TRPA1 - TRPA1
Kanał kationowy potencjału przejściowego receptora, podrodzina A, członek 1 , znany również jako potencjalny receptor przejściowy ankyrin 1 , TRPA1 lub receptor Wasabi , jest białkiem, które u ludzi jest kodowane przez gen TRPA1 (a u myszy i szczurów przez gen Trpa1 ) .
TRPA1 to kanał jonowy zlokalizowany na błonie komórkowej wielu komórek ludzkich i zwierzęcych. Ten kanał jonowy jest najlepiej znany jako czujnik bólu, przeziębienia i swędzenia u ludzi i innych ssaków, a także czujnik czynników drażniących środowisko, powodujący inne reakcje ochronne (łzy, opór dróg oddechowych i kaszel).
Funkcjonować
TRPA1 jest członkiem rodziny kanałów potencjału przejściowego receptora . TRPA1 zawiera 14 N-końcowych powtórzeń ankirynowych i uważa się, że działa jako czujnik stresu mechanicznego i chemicznego. Jedną ze specyficznych funkcji badań tego białka jest rola w wykrywaniu, integracji i inicjacji sygnałów bólowych w obwodowym układzie nerwowym. Może być aktywowana w miejscach uszkodzenia tkanki lub miejscach zapalenia bezpośrednio przez mediatory endogenne lub pośrednio jako cel w dół poprzez sygnalizację z wielu różnych receptorów sprzężonych z białkiem G (GPCR), takich jak bradykinina.
Ostatnie badania wskazują, że TRPA1 jest aktywowany przez szereg reaktywnych ( izotiocyjanian allilu , aldehyd cynamonowy , kwas farnezylotiosalicylowy, formalinę , nadtlenek wodoru , 4-hydroksynonenal , akroleinę i gazy łzawiące ) i niereaktywnych ( nikotyna , PF-4840154 ) oraz jest zatem uważany za „ chemosensor ” w ciele. TRPA1 jest koeksprymowany z TRPV1 na nocyceptywnych pierwotnych włóknach doprowadzających C u ludzi. Ta subpopulacja obwodowych włókien C jest uważana za ważne czujniki nocycepcji u ludzi, a ich aktywacja w normalnych warunkach powoduje ból . Rzeczywiście, TRPA1 jest uważany za atrakcyjny cel przeciwbólowy . Myszy z nokautem TRPA1 wykazywały prawie całkowite osłabienie zachowań nocyfensywnych przez formalinę, gaz łzawiący i inne reaktywne chemikalia. Antagoniści TRPA1 są skuteczni w blokowaniu zachowań bólowych wywołanych stanem zapalnym (kompletny adiuwant Freunda i formalina).
Chociaż nie jest jednoznacznie potwierdzone, czy TRPA1 pośredniczy w odczuwaniu zimna in vivo, kilka ostatnich badań wyraźnie wykazało aktywację przez zimno kanałów TRPA1 in vitro.
W wrażliwych na ciepło narządach lorealnych wielu węży TRPA1 odpowiada za detekcję promieniowania podczerwonego .
Struktura
W 2016 r. zastosowano mikroskopię krioelektronową, aby uzyskać trójwymiarową strukturę TRPA1. Ta praca ujawniła, że kanał gromadzi się jako homotetramer i posiada kilka cech strukturalnych, które wskazują na jego złożoną regulację przez czynniki drażniące, wtórne przekaźniki cytoplazmatyczne (np. wapń) , kofaktory komórkowe (np. aniony nieorganiczne, takie jak polifosforany ) i lipidy ( np. PIP2 ). Przede wszystkim miejsce kowalencyjnej modyfikacji i aktywacji elektrofilowych środków drażniących było zlokalizowane w trzeciorzędowej strukturze strukturalnej na błonie proksymalnej wewnątrzkomórkowej powierzchni kanału, która została nazwana „połączeniem allosterycznym” i która składa się z bogatej w cysteinę domena linkera i tytułowa domena TRP. Przełomowe badania łączące mikroskopię krioelektronową i elektrofizjologię wyjaśniły później molekularny mechanizm działania kanału jako detektora substancji drażniących o szerokim spektrum. W odniesieniu do elektrofili , które aktywują kanał przez kowalencyjną modyfikację dwóch cystein w allosterycznym węźle, wykazano, że te reaktywne formy utleniające działają stopniowo, modyfikując dwie krytyczne reszty cysteiny w allosterycznym węźle. Po przyłączeniu kowalencyjnym, węzeł allosteryczny przyjmuje zmianę konformacyjną, która jest propagowana do porów kanału, rozszerzając go, aby umożliwić napływ kationów, a następnie depolaryzację komórkową. W odniesieniu do aktywacji przez wapń drugiego przekaźnika, struktura kanału w kompleksie z wapniem zlokalizowała miejsce wiązania dla tego jonu, a badania funkcjonalne wykazały, że to miejsce kontroluje różne wpływy wapnia na kanał – mianowicie wzmacnianie, odczulanie i działanie receptora .
Znaczenie kliniczne
W 2008 roku zaobserwowano, że kofeina hamuje aktywność ludzkiego TRPA1, ale stwierdzono, że mysie kanały TRPA1 wyrażone w neuronach czuciowych powodują niechęć do picia wody zawierającej kofeinę, co sugeruje, że kanały TRPA1 pośredniczą w percepcji kofeiny.
TRPA1 ma również związek z podrażnieniem dróg oddechowych przez dym papierosowy, środki czyszczące oraz podrażnienie skóry doświadczane przez niektórych palaczy próbujących rzucić palenie stosując nikotynowe terapie zastępcze, takie jak inhalatory, spraye lub plastry. Stwierdzono, że mutacja zmiany sensu TRPA1 jest przyczyną dziedzicznego epizodycznego zespołu bólowego. Rodzina z Kolumbii cierpi na wyniszczające ból górnej części ciała począwszy od niemowlęctwa”, który jest zwykle wyzwalane przez czczo lub zmęczenie (chorobę, temperatury zimnej i wysiłek fizyczny są czynniki przyczyniające). Zyski-of-function mutację w czwartym domen transbłonowych przyczyn kanał jest nadmiernie wrażliwy na aktywację farmakologiczną.
Wykazano, że metabolity paracetamolu (acetaminofenu) wiążą się z receptorami TRPA1, co może odczulać receptory w taki sam sposób, jak kapsaicyna w rdzeniu kręgowym myszy, wywołując efekt antynocyceptywny. Sugeruje się to jako mechanizm antynocyceptywny paracetamolu.
Wykazano, że szczawian, metabolit oksaliplatyny, leku przeciwnowotworowego, hamuje hydroksylazę prolilową, która nadaje niewrażliwemu na zimno ludzkiemu TRPA1 pseudowrażliwość na zimno (poprzez reaktywne wytwarzanie tlenu z mitochondriów). Może to powodować charakterystyczny efekt uboczny oksaliplatyny (ostra neuropatia obwodowa wywołana przez zimno).
Wiązanie liganda
TRPA1 można uznać za jeden z najbardziej rozpowszechnionych kanałów jonowych TRP, ponieważ wydaje się, że jest aktywowany przez dużą liczbę szkodliwych substancji chemicznych znajdujących się w wielu roślinach, żywności, kosmetykach i zanieczyszczeniach.
Aktywacja kanału jonowego TRPA1 przez związek fenolowy oliwy z oliwek oleocanthal wydaje się być odpowiedzialna za ostre lub „pieprzne” uczucie w tylnej części gardła spowodowane przez oliwę z oliwek .
Chociaż kilka nieelektrofilnych środków, takich jak tymol i mentol , zostało zgłoszonych jako agoniści TRPA1, większość znanych aktywatorów to elektrofilowe chemikalia, które, jak wykazano, aktywują receptor TRPA1 poprzez tworzenie odwracalnego wiązania kowalencyjnego z resztami cysteinowymi obecnymi w kanale jonowym . Innym przykładem środka nieelektrofilowego jest znieczulający propofol , o którym wiadomo, że powoduje ból przy wstrzyknięciu do żyły, efekt uboczny przypisywany aktywacji TRPV1 i TRPA1. W przypadku szerokiego zakresu środków elektrofilowych, reaktywność chemiczna w połączeniu z lipofilnością umożliwiającą przenikanie przez błonę ma kluczowe znaczenie dla efektu agonistycznego TRPA1. Dibenzo [ b, f ] [1,4] oksazepino pochodne podstawione karboksylowego estru metylowego w pozycji 10 Doniesiono być silnym agonistą TRPA1 (EC 50 = 0.13μM lub PEC 50 = 6,90). Pirymidyną PF-4840154 jest silnym, niekowalencyjnym aktywatorem zarówno ludzkiej (EC 50 = 23 nM) i szczura (EC 50 = 97 nM) kanałów TRPA1. Związek ten wywołuje nocycepcję w modelu mysim poprzez aktywację TRPA1. Ponadto PF-4840154 jest lepszy od izotiocyjanianu allilu , ostrego składnika oleju gorczycznego, do celów badań przesiewowych. Inne aktywatory kanałów TRPA1 obejmują JT-010 i ASP-7663 , podczas gdy blokery kanałów obejmują A-967079 , HC-030031 i AM-0902 .
W eikozanoidów utworzone w ALOX12 (tj Arachidonianu-12-lipoxygnease) szlak przemiany kwasu arachidonowego , 12 S -hydroperoxy-5 Z , 8 Z , 10 E 14 Z kwasu -eicosatetraenoic (czyli 12 S -HpETE patrz 12 Hydroxyeicosatetraenoic kwas ) i hepoxilins (heksan) HxA3 (czyli 8 R / S -hydroksy-11,12-epoksy-5 Z 9 e , 14 Z kwasu -eicosatrienoic) i HxB3 (czyli 10 R / S -hydroksy-11, 12-epoksy-5 z , 8 z , 14 z kwasu -eicosatrienoic) (patrz Hepoxilin # percepcję bólu ) bezpośrednio aktywować TRPA1, a tym samym przyczyniają się do hiperalgezja i dotykowe allodynia reakcji myszy z zapaleniem skóry. W tym zwierzęcym modelu odczuwania bólu, hepoksyliny są uwalniane w rdzeniu kręgowym bezpośrednio aktywują receptory TRPA (a także TRPV1 ) w celu zwiększenia percepcji bólu. 12 S -HpETE, co jest bezpośrednim prekursorem HxA3 i HxB3 w szlaku ALOX12 może działać dopiero po czym przekształca się w tych hepoxilins. Epoksydowy , 5,6-epoksy-8 Z , 11 Z 14 Z kwasu -eicosatrienoic (5,6-EET) przez metabolizm kwasu arachidonowego przez jeden z kilku cytochromu P450, enzymów (patrz kwasu Epoxyeicosatrienoic ) również bezpośrednio uaktywnia TRPA1 w celu wzmocnienia percepcji bólu.
Badania na myszach, śwince morskiej i tkankach ludzkich oraz na świnkach morskich wskazują, że inny metabolit kwasu arachidonowego, prostaglandyna E2 , działa poprzez swój receptor sprzężony z białkiem prostaglandyny EP3 G, wywołując reakcje kaszlowe . Wydaje się, że jego mechanizm działania nie obejmuje bezpośredniego wiązania z TRPA1, ale raczej pośrednią aktywację i/lub uczulenie receptorów TRPA1, jak również TRPV1 . Polimorfizm genetyczny w receptorze EP3 (rs11209716) powiązano z inhibitorem ACE wywołującym kaszel u ludzi.
Niedawno odkryto toksynę peptydową zwaną toksyną receptora wasabi z australijskiego czarnego skorpiona skalnego ( Urodacus manicatus ); wykazano, że wiąże TRPA1 niekowalencyjnie w tym samym regionie co elektrofile i działa jako toksyna modyfikująca bramkowanie receptora, stabilizując kanał w konformacji otwartej.
Hamowanie TRPA1
Odkryto szereg inhibitorów drobnocząsteczkowych (antagonistów), które, jak wykazano, blokują funkcję TRPA1. Na poziomie komórkowym do scharakteryzowania siły działania, swoistości gatunkowej i mechanizmu hamowania zastosowano testy, które mierzą aktywowane przez agonistę hamowanie przepływu wapnia, w którym pośredniczy TRPA1 oraz testy elektrofizjologiczne. Podczas gdy najwcześniejsze inhibitory, takie jak HC-030031, miały słabszą siłę (hamowanie mikromolarne) i miały ograniczoną swoistość TRPA1, nowsze odkrycie wysoce silnych inhibitorów o niskich nanomolarnych stałych hamowania, takich jak A-967079 i ALGX-2542, a także wysoka selektywność wśród innych członków, nadrodzina TRP i brak interakcji z innymi celami, dostarczyły cennych związków narzędziowych i kandydatów do przyszłego rozwoju leków.
Resolvin D1 (RvD1) i RvD2 (patrz resolvins ) i maresin 1 są metabolity kwasu tłuszczowego omega-3 , kwas dokozaheksaenowy . Należą do klasy metabolitów wyspecjalizowanych mediatorów prorozwiązujących (SPM), które działają w celu rozwiązania różnych reakcji zapalnych i chorób w modelach zwierzęcych i, jak proponuje się, u ludzi. Te SPM tłumią również odczuwanie bólu wynikającego z różnych przyczyn zapalnych w modelach zwierzęcych. Mechanizm ich działania przeciwbólowego polega na hamowaniu TRPA1, prawdopodobnie (przynajmniej w niektórych przypadkach) poprzez efekt pośredni, w którym aktywują one inny receptor zlokalizowany na neuronach lub pobliskim mikrogleju lub astrocytach . Sugerowano , że receptory CMKLR1 , GPR32 , FPR2 i NMDA są receptorami, przez które SPM mogą działać w celu regulacji w dół TRP, a tym samym odczuwania bólu.
Przykłady ligandów
Agoniści
- 4-okso-2-nonenal
- Allicyna
- Izotiocyjanian allilu
- ASP-7663
- Kannabidiol
- Kannabichromen
- Gingerol
- Icilin
- Wieloboczny
- Propofol
- Hepoksyliny A3 i B3
- 12 S -Hydroperoxy-5 Z , 8 Z , 10 E 14 Z kwasu -eicosatetraenoic
- Kwas 4,5-epoksyeikozatrienowy
- Aldehyd cynamonowy
- PF-4840154
Modyfikatory bramkowania
Antagoniści
- HC-030031
- GRC17536
- A-967079
- ALGX-2513
- ALGX-2541
- ALGX-2563
- ALGX-2561
- ALGX-2542
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- TRPA1+białko,+człowiek w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)