Receptor opioidowy - Opioid receptor

Animowany widok ludzkiego receptora opioidowego k w kompleksie z antagonistą JDTic .

Receptory opioidowe to grupa hamujących receptorów sprzężonych z białkiem G z opioidami jako ligandami . Te endogenne opioidy są dynorfiny , enkefaliny , endorfiny , endomorfiny i nocyceptyny . Receptory opioidowe są w około 40% identyczne z receptorami somatostatyny (SSTR). Receptory opioidowe są szeroko rozpowszechnione w mózgu , rdzeniu kręgowym , neuronach obwodowych i przewodzie pokarmowym .

Odkrycie

W połowie lat sześćdziesiątych stało się jasne z badań farmakologicznych, że leki opiatowe prawdopodobnie wywierają swoje działanie w określonych miejscach receptorowych i że istnieje wiele takich miejsc. Wczesne badania wykazały, że opiaty wydają się gromadzić w mózgu. Receptory zostały po raz pierwszy zidentyfikowane jako specyficzne cząsteczki poprzez zastosowanie badań wiązania, w których stwierdzono, że opiaty znakowane radioizotopami wiążą się z homogenatami błony mózgowej . W pierwszym z tych badań zostały opublikowane w 1971 roku, z użyciem 3 H - leworfanol . W 1973 roku, Candace Pert i Salomon H. Snyder opublikował pierwsze szczegółowe badania wiązania, co okaże się być | j receptora opioidowego , przy użyciu 3 H - naloksonu . To badanie zostało powszechnie uznane za pierwsze ostateczne odkrycie receptora opioidowego, chociaż dwa inne badania pojawiły się wkrótce potem.

Oczyszczenie

Oczyszczenie receptora dodatkowo potwierdziło jego istnienie. Pierwsza próba oczyszczenia receptora obejmowała zastosowanie nowego antagonisty receptora opioidowego zwanego chlornaltreksaminą, który, jak wykazano, wiąże się z receptorem opioidowym. Caruso później oczyszczono składnik detergentu ekstrakcji błon komórek mózgu szczura, który eluuje się specyficznie związanego 3 H -chlornaltrexamine.

Główne podtypy

Istnieją cztery główne podtypy receptorów opioidowych. OGFr został pierwotnie odkryty i nazwany nowym receptorem opioidowym zeta (ζ). Jednak później odkryto, że ma niewielkie podobieństwo sekwencji z innymi receptorami opioidowymi i ma zupełnie inną funkcję.

Chwytnik Podtypy Lokalizacja Funkcjonować podjednostka białka G
delta (δ)
DOR
OP 1 (I)
δ 1 , δ 2 Żołnierz amerykański
kappa (κ)
KOR
OP 2 (I)
κ 1 , κ 2 , κ 3 Żołnierz amerykański
mu (μ)
MOR
OP 3 (I)
μ 1 , μ 2 , μ 3 μ 1 :

μ 2 :

μ 3 :

Żołnierz amerykański
Receptor nocyceptyny
NOR
OP 4 (I)
ORL 1
zeta)
ZOR

(I). Nazwa na podstawie kolejności odkrycia

Ewolucja

Rodzina receptorów opioidowych (OR) wywodzi się z dwóch przypadków duplikacji pojedynczego, przodka receptora opioidowego na wczesnym etapie ewolucji kręgowców. Analiza filogenetyczna wykazała, że ​​rodzina receptorów opioidowych była obecna u kręgowców szczękowych już ponad 450 milionów lat temu. U ludzi ten paralogon wynikający z przypadku podwójnej tetraploidyzacji skutkował lokalizacją genów receptorowych na chromosomach 1, 6, 8 i 20. Zdarzenia tetraploidyzacji często powodują utratę jednego lub więcej zduplikowanych genów , ale w tym przypadku prawie wszystkie gatunki zachowują wszystkie cztery receptory opioidowe, co wskazuje na biologiczne znaczenie tych układów. Stefano prześledził współewolucję OR i układu odpornościowego leżących u podstaw faktu, że receptory te pomagały wcześniejszym zwierzętom przetrwać ból i szok zapalny w agresywnych środowiskach.

Rodziny receptorów delta, kappa i mu wykazują 55-58% identyczność ze sobą i 48-49% homologię do receptora nocyceptyny . Podsumowując, wskazuje to, że gen receptora NOP, OPRL1, ma takie samo pochodzenie ewolucyjne, ale wyższy wskaźnik mutacji, niż inne geny receptora.

Chociaż rodziny receptorów opioidowych są do siebie podobne pod wieloma względami, ich różnice strukturalne prowadzą do różnic w funkcjonalności. Receptory opioidowe mi wywołują więc relaksację, zaufanie, satysfakcję i mają silne działanie przeciwbólowe. Uważa się również, że system ten jest ważny w pośredniczeniu w złożonych zachowaniach społecznych zaangażowanych w tworzenie stabilnych, zaangażowanych emocjonalnie relacji. Wykazano, że w przywiązaniu społecznym pośredniczy układ opioidowy poprzez eksperymenty z podawaniem młodym świnkom morskim morfiny i naltreksonu , agonisty i antagonisty opioidów . Agonista zmniejszył preferencję młodocianego bycia blisko matki i zmniejszył wokalizację niepokoju, podczas gdy antagonista miał odwrotne efekty. Eksperymenty zostały potwierdzone na psach, pisklętach i szczurach, potwierdzając ewolucyjne znaczenie sygnalizacji opioidowej w tych zachowaniach. Naukowcy odkryli również, że systemowe leczenie samic norników preriowych naltreksonem podczas początkowej ekspozycji na samca ograniczyło późniejsze ataki godowe i nieseksualną socjalizację z tym znajomym partnerem, gdy później przeprowadzono test wyboru obejmujący nowego samca. Wskazuje to na rolę receptorów opioidowych w zachowaniach godowych. Jednak receptory opioidowe mi nie mają swoistości w regulowaniu zachowań społecznych, ponieważ wywołują efekt relaksujący w szerokim spektrum kontekstów niespołecznych.

Funkcjonalność receptorów opioidowych kappa i delta może być w mniejszym stopniu związana z efektami relaksacyjnymi i przeciwbólowymi, ponieważ OR kappa często hamuje aktywację receptorów opioidowych mi, a OR delta różni się od OR w interakcji z agonistami i antagonistami. Receptory kappa-opioidowe były zaangażowane w percepcyjną mobilizację obserwowaną w przewlekłym lęku, podczas gdy receptory delta-opioidowe indukowały inicjację działań, impulsywność i mobilizację behawioralną. Różnice te doprowadziły niektóre badania do sugestii, że regulacja w górę lub w dół w trzech rodzinach receptorów opioidowych jest podstawą różnej emocjonalności dyspozycyjnej obserwowanej w zaburzeniach psychiatrycznych.

Istnieją dowody na to, że specyficzne dla człowieka cechy poznawcze modulowane opioidami nie opierają się na różnicach w kodowaniu receptorów lub ligandów, które wykazują 99% homologię z naczelnymi, ale są spowodowane zmianami regulacyjnymi w poziomach ekspresji, które są specjalnie wybrane.

Nazewnictwo

Receptory nazwano za pomocą pierwszej litery pierwszego liganda, który, jak stwierdzono, wiąże się z nimi. M orphine był pierwszym związkiem chemicznym, że wiążą się do „mu” receptorów. Pierwsza litera narkotyku morfina to m , oddawana jako odpowiednia grecka litera μ. W podobny sposób, lek, znanych jako k etocyclazocine po raz pierwszy wykazano, dołączyć się do „k” (kappa), podczas gdy „δ” (delta) receptor pochodzi od myszy VAS d eferens tkanek, w których receptor najpierw charakteryzującej . Dodatkowy receptor opioidowy został później zidentyfikowany i sklonowany na podstawie homologii z cDNA . Ten receptor jest znany jako receptor nocyceptyny lub ORL1 (podobny do receptora opiatowego 1).

Typy receptorów opioidowych są prawie w 70% identyczne, z różnicami zlokalizowanymi na końcach N i C. Prawdopodobnie najważniejszy jest receptor μ. Uważa się, że białko G wiąże się z trzecią pętlą wewnątrzkomórkową wszystkich receptorów opioidowych. Zarówno u myszy, jak iu ludzi geny różnych podtypów receptorów znajdują się na oddzielnych chromosomach.

W ludzkiej tkance zidentyfikowano oddzielne podtypy receptora opioidowego. Jak dotąd nie udało się zidentyfikować genetycznych dowodów na podtypy i uważa się, że powstają one w wyniku potranslacyjnej modyfikacji sklonowanych typów receptorów.

IUPHAR podkomitet zastosować właściwe terminologia 3 klasyczne (μ, δ, k) receptorów i nie-klasycznej (nocyceptyna) receptora, powinny być MOP ( " M u PO IATE receptor"), DOP KOP NOP odpowiednio .

Dodatkowe receptory

Receptory Sigma (σ) były kiedyś uważane za receptory opioidowe ze względu na przeciwkaszlowe działanie wielu leków opioidowych za pośrednictwem receptorów σ, a pierwszymi selektywnymi agonistami σ są pochodne leków opioidowych (np. allilnormetazocyna ). Stwierdzono jednak, że receptory α nie są aktywowane przez endogenne peptydy opioidowe i różnią się znacznie od innych receptorów opioidowych zarówno pod względem funkcji, jak i sekwencji genów, dlatego obecnie nie są zwykle klasyfikowane z receptorami opioidowymi.

Istnienie dalszych receptorów opioidowych (lub podtypów receptorów) również sugerowano z powodu farmakologicznych dowodów na działania wytwarzane przez endogenne peptydy opioidowe, ale wykazano, że nie pośredniczą one w żadnym z czterech znanych podtypów receptorów opioidowych. Istnienie podtypów receptorów lub dodatkowych receptorów innych niż klasyczne receptory opioidowe (μ, δ, κ) zostało oparte na ograniczonych dowodach, ponieważ zidentyfikowano tylko trzy geny dla trzech głównych receptorów. Tylko jeden z tych dodatkowych receptorów zostały ostatecznie określone jest zeta (ζ) receptora opioidowego, który okazał się być komórkową czynnik wzrostu modulatora met-enkefalina jest endogennym ligandem. Receptor ten jest obecnie najczęściej określany jako receptor czynnika wzrostu opioidów (OGFr) .

Epsilon (ε) receptor opioidowy

Innym postulowanym receptorem opioidowym jest receptor opioidowy ε. Istnienie tego receptora podejrzewano po tym, jak wykazano, że endogenny peptyd opioidowy beta-endorfina wywołuje dodatkowe działania, które nie wydają się być pośredniczone przez żaden ze znanych receptorów opioidowych. Aktywacja tego receptora powoduje silne działanie przeciwbólowe i uwalnianie met-enkefaliny ; wiele powszechnie stosowanych agonistów opioidowych, takich jak agonisty μ etorfina i agonisty κ bremazocine , wykazano, działają jako agoniści dla uzyskania tego efektu (nawet w obecności antagonistów ich bardziej znanych celów), natomiast buprenorfina wykazano działać jako antagonista epsilon. Kilka selektywnych agonistów i antagonistów jest obecnie dostępnych dla domniemanego receptora epsilon; jednakże próby zlokalizowania genu dla tego receptora nie powiodły się, a efekty pośredniczone przez epsilon były nieobecne u myszy z „potrójnym nokautem” μ/δ/κ , co sugeruje, że receptor epsilon jest prawdopodobnie albo wariantem splicingowym pochodzącym z alternatywnego po- modyfikacja translacyjna lub heteromer pochodzący z hybrydyzacji dwóch lub więcej znanych receptorów opioidowych.

Mechanizm aktywacji

Receptory opioidowe są rodzajem receptora sprzężonego z białkiem G (GPCR). Receptory te są rozmieszczone w ośrodkowym układzie nerwowym oraz w tkance obwodowej pochodzenia nerwowego i nienerwowego. Znajdują się one również w wysokich stężeniach w szarości okołowodowodnej , Locus coeruleus i rdzeniu brzuszno-przyśrodkowym rostralnym . Receptory są odpowiedzialne za znieczulenie i składają się z pozakomórkowego N-końca aminokwasu, siedmiu transbłonowych spiralnych pętli, trzech zewnątrzkomórkowych pętli, trzech wewnątrzkomórkowych pętli i wewnątrzkomórkowego C-końca karboksylowego. Trzy zewnątrzkomórkowe pętle GPCR tworzą części kieszeni, w której mogą wiązać się cząsteczki sygnałowe, aby zainicjować odpowiedź. Białka G to wyspecjalizowane białka, z którymi wiążą się nukleotydy difosforanu guanozyny (GDP) i trifosforanu guanozyny (GTP). Są klasyfikowane jako heterotrimeryczne , co oznacza, że ​​zawierają trzy różne podjednostki, które obejmują podjednostkę alfa (α), podjednostkę beta (β) i podjednostkę gamma (γ). Podjednostki gamma i beta są ze sobą trwale związane, tworząc pojedynczą podjednostkę Gβγ. Heterotrimeryczne białka G działają jak "przełączniki molekularne", które odgrywają kluczową rolę w transdukcji sygnału, ponieważ przekazują informacje z aktywowanych receptorów do odpowiednich białek efektorowych. Wszystkie podjednostki α białka G zawierają palmitynian, który jest 16-węglowym nasyconym kwasem tłuszczowym, który jest przyłączony w pobliżu N-końca poprzez labilne, odwracalne wiązanie tioestrowe z aminokwasem cysteinowym. To właśnie ta palmitoilacja umożliwia białku G interakcję z fosfolipidami błonowymi ze względu na hydrofobową naturę podjednostek alfa. Podjednostka gamma jest również modyfikowana przez lipidy i może również łączyć się z błoną plazmatyczną. Te właściwości dwóch podjednostek pozwalają białku G receptora opioidowego na trwałą interakcję z błoną za pośrednictwem kotwic lipidowych.

Gdy agonistyczny ligand wiąże się z receptorem opioidowym, następuje zmiana konformacyjna i cząsteczka GDP jest uwalniana z podjednostki Gα. Mechanizm ten jest złożony i stanowi główny etap szlaku transdukcji sygnału. Gdy cząsteczka GDP jest przyłączona, podjednostka Gα jest w stanie nieaktywnym, a kieszeń wiążąca nukleotydy jest zamknięta wewnątrz kompleksu białkowego. Jednak po związaniu liganda receptor przełącza się do aktywnej konformacji, co jest napędzane przez międzycząsteczkowe przegrupowanie między helisami transbłonowymi. Aktywacja receptora uwalnia „blokadę jonową”, która utrzymuje razem cytoplazmatyczne strony helis transbłonowych trzy i sześć, powodując ich rotację. Ta zmiana konformacyjna odsłania wewnątrzkomórkowe domeny receptora po stronie cytozolowej, co dalej prowadzi do aktywacji białka G. Gdy cząsteczka GDP dysocjuje od podjednostki Gα, cząsteczka GTP wiąże się z wolną kieszenią wiążącą nukleotydy i białko G staje się aktywne. Powstaje kompleks Gα(GTP), który ma słabsze powinowactwo do podjednostki Gβγ niż kompleks Gα(GDP), powodując oddzielenie podjednostki Gα od podjednostki Gβγ, tworząc dwie sekcje białka G . Podjednostki mogą teraz swobodnie oddziaływać z białkami efektorowymi; jednak są one nadal połączone z błoną komórkową za pomocą kotwic lipidowych. Po związaniu aktywne podjednostki białka G dyfundują w obrębie błony i działają na różne wewnątrzkomórkowe szlaki efektorowe. Obejmuje to hamowanie aktywności neuronalnej cyklazy adenylanowej, a także zwiększanie hiperpolaryzacji błony. Gdy cyklazy adenylylowej kompleks enzymatyczny jest stymulowana, to prowadzi do tworzenia się cyklicznego adenozyno-3' , 5'-monofosforanu (cAMP), od adenozynowych 5' trifosforan (ATP). cAMP działa jako drugorzędny przekaźnik, przemieszczając się z błony plazmatycznej do komórki i przekazując sygnał.

cAMP wiąże się i aktywuje zależną od cAMP kinazę białkową A (PKA), która jest zlokalizowana wewnątrzkomórkowo w neuronie. PKA składa się z holoenzymu - związku, który uaktywnia się dzięki połączeniu enzymu z koenzymem. Enzym PKA zawiera również dwie katalityczne podjednostki PKS-Cα oraz regulatorowy dimer podjednostki PKA-R. Holoenzym PKA jest nieaktywny w normalnych warunkach, jednak gdy cząsteczki cAMP wytwarzane wcześniej w mechanizmie transdukcji sygnału łączą się z enzymem, PKA ulega zmianie konformacyjnej. To go aktywuje, dając mu zdolność katalizowania fosforylacji substratu. CREB (białko wiążące element odpowiedzi cAMP) należy do rodziny czynników transkrypcyjnych i jest umiejscowione w jądrze neuronu. Kiedy PKA jest aktywowana, fosforyluje białko CREB (dodaje grupę fosforanową o wysokiej energii) i aktywuje je. Białko CREB wiąże się z elementami odpowiedzi cAMP CRE i może zwiększać lub zmniejszać transkrypcję niektórych genów. Opisany powyżej szlak sygnałowy cAMP/PKA/CREB ma kluczowe znaczenie w tworzeniu pamięci i modulacji bólu. Ma również znaczenie w indukcji i utrzymywaniu długotrwałego wzmocnienia , które jest zjawiskiem leżącym u podstaw plastyczności synaptycznej – zdolności synaps do wzmacniania lub osłabiania w czasie.

Zależny kanał wapniowy bramkowany napięciem (VDCC) jest kluczem do depolaryzacji neuronów i odgrywa główną rolę w promowaniu uwalniania neuroprzekaźników. Gdy agoniści wiążą się z receptorami opioidowymi, białka G aktywują się i dysocjują na składowe podjednostki Gα i Gβγ. Podjednostka Gβγ wiąże się z pętlą wewnątrzkomórkową pomiędzy dwiema helisami transbłonowymi VDCC. Gdy podjednostka wiąże się z zależnym od napięcia kanałem wapniowym, wytwarza blok zależny od napięcia, który hamuje kanał, zapobiegając przepływowi jonów wapniowych do neuronu. W błonie komórkowej osadzony jest również kanał potasowy sprzężony z białkiem G, rektyfikujący do wewnątrz . Kiedy cząsteczka Gβγ lub Gα(GTP) wiąże się z końcem C kanału potasowego, staje się aktywna, a jony potasu są wypompowywane z neuronu. Aktywacja kanału potasowego, a następnie dezaktywacja kanału wapniowego powoduje hiperpolaryzację błony . To wtedy następuje zmiana potencjału błony, tak że staje się ona bardziej ujemna. Redukcja jonów wapnia powoduje zmniejszenie uwalniania neuroprzekaźników, ponieważ wapń jest niezbędny do wystąpienia tego zdarzenia. Oznacza to, że neuroprzekaźniki, takie jak glutaminian i substancja P, nie mogą być uwalniane z presynaptycznego zakończenia neuronów. Te neuroprzekaźniki są niezbędne w przenoszeniu bólu, dlatego aktywacja receptora opioidowego zmniejsza uwalnianie tych substancji, tworząc w ten sposób silne działanie przeciwbólowe.

Patologia

Niektóre formy mutacji w receptorach δ-opioidowych powodują stałą aktywację receptora.

Oddziaływania białko–białko

Heteromery receptorowe

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki