEKTAENRTHSLKSPRYLPEEVAHSDISETSSRATCHREPDNNKNH 1081 KTKDNFKRSMASKYPKDCSDVDRTYMKTKASSPRDKIYTIDGEKEPSFHLDPPQFVENIT 1141 LPENVGFPDTYQDHNENFRKGDSTLPMNRNPLHNEDGLPNNDQYKLYAKHFTLKDKGSPH 1201 SEGSDRYRQNSTHCRSCLSNLPTYSGHFTMRSPFKCDACLRMGNLYDIDEDQMLQETGNP 1261 ATREEVYQQDWSQNNALQFQKNKLRINRQHSYDNILDKPREIDLSRPSRSISLKDRERLL 1321 EGNLYGSLFSVPSSKLLGNKSSLFPQGLEDSKRSKSLLPDHASDNPFLHTYGDDQRLVIG 1381 RCPSDPYKHSLPSQAVNDSYLRSSLRSTASYCSRDSRGHSDVYISEHVMPYAANKNTMYS 1441 TPRVLNSCSNRRVYKKMPSIESDV SNP molekuly DNA se liší v jednom páru bazí 47 Protein proteinové interakce NMDA receptoru 48
Aktivace NMDA receptoru GLU GLY GLY GLU Depolarizace [Ca 2+ ] i 2 pa 5 ms 49 Farmakologie NMDA receptoru Ketamin Agonista Glutamát NMDA Koagonista Glycin APV Ifenprodil Polyamin y H + 7ClK Zn 2+ Neurosteroidy Mg 2 + Ketami n MK- 801 PCP Memantin Kompetitivní antagonista Nekompetitivní antagonista Nekompetitivní antagonista - blokátor iontového kanálu Napěťově závislý inhibitor Use-dependent inhibitor 50
Mg 2+ je blokátor NMDA receptor IK 51 Excitační synapse 10 mm Glu 1 M Glu Glutamatový transporter 52
Uvolňov ování glutamátu tu z presynaptické terminály 53 Kolik molekul glutamátu tu je v blízkosti NMDA receptoru během b synaptického přenosu? 8 nm 6.5 nm Koncentrace glutamátu = 1 mm Avogadrovo číslo = 6. 10 23 V = 1000 nm 3 54
Kolik molekul glutamátu tu je v blízkosti NMDA receptoru během b synaptického přenosu? 8 nm Odpověď: 1 molekula glutamátu (0.6) 6.5 nm 55 Jakou dráhu urazí molekula glutamátu u během b 1 ms? 8 nm Difúze a Brownův pohyb 6.5 nm 56
Jakou dráhu urazí molekula glutamátu u během b 1 ms? 8 nm Odpověď: 1 μm 6.5 nm 1 μm 57 Excitační postsynaptické proudy AMPA receptor EPSC NMDA receptor EPSC 58
Regulace uvolňov ování glutamátu tu Metabotropní GLU receptor Glutamát Presynaptický neuron 59 Uptake glutamátu tu Glutamin syntáza 60
Kolik NMDA receptorů je aktivováno během b EPSC? bicuculine, strychnine, CNQX, TTX NMDA mepsc 61 Kolik NMDA receptorů je aktivováno během b EPSC? NMDA mepsc bicuculine, strychnine, CNQX, TTX S = i/u (50 ps) i = 50.10-12 x 40.10-3 i = 2 pa? otevřených iontových kanálů 20 pa / 2 pa = 10? NMDA receptorů Po = 10% 100 NMDA receptorů 62
Kolik NMDA receptorů je aktivováno během b EPSC? 10 nm 100 nm 1 μm 63 Receptory se v membráně pohybují Trvá asi 1s od doby co NMDA receptor vstoupil do synapse než z ní opět vystoupí 64
Dvě Dvě různé zné glutamá glutamátergní tergní synapse na neuronu mohou mí mít postsynapticky jak AMPA tak NMDA receptory s rů různým podjednotkovým slož složení ením AMPA receptory lišící se podjednotkovým složením NMDA receptory lišící se podjednotkovým složením 65 Relativní e mě Relativní zastoupení zastoupení AMPA a NMDA receptory se můž může měnit. AMPA receptor NMDA receptor NMDA receptory 1s AMPA a NMDA receptory 66
Dlouhodobé změny účinnosti synaptického přenosu (Long Term Potentiation LTP Long Term Depression - LTD) 67 Dlouhodobá potenciace synaptického přenosu LTP Experientální uspořádání Kontrola Dráždění Schafferových kolaterál TEST Dráždění Schafferových kolaterál KONTROLA Hipokampus Potkaní mozek Amplituda EPSC (mv) CA1 neurony CA1 neuron bez depolarizace Schafferovy kolaterály (z CA3 neuronů CA3 neurony CA1 neuron Amplituda EPSC (mv) CA1 neurony Test CA1 neuron s depolarizací 68
AMPA receptor NMDA receptor Zvýšení [Ca 2+ ] Nízkofrekvenční stimulace Vysokofrekvenční stimulace Mírné zvýšení [Ca 2+ ] Značné zvýšení [Ca 2+ ] Ca 2+ závislá fosfatáza Ca 2+ /Calmodulin kináza a protein kináza C LTP Fosforylované synaptické proteiny Defosforylované synaptické proteiny LTD 69 Presynaptický mechnismus LPT Indukce LTP NO, CO [Ca 2+ ] Postsynaptická část Presynaptická část Presynaptická část Amplituda EPSC Amplituda EPSC Kontrola LTP Postsynaptická část 70
Indukce LPT 1. Posynaptick synaptický mechnismus LPT [Ca 2+ ] NMDA receptory AMPA receptory Presynaptická část Amplituda EPSC Kontrola NMDA receptor EPSC bez Mg 2+ AMPA receptor EPSC Postsynaptická část Amplituda EPSC LTP 71 Indukce LPT 2. Posynaptick synaptický mechnismus LTP [Ca 2+ ] Kontrola Presynaptická část NMDA receptory AMPA receptory Amplituda EPSC LTP Amplituda EPSC Fosforylace Postsynaptická část 72
Excitotoxicita 73 Fyziologie a patologie NMDA receptorů + LTP LTP Vývoj Synaptický přenos NMDA receptory - Zvýšená excitabilita Poruchy kognitivních funkcí Neurodegenerace (excitotoxicita) 74
Excitotoxicita Syndrom čínské restaurace" Kontrola Glutamát 30 min A B Synaptické receptory Mimosynaptické receptory 75 Vliv glutamátu tu na intracelulárn rní koncentraci Ca 2+ 100 μm glutamátu na 2s 80 s 76
Excitotoxicita Hromadění K + extracelulárně Nedostatečný uptake glutamátu Zvýšená extracelulární koncentrace glutamátu K + vyvolaná depolarizace neuronů K + vyvolané zvýšené uvolňování glutamátu Dlouhodobá aktivace NMDA receptorů Snížená míra blokády NMDA receptorů Mg 2+ 77 Mechanismus buněč ěčné smrti 78
Glutamátergní teorie vzniku: Výrazná neurodegenerace Alzheimerova choroba Důsledky mozkové příhody Tramatické poškození mozku Parkinsonova choroba Tardivní dyskinezie Huntingtonova choroba Amyotrofická laterální skleroza Olivopontocerebellar degenerace AIDS Alergická encefalomyelitida Další Epilepsie Anxieta Deprese Schizofrenie Chronická bolest Léková závislost 79 Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny Lipidy 80
Ionotropni GABA A receptory α (alfa) podjednotka (6) β (beta) podjednotka (3) γ (gama) podjednotka (3) δ (delta) podjednotka (3) ε (epsilon) podjednotka π (pi) podjednotka θ (theta) podjednotka GABRA1, GABRA2, GABRA3, GABRA4, GABRA5, GABRA6 GABRB1, GABRB2, GABRB3 GABRG1, GABRG2, GABRG3 GABRD GABRE GABRP GABRQ ρ (rho) podjednotka GABRR1, GABRR2, GABRR3 (ty se však nespojují s GABRA Q podjednotkami, ale homooligomerizují se navzájem a vytvářejí GABA A -ρ receptors (dříve GABA C receptory) Vyskytují se v sítnici. Ionotropni GABA A receptory GABA A receptory jsou tvořeny pěti podjednotkami vždy obsahují α a β podjednotky nejčastější podjednotkové složení je α 2 β 2 γ Barbituráty Diazepam (Valium) Ethanol Inhalační anestetika (vliv anxiolytický, hypnotický)
Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny Lipidy 83 Ionotropni glycinový receptor Glycinový receptor se skládá z pěti podjednotek α-podjednotka (α 1-4 ) β-podjednotka GLRA1, GLRA2, GLRA3, GLRA4 (váže glycin) (GLRB) Iontový kanál je propustný pro Cl - Tento typ receptoru je exprimován především v míše Existují jak čisté glycinergní synapse tak smíšené glycinergní a GABAminergní 84
Farmakologie glycinového receptoru Strychnin Strychnos nux-vomica L 85 Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin Aminokyseliny Peptidy Puriny Plyny Lipidy 86
Serotoninové receptory 5-HT Serotoninové receptory modulují uvolňování 3 jsou ionotropní receptory složené z pěti řady podjednotek neuropřenašeču HT3A HT3E glutamátu, jsou GABA, exitační. dopaninu, noradrenalinu, acetylcholinu. CNS úzkost PNS nocicepce (C vlálkna) 5-HT receptor Typ Iono/Metabotropní Mechanismus Účinek 5-HT1 G i /G o Snižuje hladinu camp Inhibitory 5-HT2 Gq/G11 Zvyšuje IP 3 and DAG. Excitační 5-HT3 Ligand-gated Na + and K + kanál. Depolarizace Excitační 5-HT4 G s Zvyšuje hladinu camp Excitační 5-HT5 G i /G o Snižuje hladinu camp Inhibiční 5-HT6 G s Zvyšuje hladinu camp Excitační 5-HT7 G s Zvyšuje hladinu camp Excitační 87 Acetylcholin Aminy Aminokyseliny Peptidy Puriny Plyny Lipidy 88
Nikotinický Ach receptor 2,5 nm ACh RECEPTOR PODJEDNOTKOVÉ SLOŽENÍ ACh RECEPTOR POHLED SHORA 17 nach podjednotek (α4) 2 (β2) 3 (α3) 2 (β4) 3 CNS Extracelulární domény Extracelulární prostor Extracelulární prostor (α3) 2 (β4) 3 Automomní ganglia (α7) 5 Nervový typ α podjednotka ACh receptoru: 4 transmembránové oblasti (M1, M2, M3, M4) 2 mimomembránové oblasti (extracelulární pr., cytosol) Membránové Svalový typ domény Cytoplazmatické domény 8 nm (α1) 2 β1δε Cytosol Cytosol (α1) 2 β1δγ 89 Botulotoxin (klobásový Bungarus jed) fasciatus je produkován bakterií Neuronální Clostridium botulinum. Je to možná absolutně Na + nejúčinnější kanál jed - 100 g by stačilo k vyhubení celého lidstva. BT brání presynaptickým vesikulům, K + kanál aby splynuly s membránou a uvolnily ACh. Ca 2+ kanál Acetylcholin (ACh) Uvolnění ACh Alfa-Bungarotoxin Sarin (Organofosfáty) Na + kanál ve svalu Acetylcholin esterasa Tubocurarin AChR kanál Strychnos Toxifera 90
Cholinergní přenos v CNS Acetylcholin Nervová plasticita - paměť Probouzení Pozornost Alzheimerova choroba (inhibitory cholinesterázy) 91 Acetylcholin Aminy (katecholaminy) Aminokyseliny Peptidy Puriny Plyny Lipidy 92
Purinergní receptory Purinergní receptory Ionotropní receptory (P2X1 P2X7) hetero nebo homotrimery; kanál je propustný pro Na + /Ca 2+ CNS i PNS moduluje srdeční činnost, tonus hladkých svalových vláken cév, nocicepce) Metabotropní receptory (P2Y1 -P2Y15; jen některé u člověka, Ca2+ nebo camp CNS? PNS pravděpodobně společně s noradrenalinem) 93 Závěr Ionotropní receptory Metabotropní receptory Acetylcholin Aminy Dopamin Noradrenalin Serotonin Histamin Aminokyseliny Glutamát GABA Glycin Peptidy Puriny Plyny NO CO Lipidy 94
a jestli máte pocit, že byste rádi studovali iontové kanály - tak vám pomůžeme. vyklicky@biomed.cas.cz Děkuji za pozornost 95