Opioidní receptor - Opioid receptor

Animovaný pohled na lidský k-opioidní receptor v komplexu s antagonistou JDTic .

Opioidní receptory jsou skupinou inhibičních receptorů spřažených s G proteinem s opioidy jako ligandy . Tyto endogenní opioidy jsou dynorfiny , enkefaliny , endorfiny , endomorphins a nociceptinu . Opioidní receptory jsou ~ 40% totožné s receptory somatostatinu (SSTR). Opioidní receptory jsou široce distribuovány v mozku , v míše , na periferních neuronech a trávicím traktu .

Objev

V polovině 60. let 20. století bylo z farmakologických studií zřejmé, že opiátové léky pravděpodobně uplatňují své působení na konkrétních receptorových místech a že takových míst je pravděpodobně více. Počáteční studie naznačovaly, že se zdá, že se opiáty hromadí v mozku. Receptory byly nejprve identifikovány jako specifické molekuly pomocí vazebných studií, ve kterých bylo zjištěno, že opiáty, které byly značeny radioizotopy, se vážou na homogenáty mozkové membrány . První takový Studie byla zveřejněna v roce 1971, za použití 3 H - levorfanol . V roce 1973, Candace Pert a Solomon H. Snyder publikoval první detailní vazebné studie o tom, co by se ukázala být u Stabilizátory opioidní receptor , za použití 3 H - naloxon . Tato studie byla široce připsána jako první definitivní nález opioidního receptoru, ačkoli krátce poté následovaly další dvě studie.

Čištění

Purifikace receptoru dále ověřila jeho existenci. První pokus o čištění receptoru zahrnoval použití nového antagonisty opioidního receptoru zvaného chlornaltrexamin, u kterého bylo prokázáno, že se váže na opioidní receptor. Caruso později čistí složku detergentu extrahuje z krysího mozku membrány, která se eluuje na specificky vázaného 3 H -chlornaltrexamine.

Hlavní podtypy

Existují čtyři hlavní podtypy opioidních receptorů. OGFr byl původně objeven a pojmenován jako nový opioidní receptor zeta (ζ). Následně však bylo zjištěno, že sdílí malou sekvenční podobnost s ostatními opioidními receptory a má zcela odlišnou funkci.

Receptor Podtypy Umístění Funkce Podjednotka G proteinu
delta (δ)
DOR
OP 1 (I) 		δ 1 , δ 2 Gi
kappa (κ)
KOR
OP 2 (I) 		κ 1 , κ 2 , κ 3 Gi
mu (μ)
MOR
OP 3 (I) 		μ 1 , μ 2 , μ 3 μ 1 :

μ 2 :

μ 3 :

Gi
Nociceptinový receptor
NOR
OP 4 (I) 		ORL 1
zeta (ζ )
ZOR

(Já). Název podle pořadí zjišťování

Vývoj

Rodina opioidních receptorů (OR) pocházela ze dvou duplikačních událostí jediného rodového opioidního receptoru na počátku evoluce obratlovců. Fylogenetická analýza ukazuje, že rodina opioidních receptorů byla přítomna již u původu čelistních obratlovců před více než 450 miliony let. U lidí tento paralogon vyplývající z události dvojité tetraploidizace vyústil v umístění receptorových genů na chromozomech 1, 6, 8 a 20. Události tetraploidizace často vedou ke ztrátě jednoho nebo více duplikovaných genů , ale v tomto případě téměř všechny druhy si uchovávají všechny čtyři opioidní receptory, což naznačuje biologický význam těchto systémů. Stefano sledoval společný vývoj OR a imunitního systému, který je základem skutečnosti, že tyto receptory pomohly dřívějším zvířatům přežít bolest a zánět v agresivním prostředí.

Receptorové rodiny delta, kappa a mu vykazují 55–58% vzájemnou identitu a 48–49% homologii s nociceptinovým receptorem . Dohromady to znamená, že receptorový gen NOP, OPRL1, má stejný evoluční původ, ale vyšší míru mutací, než ostatní receptorové geny.

I když jsou rodiny opioidních receptorů v mnoha ohledech podobné, jejich strukturální rozdíly vedou k rozdílům ve funkčnosti. Receptory mu-opioidů tedy navozují relaxaci, důvěru, uspokojení a mají silný analgetický účinek. Tento systém je také považován za důležitý při zprostředkování komplexního sociálního chování zapojeného do utváření stabilních, emocionálně oddaných vztahů. Bylo prokázáno, že sociální připoutání je zprostředkováno opioidním systémem prostřednictvím experimentů s podáváním morfinu a naltrexonu , opioidního agonisty a antagonisty, mladistvým morčatům. Agonista snížil preferenci mladistvého být v blízkosti matky a snížil vokalizaci tísně, zatímco antagonista měl opačné účinky. Experimenty byly potvrzeny u psů, kuřat a krys, což potvrdilo evoluční význam opioidní signalizace v tomto chování. Výzkumníci také zjistili, že systémová léčba samic prérijních hrabošů naltrexonem během počátečního vystavení samci omezila následné záchvaty páření a nesexuální socializaci s tímto známým partnerem, když byl následně proveden test výběru zahrnující nového samce. To ukazuje na roli opioidních receptorů při páření. Receptory mu-opioidů však nemají specificitu pro regulaci sociálního chování, protože navozují relaxační účinek v širokém spektru nesociálních kontextů.

Funkčnost kappa a delta-opioidních receptorů může být méně spojena s relaxací a analgetickými účinky, protože kappa-OR často potlačuje aktivaci mu-opioidních receptorů a delta-OR se liší od mu-OR ve své interakci s agonisty a antagonisty. Kappa-opioidní receptory se podílejí na percepční mobilizaci pozorované u chronické úzkosti, zatímco u delta-opioidních receptorů bylo zjištěno, že indukují zahájení akcí, impulzivitu a behaviorální mobilizaci. Tyto rozdíly vedly některé výzkumy k domněnce, že regulace up nebo down ve třech rodinách opioidních receptorů jsou základem rozdílné dispoziční emocionality pozorované u psychiatrických poruch.

Existují důkazy, že kognitivní rysy modulované opioidy modulované člověkem nespoléhají na kódovací rozdíly pro receptory nebo ligandy, které vykazují 99% homologii s primáty, ale místo toho jsou způsobeny regulačními změnami v hladinách exprese, pro které jsou specificky vybrány.

Pojmenování

Receptory byly pojmenovány pomocí prvního písmene prvního ligandu, u kterého bylo zjištěno, že se k nim váže. M orfin byl první chemikálií, která se ukázala vázat na receptory "mu". První písmeno drogy morfin je m , vyjádřeno jako odpovídající řecké písmeno μ. Podobným způsobem bylo nejprve ukázáno , že léčivo známé jako k etocyclazocin se váže na receptory "κ" (kappa), zatímco receptor "δ" (delta) byl pojmenován podle tkáně myší vas d eferens, ve které byl receptor poprvé charakterizován . Další opioidní receptor byl později identifikován a klonován na základě homologie s cDNA . Tento receptor je známý jako nociceptinový receptor nebo ORL1 (opiátový receptor podobný 1).

Typy opioidních receptorů jsou téměř 70% totožné, přičemž rozdíly se nacházejí na koncích N a C. Receptor μ je možná nejdůležitější. Předpokládá se, že G protein se váže na třetí intracelulární smyčku všech opioidních receptorů. U myší i lidí jsou geny pro různé podtypy receptorů umístěny na samostatných chromozomech.

V lidské tkáni byly identifikovány oddělené podtypy opioidních receptorů. Výzkum dosud nedokázal identifikovat genetické důkazy podtypů a předpokládá se, že pocházejí z posttranslační modifikace typů klonovaných receptorů.

IUPHAR subkomise doporučuje, aby vhodné terminologie pro 3 klasické (μ, δ, K) receptorů a neklasických (nociceptin) receptoru, by měla být MOP ( " M u OP IATE receptor"), DOP, KOP a NOP resp .

Další receptory

Sigma (σ) receptory byly kdysi považovány za opioidní receptory kvůli antitusickým účinkům mnoha opioidních léků zprostředkovaných prostřednictvím σ receptorů a první selektivní agonisté σ jsou deriváty opioidních léků (např. Allylnormetazocin ). Bylo však zjištěno, že receptory σ nejsou aktivovány endogenními opioidními peptidy a jsou zcela odlišné od ostatních opioidních receptorů jak ve funkci, tak v genové sekvenci, takže nyní nejsou obvykle klasifikovány jako opioidní receptory.

Existence dalších opioidních receptorů (nebo receptorových podtypů) byla také navržena kvůli farmakologickým důkazům účinků produkovaných endogenními opioidními peptidy, ale ukázalo se, že nejsou zprostředkovány žádným ze čtyř známých podtypů opioidních receptorů. Existence receptorových podtypů nebo dalších receptorů jiných než klasické opioidní receptory (μ, δ, κ) byla založena na omezených důkazech, protože pro tři hlavní receptory byly identifikovány pouze tři geny. Jediným z těchto dalších receptorů, který byl definitivně identifikován, je opioidní receptor zeta (ζ), který byl prokázán jako modulátor buněčného růstového faktoru, přičemž endogenním ligandem je met-enkefalin . Tento receptor je nyní nejčastěji označován jako receptor opioidního růstového faktoru (OGFr) .

Epsilon (ε) opioidní receptor

Dalším postulovaným opioidním receptorem je e opioidní receptor. Existence tohoto receptoru byla podezřelá poté, co bylo prokázáno, že endogenní opioidní peptid beta-endorfin produkuje další účinky, které se nezdají být zprostředkovány žádným ze známých opioidních receptorů. Aktivace tohoto receptoru produkuje silnou analgezii a uvolňování met-enkefalinu ; řada široce používaných opioidních agonistů, jako je μ agonista etorfin a κ agonista bremazocin , bylo prokázáno, že působí jako agonisté pro tento účinek (dokonce i v přítomnosti antagonistů jejich známějších cílů), zatímco buprenorfin byl prokázán působit jako antagonista epsilonu. Pro domnělý receptor epsilon je nyní k dispozici několik selektivních agonistů a antagonistů; snahy lokalizovat gen pro tento receptor byly neúspěšné a u myší s „trojitým knockoutem“ μ/δ/κ chyběly účinky zprostředkované epsilonem , což naznačuje, že receptorem epsilonu bude pravděpodobně buď sestřihová varianta odvozená z alternativního post- translační modifikace nebo heteromer odvozený z hybridizace dvou nebo více známých opioidních receptorů.

Mechanismus aktivace

Opioidní receptory jsou typem receptoru spojeného s G proteinem (GPCR). Tyto receptory jsou distribuovány po celém centrálním nervovém systému a v periferní tkáni nervového i neurálního původu. Jsou také umístěny ve vysokých koncentracích v periaqueduktální šedi , Locus coeruleus a ventrální medromě Rostral . Receptory jsou zodpovědné za analgezii a skládají se z extracelulárního N-konce aminokyseliny, sedmi transmembránových šroubovicových smyček, tří extracelulárních smyček, tří intracelulárních smyček a intracelulárního C-konce karboxylu. Tři extracelulární smyčky GPCR tvoří části kapsy, ve které se mohou vázat signální molekuly, aby zahájily reakci. G proteiny jsou specializované proteiny, na které se váží nukleotidy Guanosin difosfát (GDP) a Guanosin trifosfát (GTP). Jsou klasifikovány jako heterotrimerní , což znamená, že obsahují tři různé podjednotky, které zahrnují podjednotku alfa (α), podjednotku beta (β) a podjednotku gama (γ). Podjednotky gama a beta jsou trvale spojeny dohromady a vytvářejí jednu podjednotku Gpγ. Heterotrimerní G proteiny fungují jako „molekulární přepínače“, které hrají klíčovou roli v transdukci signálu, protože přenášejí informace z aktivovaných receptorů do příslušných efektorových proteinů. Všechny podjednotky α proteinů G obsahují palmitát, což je 16 uhlíkem nasycená mastná kyselina, která je připojena v blízkosti N-konce labilní, reverzibilní thioesterovou vazbou na cysteinovou aminokyselinu. Je to tato palmitoylace, která umožňuje G proteinu interagovat s membránovými fosfolipidy kvůli hydrofobní povaze alfa podjednotek. Podjednotka gama je také upravena lipidy a může se také připojit k plazmatické membráně. Tyto vlastnosti těchto dvou podjednotek umožňují G proteinu opioidního receptoru trvale interagovat s membránou prostřednictvím lipidových kotev.

Když se agonistický ligand naváže na opioidní receptor, dojde ke konformační změně a molekula HDP se uvolní z podjednotky Ga. Tento mechanismus je složitý a je hlavní fází dráhy přenosu signálu. Když je molekula HDP připojena, podjednotka Ga je ve svém neaktivním stavu a kapsa vázající nukleotidy je uzavřena uvnitř proteinového komplexu. Po navázání ligandu se však receptor přepne do aktivní konformace, která je poháněna mezimolekulárním přesmykem mezi transmembránovými šroubovicemi. Aktivace receptoru uvolňuje „iontový zámek“, který drží pohromadě cytoplazmatické strany transmembránových šroubovic tři a šest, což způsobuje jejich rotaci. Tato konformační změna odhaluje intracelulární receptorové domény na cytosolické straně, což dále vede k aktivaci G proteinu. Když se molekula HDP disociuje z podjednotky Ga, molekula GTP se váže na volné kapsy vázající nukleotidy a protein G se aktivuje. Vytvoří se komplex Gα (GTP), který má slabší afinitu k podjednotce Gβγ než ke komplexu Gα (GDP), což způsobí, že se podjednotka Gα oddělí od podjednotky Gβγ a vytvoří dvě části proteinu G . Podjednotky nyní mohou interagovat s efektorovými proteiny; jsou však stále připevněny k plazmatické membráně lipidovými kotvami. Po navázání aktivní podjednotky G proteinu difundují v membráně a působí na různé intracelulární efektorové dráhy. To zahrnuje inhibici aktivity neuronální adenylátcyklázy a také zvýšení hyperpolarizace membrány. Když je komplex enzymu adenylylcyklázy stimulován, vede k tvorbě cyklického adenosin 3 ', 5'-monofosfátu (cAMP) z adenosin 5' trifosfátu (ATP). cAMP funguje jako sekundární posel, protože se pohybuje z plazmatické membrány do buňky a přenáší signál.

cAMP se váže na a aktivuje cAMP-dependentní protein kinázu A (PKA), která se nachází intracelulárně v neuronu. PKA se skládá z holoenzymu - je to sloučenina, která se aktivuje díky kombinaci enzymu s koenzymem. Enzym PKA také obsahuje dvě katalytické podjednotky PKS-Ca a regulační dimer podjednotky PKA-R. PKA holoenzym je za normálních podmínek neaktivní, avšak když se molekuly cAMP, které jsou produkovány dříve v mechanismu přenosu signálu, spojí s enzymem, PKA prochází konformační změnou. Tím se aktivuje, což mu dává schopnost katalyzovat fosforylaci substrátu. CREB (protein vázající prvek odezvy cAMP) patří do rodiny transkripčních faktorů a je umístěn v jádře neuronu. Když je PKA aktivována, fosforyluje protein CREB (přidává fosfátovou skupinu s vysokou energií) a aktivuje ji. Protein CREB se váže na prvky CRE odezvy cAMP a může buď zvýšit nebo snížit transkripci určitých genů. Výše popsaná signální dráha cAMP/PKA/CREB je zásadní pro tvorbu paměti a modulaci bolesti. Je také významný v navození a udržení dlouhodobé potenciace , což je jev, který je základem synaptické plasticity - schopnosti synapsí v průběhu času posilovat nebo slábnout.

Napěťově řízený kalciový kanál (VDCC) je klíčový při depolarizaci neuronů a hraje hlavní roli při podpoře uvolňování neurotransmiterů. Když se agonisté vážou na opioidní receptory, G proteiny se aktivují a disociují na své podjednotky Ga a Gβγ. Podjednotka Gpγ se váže na intracelulární smyčku mezi dvěma transmembránovými šroubovicemi VDCC. Když se podjednotka naváže na napěťově závislý vápníkový kanál, vytvoří blok závislý na napětí, který kanál zablokuje a zabrání toku vápenatých iontů do neuronu. V buněčné membráně je také zabudován dovnitř usměrňující draslíkový kanál spojený s G proteinem . Když se molekula Gβγ nebo Gα (GTP) váže na C-konec draslíkového kanálu, aktivuje se a ionty draslíku jsou čerpány z neuronu. Aktivace draslíkového kanálu a následná deaktivace vápníkového kanálu způsobuje hyperpolarizaci membrány . To je, když dojde ke změně potenciálu membrány, takže se stane negativnější. Snížení iontů vápníku způsobuje snížení uvolňování neurotransmiterů, protože vápník je pro tuto událost nezbytný. To znamená, že neurotransmitery, jako je glutamát a látka P, nelze uvolnit z presynaptického konce neuronů. Tyto neurotransmitery jsou životně důležité při přenosu bolesti, takže aktivace opioidních receptorů snižuje uvolňování těchto látek, což vytváří silný analgetický účinek.

Patologie

Některé formy mutací v 5-opioidních receptorech vedly k konstantní aktivaci receptoru.

Interakce protein -protein

Receptorové heteromery

Viz také

Reference

externí odkazy