Ero sivun ”Nikotiinireseptorit” versioiden välillä

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
[arvioimaton versio][katsottu versio]
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
Katisk (keskustelu | muokkaukset)
 
muunnettu artikkeliksi
Merkkaukset: Ohjaus on poistettu  ohjaussivu muutettu sisältösivuksi 
Rivi 1: Rivi 1:
[[Tiedosto:2bg9 opm.gif|pienoiskuva|''[[Torpedo marmorata]]'' -[[sähkörauskukala]]n nikotiinireseptori ([[PDB]]: 2BG9), joka on kiinni kaksoislipidikalvossa (punaisen ja sinisen viivan välinen alue).]]
#OHJAUS [[Asetyylikoliinireseptori#Nikotiinireseptori]]
'''Nikotiinireseptorit''' eli '''nAChR''':t ovat ryhmä [[Ionotrooppiset reseptorit|ionotrooppisia reseptoreita]] eli [[agonisti]]n aktivoimia [[Ionikanava|ionikanavia]], jotka ovat yleensä kiinni [[solukalvo]]issa tai joskus muissa kaksoislipidikalvoissa. Aktivoituessaan nAChR:t läpäisevät [[natrium]]- (Na<sup>+</sup>) ja [[kalium]]ioneita (K<sup>+</sup>). Osa läpäisee myös [[kalsium]]ioneita (Ca<sup>2+</sup>).<ref name=a/> nAChR:t voivat tyypistään riippuen sitoa samanaikaisesti enintään 2, 3 tai 5 agonistia.<ref name=d/> nAChR:t ovat [[Asetyylikoliinireseptorit|asetyylikoliinireseptoreita]], sillä [[asetyylikoliini]] aktivoi ne. Osan niistä aktivoi myös [[koliini]].<ref name=a>{{Lehtiviite|Tekijä=EX Albuquerque et al|Otsikko=Mammalian nicotinic acetylcholine receptors: from structure to function|Julkaisu=Physiological reviews|Ajankohta=2009|Vuosikerta=89|Numero=1|Sivut=73–120|Pmid=19126755|Doi=10.1152/physrev.00015.2008|Issn=0031-9333|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2713585/}}</ref> Myös monet ulkosyntyiset aineet vaikuttavat nAChR:iin. Esimerkiksi (''S'')-[[nikotiini]] sitoutuu [[agonisti]]na ihmisten nAChR:iin muiden asetyylikoliinireseptorien sijaan.<ref name=f/><ref name=a/> Tästä asetyylikoliinireseptorien tutkimuksen varhaisvaiheessa tehdystä havainnosta tulee myös nikotiinireseptorien nimi.<ref name=a/>

nAChR:t ovat [[Proteiinien kvaternäärirakenne|homo- tai heteropentameerisiä]]. Ne siis koostuvat viidestä vastaavasti samanlaisesta tai osin erilaisesta [[peptidi]]ketjusta eli alayksiköstä. Ihmisissä ja muissa [[Nisäkkäät|nisäkkäissä]] alayksikkötyyppejä on 16. Muissa [[Selkärankaiset|selkärankaisista]] niitä on likimain yhtä monta.<ref name=g>{{Lehtiviite|Tekijä=JE Pedersen, CA Bergqvist, D Larhammar|Otsikko=Evolution of vertebrate nicotinic acetylcholine receptors|Julkaisu=BMC Evolutionary Biology|Ajankohta=2019|Vuosikerta=19|Numero=38|Pmid=30700248|Doi=10.1186/s12862-018-1341-8|Issn=1471-2148|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6354393/}}</ref> Joissain [[Selkärangattomat|selkärangattomissa]] alayksikkötyyppejä taas on jopa satoja. Alayksikköyhdistelmät tuottavat erilaisia nAChR:iä.<ref name=h>{{Lehtiviite|Tekijä=Y Jiao et al|Otsikko=Massive expansion and diversity of nicotinic acetylcholine receptors in lophotrochozoans|Julkaisu=BMC Genomics|Ajankohta=2019|Vuosikerta=5|Numero=1|Sivut=937|Pmid=31805848|Doi=10.1186/s12864-019-6278-9|Issn=1471-2164|www=https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-019-6278-9}}</ref>

Täysikasvuisten nisäkkäiden [[Hermo-lihasliitos|hermo-lihasliitoksissa]] on vain yhdenlaisia nAChR:iä, jotka välittävät niissä hermosignaalin lihassupistukseksi.<ref name=e/><ref name=a/> Muissa kudoksissa nisäkkäillä on monia erilaisia nAChR:iä. Ne ovat muun muassa välttämätön osa hermostoa, jossa ne vaikuttavat esimerkiksi uneen, tunnetiloihin, muistiin ja kehon normaalitoimintojen ylläpitoon eli [[homeostaasi]]in yleisesti ottaen säätämällä [[kalvojännite]]ttä, [[hermoimpulssi]]en eteenpäin välittymistä ja monien [[välittäjäaine]]iden vapautumista. Ihmisillä on nikotiinireseptoreita hermoston lisäksi monissa muissakin kudoksissa.<ref name=h/>

==Rakenne==
[[Tiedosto:Ach_rezeptor_nicotinisch.png|pienoiskuva|Yllä: kaavakuva lipidikalvossa (sininen) kiinni olevasta viidestä osin erilaisesta alayksiköstä koostuvasta eli heteropentameerisestä nikotiinireseptorista (purppura). Alla: viiden alayksikön kaavakuvat. Vihreät ovat α-kierteitä.]]
Nikotiinireseptorit koostuvat viidestä kehäsymmetrisesti järjestäytyneestä peptidiketjusta eli proteiinialayksiköstä. Yksiköt voivat olla keskenään samanlaisia tai erilaisia. Reseptori voi siis vastaavasti olla [[Proteiinien kvaternäärirakenne|homo- tai heteropentameeri]]. Kukin yksikkö omaa 4 [[solukalvo]]n tai muun kaksoislipidikalvon läpäisevää [[α-kierre]]ttä, joista yksikkö on kiinni kalvossa. Kierteiden nimet ovat [[N-terminaali]]sta C-terminaaliin TM1, TM2, TM3 ja TM4. TM2:n [[aminohapot]] määräävät reseptorin läpäisemät kationit, sillä TM2 on ionikanavan sisäpinnalla.<ref name=a/>

N- ja C-terminaalit ovat solun ulkopuolella jos alayksikkö on solukalvossa. N-terminaali on usein noin 200 aminohappoa pitkä. Se on pidempi ja konservoituneempi eli samankaltaisempi eri alayksikkötyyppien välillä kuin C-terminaali. [[Nisäkkäät|Nisäkkäiden]] alayksiköt jaetaan rakenteellisesti α-yksiköihin ja ei-α-yksiköihin. Jälkimmäisiä ovat ainakin β-, δ-, ε- ja γ-yksiköt (katso: '''alayksikkötyypit'''). Vain α-yksiköiden N-terminaalissa on kahden [[kysteiini]]n välisen [[Disulfidisidos|disulfidisidoksen]] tuottama "lenkki". Se on tärkeä yksikön aktivoitumisen kannalta, sillä reseptorin aktivoiva [[Ligandi (biokemia)|ligandi]] eli [[agonisti]] voi sitoutua lenkin lähelle monien α-alyksikkötyyppien kohdalla. Kaikki α-yksiköt eivät tosin voi sitoa agonistia.<ref name=a/>

TM3 ja TM4 väliin jäävä lenkki on solun sisällä ja sen aminohapposekvenssi vaihtelee eri alayksikkötyyppien välillä. Lenkki vaikuttaa alayksiköiden keskinäiseen vuorovaikutukseen, reseptorin toimintaherkkyyden säätelyyn ja sen sijoittumiseen solussa.<ref name=a/>

==Agonistin sitoutuminen ja alayksiköiden järjestäytyminen==
Nikotiinireseptorit ovat [[Ionikanava|ionikanavia]], jotka [[agonisti]]n sidottuaan päästävät keskiöönsä tällöin avautuvan tunnelin läpi [[kalium]]- (K<sup>+</sup>) ja [[natrium]]ioneita (Na<sup>+</sup>) [[solukalvo]]n tai muun kaksoislipidikalvon eri puolille. Tiettyjä alayksikköjä omaavat nikotiinireseptorit läpäisevät myös [[kalsium]]ioneita (Ca<sup>2+</sup>).<ref name=c>{{Lehtiviite|Tekijä=L Rufener et al|Otsikko=Nicotinic acetylcholine receptors: ex-vivo expression of functional, non-hybrid, heteropentameric receptors from a marine arthropod, Lepeophtheirus salmonis|Julkaisu=PLoS Pathogens|Ajankohta=2020|Vuosikerta=16|Numero=7|Pmid=32716968|Doi=10.1371/journal.ppat.1008715|Issn=1553-7366|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7419010/}}</ref>
[[Tiedosto:Nicotinic_receptors.png|vasen|pienoiskuva|391x391px|Heteromeerinen (α4β2)<sub>2</sub>β2-nikotiinireseptori (yllä) ja homomeerinen α7-nikotiinireseptori (alla). ACh on asetyylikoliinin tai jonkin muun ligandin sitova ortosteerinen kohta. Ionit kulkevat reseptorien keskikohdan kautta reseptorin ollessa aktiivinen.]]
Keskenään eri alayksiköistä koostuvissa eli [[Proteiinien kvaternäärirakenne|heteromeerissä]] nikotiinireseptoreissa on vähintään 2 ja enintään 3 luontaista eli ortosteeristä sitoutumiskohtaa agonisteille.<ref name=d/> Kukin kohta on alayksikköparin välissä. [[Nisäkkäät|Nisäkkäissä]] alayksikköparissa yksi yksiköistä on tyyppiä α1, α2, α3, α4, α6, α7 tai α9 ja toinen on tyyppiä α10, β2, β4, δ, γ tai ε. Näitä alayksikköpareja on reseptorissa kaksi. Reseptorin viides alayksikkö voi olla jokin muu alayksikkö.<ref name=a/> Esimerkiksi α4β2-reseptori tarkoittaa reseptoreita, jossa on kaksi α4- ja β2-alayksikön muodostamaa alayksikköparia. Viides yksikkö voi tällaisessa reseptorissa olla esimerkiksi α4 tai β2, jolloin reseptoria voidaan sanoa vastaavasti (α4β2)<sub>2</sub>α4- tai (α4β2)<sub>2</sub>β2-nikotiinireseptoriksi. Jälkimmäisessä on vain 2 sitoutumispaikkaa agonistille. (α4β2)<sub>2</sub>α4-reseptorissa paikkoja taas on 3.<ref name=d/> Kolmas paikka muodostuu kahden α4-yksikön väliin, mutta sen [[Ligandi (biokemia)#Affiniteetti|affiniteetti]] agonistina toimivalle [[asetyylikoliini]]lle on kuitenkin heikompi ainakin ihmisissä kuin kahdella muulla sitoutumispaikalla. Alayksiköiden järjestäytymistä reseptorissa sanotaan usein reseptorin [[stoikiometria]]ksi.<ref name=i/>

Vain yhdenlaisista alayksiköistä koostuvissa eli homomeerisissä nikotiinireseptoreissa on 5 ortosteeristä sitoutumiskohtaa. Nisäkkäissä esimerkiksi tyypin α7-alayksiköt muodostavat homomeerisiä nikotiinireseptoreita.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=GB Dawe et al|Otsikko=α7 nicotinic acetylcholine receptor upregulation by anti-apoptotic Bcl-2 proteins|Julkaisu=Nature Communications|Ajankohta=2019|Vuosikerta=10|Numero=1|Sivut=2746|Doi=10.1038/s41467-019-10723-x|Issn=2041-1723|www=https://www.nature.com/articles/s41467-019-10723-x}}</ref>

Jo yhden agonistin sitoutuminen voi aktivoida homo- tai heteromeerisen nikotiinireseptorin vaikka niissä on vastaavasti 2–3 ja 5 sitoutumiskohtaa agonisteille. Yhden agonistin aiheuttama reseptoriaktivaatio on usein heikkoa ja ionivirtaus reseptorin läpi on sitä suurempaa, mitä useampaan kohtaan on kiinnittynyt agonisti. Kuitenkin agonistien sitoutuminen liian moneen kohtaan samanaikaisesti voi joidenkin reseptorien kohdalla heikentää reseptorin kykyä reagoida agonisteihin. Esimerkiksi homomeeristen α7-nikotiinireseptorien vaste agonisteille heikkenee, mikäli nämä reseptorit altistuvat liian suurille agonistipitoisuuksille.<ref name=d>{{Lehtiviite|Tekijä=J Wang et al|Otsikko=An accessory agonist binding site promotes activation of α4β2*nicotinic acetylcholine receptors|Julkaisu=The Journal of Biological Chemistry|Ajankohta=2015|Vuosikerta=290|Numero=22|Sivut=13907–13918|Pmid=25869137|Doi=10.1074/jbc.M115.646786|Issn=0021-9258|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4447965/}}</ref>

==Alayksikkötyypit==
Ihmisistä on tunnistettu 16 nikotiinireseptorien alayksikköä, jotka ovat oheisessa taulukossa. Muissa [[Nisäkkäät|nisäkkäissä]] on samat alayksiköt kuin ihmisissä.<ref name=g/>
{| class="wikitable" style="float:right; width: 50%"
|+Ihmisten nikotiinireseptorien alayksiköt
!Tyyppi
!Nimi<ref name=a/>
!Geeni<ref name=b/>
!Geenin kohta [[kromosomi]]ssa<ref name=b>{{Verkkoviite|osoite=https://www.genenames.org/data/genegroup/#!/group/173|nimeke=Gene group: Cholinergic receptors nicotinic subunits (CHRN)|viitattu=2021-03-27}}</ref>
|-
| rowspan="9" |α-alayksiköt
|α1
|''[[CHRNA1]]''
|2q31.1
|-
|α2
|''[[CHRNA2]]''
|8p21.2
|-
|α3
|''[[CHRNA3]]''
|15q25.1
|-
|α4
|''[[CHRNA4]]''
|20q13.33
|-
|α5
|''[[CHRNA5]]''
|15q25.1
|-
|α6
|''[[CHRNA6]]''
|8p11.21
|-
|α7
|''[[CHRNA7]]''
|15q13.3
|-
|α9
|''[[CHRNA9]]''
|4p14
|-
|α10
|''[[CHRNA10]]''
|11p15.4
|-
| rowspan="4" |β-alayksiköt
|β1
|''[[CHRNB1]]''
|17p13.1
|-
|β2
|''[[CHRNB2]]''
|1q21.3
|-
|β3
|''[[CHRNB3]]''
|8p11.21
|-
|β4
|''[[CHRNB4]]''
|15q25.1
|-
| rowspan="3" |Muut alayksiköt
|''[[CHRND]]''
|2q37.1
|-
|''[[CHRNE]]''
|17p13.2
|-
|''[[CHRNG]]''
|2q37.1
|}

Taulukon alayksiköiden lisäksi [[Selkärankaiset|selkärankaisista]] on löydetty α8-alayksikkö, jonka geeni on ''[[CHRNA8]]''. Sitä ei ole ihmisillä, mutta se löytyy muun muassa [[Kana|kanoilta]], tietyiltä [[Liskot|liskoilta]], [[Sammakot|sammakoilta]], [[Rustokalat|rustokaloilta]] ja [[Viuhkaeväiset|viuhkaeväisiltä]]. α11-yksikkö (geeni: ''[[CHRNA11]]'') löytyy tietyistä [[Varsieväkalat|varsieväkaloista]], liskoista ja viuhkaeväisistä. β1.2-yksikkö (''[[CHRNB1.2]]'') on löydetty joistakin viuhkaeväisistä. β5-yksikkö (''[[CHRNB5]]'') on löydetty ''[[Lepisosteus oculatus]]'' -kalasta, [[Aavekärsäkuningas|aavekärsäkuninkaasta]] ja joistakin [[Varsinaiset luukalat|varsinaisista luukaloista]].<ref name=g/>

[[Selkärangattomat|Selkärangattomista]] eliöistä on tunnistettu satoja geenejä, jotka koodaavat erilaisia nikotiinireseptorien alayksikköjä.<ref name=h/>

==Ihmisten nikotiinireseptorit==
===Lihasten reseptorit===
Asetyylikoliini aktivoi ihmisten [[hermo-lihasliitos]]ten nikotiinireseptorit aiheuttaen lihassupistuksen. Liitosten reseptorit koostuvat kahdesta α1-, yhdestä β1- ja yhdestä δ-yksiköstä. Ihmisten [[sikiö]]illä viides yksikkö on ε, eli yhdistelmä on (α1)<sub>2</sub>β1δε. Tällaiset reseptorit ohjaavat sikiöiden hermo-lihasliitosten kehitystä. ε-yksikkö korvautuu kokonaan γ-yksiköllä ennen syntymää. Lapsilla ja aikuisilla ihmisillä lihasten nikotiinireseptorit ovat siksi tyyppiä (α1)<sub>2</sub>β1δγ.<ref name=e>{{Lehtiviite|Tekijä=RJ Rasoulpour et al|Otsikko=A novel mode-of-action mediated by the fetal muscle nicotinic acetylcholine receptor resulting in developmental toxicity in rats|Julkaisu=Toxicological Sciences|Ajankohta=2012|Vuosikerta=127|Numero=2|Sivut=522–534|Doi=10.1093/toxsci/kfs118|Issn=1096-6080|www=https://academic.oup.com/toxsci/article/127/2/522/1709513}}</ref> Rotilla ja useilla muilla nisäkkäillä lihasten nikotiinireseptorien yksiköt ovat järjestäytyneet yksilön kehitysvaiheen mukaan samoin kuin ihmisillä.<ref name=e/><ref name=a/>

===Hermoston reseptorit===
Ihmisten [[hermosolu]]jen nikotiinireseptorit koostuvat tyypin α2–7, α9, α10 ja β2–4 yksiköistä. Näistä vain α7- ja α9-yksiköt tuottavat homomeerisiä nikotiinireseptoreita ja heteromeeriset reseptorit taas muodostuvat tyypin α2–6 ja β2–4 yksiköistä.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=CP Schaaf|Otsikko=Nicotinic acetylcholine receptors in human genetic disease|Julkaisu=Genetics in Medicine|Ajankohta=2014|Vuosikerta=16|Numero=9|Sivut=649–656|Doi=10.1038/gim.2014.9|Issn=1530-0366|www=https://www.nature.com/articles/gim20149}}</ref> Nikotiinireseptoreita on aivoissa hermosolujen lisäksi on myös [[gliasolu]]issa ja [[Mikroverenkierto|mikroverenkierron]] [[endoteeli]]soluissa.<ref name=k/>

Ihmisaivojen yleisimmät nikotiinireseptorit ovat tyyppiä α4β2, α3β4 ja α7. α4β2-reseptoreita on näistä aivoissa eniten<ref name=f/> ja ne ilmenevät ihmisillä ainakin (α4β2)<sub>2</sub>β2- ja (α4β2)<sub>2</sub>α4-reseptoreina. Näistä jälkimmäinen läpäisee paremmin kalsiumioneita ja sen reaktioherkkyys agonisteihin alenee nopeammin. (α4β2)<sub>2</sub>β2-reseptorissa sitoutumispaikkoja agonisteille on 2. (α4β2)<sub>2</sub>α4-reseptorissa paikkoja taas on 3, mutta sen α4-yksiköiden väliin jäävän paikan [[Ligandi (biokemia)#Affiniteetti|affiniteetti]] asetyylikoliinille on matalampi kuin kahden muun α4- ja β2-yksiköiden välissä olevan paikan.<ref name=i>{{Lehtiviite|Tekijä=BG Campling, A Kuryatov, J Lindstrom|Otsikko=Acute activation, desensitization and smoldering activation of human acetylcholine receptors|Julkaisu=PLoS ONE|Ajankohta=2013|Vuosikerta=8|Numero=11|Pmid=24244538|Doi=10.1371/journal.pone.0079653|Issn=1932-6203|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3828267/}}</ref> Ihmisten hermoston α3β4-reseptorien järjestäytyminen viidennen alayksikkönsä suhteen tunnettiin huonosti ainakin vuoteen 2020 mennessä.<ref name=j>{{Lehtiviite|Tekijä=P Scholze, S Huck|Otsikko=The α5 nicotinic acetylcholine receptor subunit differentially modulates α4β2*and α3β4*receptors|Julkaisu=Frontiers in Synaptic Neuroscience|Ajankohta=2020|Vuosikerta=12|Numero=607959|Pmid=33343327|Doi=10.3389/fnsyn.2020.607959|Issn=1663-3563|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7744819/}}</ref>

Hermoston nikotiinireseptorit säätävät välittäjäaineiden – kuten [[Glutamaatti|glutamaatin]], [[GABA]]:n, [[norepinefriini]]n ja [[dopamiini]]n – vapautumista,<ref name=j/> [[kalvojännite]]ttä ja [[hermoimpulssi]]en eteenpäin välittymistä vaikuttaen siten eritoten ahdistukseen, uneen, ruokahaluun, väsymykseen, kipuaistiin, immuunivasteeseen, stressireaktioihin ja muistiin.<ref name=h/>

==Ligandit==
Eliöiden nikotiinireseptorien sisäsyntyinen ortosteerinen [[agonisti]] on [[asetyylikoliini]]. Joidenkin nikotiinireseptorien luontaisiin agonisteihin lukeutuu myös [[koliini]].<ref name=a/> Ulkosyntyisiä agonisteja on monia, joista eräs tunnetuimpia on [[nikotiini]]n (''S'')-[[stereoisomeeri]]. Se on ihmisten α4β2- ja α7-nikotiinireseptorien agonisti.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=H Xing et al|Otsikko=A methyl scan of the pyrrolidinium ring of nicotine reveals significant differences in its interactions with α7 and α4β2 nicotinic acetylcholine receptors|Julkaisu=Molecular Pharmacology|Ajankohta=2020|Vuosikerta=98|Numero=2|Sivut=168–180|Pmid=32474444|Doi=10.1124/mol.119.118786|Issn=0026-895X|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7377336/}}</ref> Sitä käytetään päihteenä, sillä se vapauttaa nikotiinireseptorivälitteisesti mielihyvää aiheuttavaa [[dopamiini]]a. Kumpikin agonismi on tärkeää nikotiiniriippuvuutta aiheuttavien vaikutusten kannalta, mutta nikotiinin α4β2-reseptoriagonismi on riippuvuuden kehittymisessä keskeisempää.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=MJ Moerke, LR McMahon, JL Wilkerson|Otsikko=More than smoke and patches: the quest for pharmacotherapies to treat tobacco use disorder|Julkaisu=Pharmacological Reviews|Ajankohta=2020|Vuosikerta=72|Numero=2|Sivut=527–557|Pmid=32205338|Doi=10.1124/pr.119.018028|Issn=0031-6997|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7090325/}}</ref> Joitain agonisteja, kuten [[varenikliini]]ä ja [[sytisiini]]ä, taas käytetään nikotiiniriippuvuuden hoitoon.<ref name=f>{{Lehtiviite|Tekijä=NL Benowitz|Otsikko=Pharmacology of nicotine: addiction, smoking-induced disease, and therapeutics|Julkaisu=Annual review of pharmacology and toxicology|Ajankohta=2009|Vuosikerta=49|Sivut=57–71|Pmid=18834313|Doi=10.1146/annurev.pharmtox.48.113006.094742|Issn=0362-1642|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2946180/}}</ref> Varenikliini on ihmisten α7- ja α4β4-reseptorien täysagonisti. Se on myös 4β2- ja α3β4-reseptorien osittaisagonisti.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=HR Arias et al|Otsikko=Pharmacological and molecular studies on the interaction of varenicline with different nicotinic acetylcholine receptor subtypes. Potential mechanism underlying partial agonism at human α4β2 and α3β4 subtypes|Julkaisu=Biochimica Et Biophysica Acta|Ajankohta=2015|Vuosikerta=1848|Numero=2|Sivut=731–741|Pmid=25475645|Doi=10.1016/j.bbamem.2014.11.003|Issn=0006-3002|www=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005273614003897}}</ref> (–)-Sytisiini on α7-reseptorien täysagonisti ja 4β2-reseptorien osittaisagonisti.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=HG Campello|Otsikko=Unlocking nicotinic selectivity via direct C‒H functionalization of (−)-cytisine|Julkaisu=Chem|Ajankohta=2018|Vuosikerta=4|Numero=7|Sivut=1710–1725|Doi=10.1016/j.chempr.2018.05.007|Issn=2451-9294|www=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192941830216X}}</ref> Ihmisten α7-reseptorien agonisteista monet vaikuttavat usein myös eri 5-HT<sub>3</sub>-[[Serotoniinireseptori|serotoniinireseptoreihin]] reseptorirakenteiden samankaltaisuuden takia.<ref name=k>{{Lehtiviite|Tekijä=T Yang et al|Otsikko=The current agonists and positive allosteric modulators of α7 nAChR for CNS indications in clinical trials|Julkaisu=Acta Pharmaceutica Sinica. B|Ajankohta=2017|Vuosikerta=7|Numero=6|Sivut=611–622|Pmid=29159020|Doi=10.1016/j.apsb.2017.09.001|Issn=2211-3835|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5687317/}}</ref> Esimerkiksi varenikliini on lisäksi 5-HT<sub>3</sub>-reseptoriagonisti.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=KL Price et al|Otsikko=Varenicline interactions
at the 5-HT3 receptor ligand binding site are revealed
by 5-HTBP|Julkaisu=ACS Chemical Neuroscience|Ajankohta=2015|Vuosikerta=6|Numero=7|Sivut=1151–1157|Pmid=25648658|Doi=10.1021/cn500369h|Issn=1948-7193|www=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4505686/}}</ref> [[Tropisetroni]] taas on paitsi α7-reseptoriagonisti, mutta myös 5-HT<sub>3</sub>-reseptorien [[Antagonisti (lääketiede)|antagonisti]].<ref name=k/> Muita esimerkkejä eri nikotiinireseptorien agonisteista ovat muun muassa [[dimetyylifenyylipiperatsiini]] (DMPP), [[anatoksiini-a]], [[epibatidiini]] ja [[lobeliini]].<ref name=a/> Myös positiivisia [[Allosteerinen säätelijä|allosteerisia säätelijöitä]] (PAM) tunnetaan. Esimerkiksi [[PNU-120,596]] on α7-reseptorien PAM.<ref name=k/> Nikotiinireseptorien [[Antagonisti (lääketiede)|antagonisteja]] ovat muun muassa [[bupropioni]], [[alfabungarotoksiini]], α-[[konotoksiinit]] ja [[metyylilykakonitiini]] (MLA).<ref name=a/>

==Katso myös==
*[[Koliiniesteraasi]]

==Lähteet==
{{viitteet|sarakkeet}}
[[Luokka:Reseptorit]]

Versio 1. huhtikuuta 2021 kello 23.49

Torpedo marmorata -sähkörauskukalan nikotiinireseptori (PDB: 2BG9), joka on kiinni kaksoislipidikalvossa (punaisen ja sinisen viivan välinen alue).

Nikotiinireseptorit eli nAChR:t ovat ryhmä ionotrooppisia reseptoreita eli agonistin aktivoimia ionikanavia, jotka ovat yleensä kiinni solukalvoissa tai joskus muissa kaksoislipidikalvoissa. Aktivoituessaan nAChR:t läpäisevät natrium- (Na+) ja kaliumioneita (K+). Osa läpäisee myös kalsiumioneita (Ca2+).[1] nAChR:t voivat tyypistään riippuen sitoa samanaikaisesti enintään 2, 3 tai 5 agonistia.[2] nAChR:t ovat asetyylikoliinireseptoreita, sillä asetyylikoliini aktivoi ne. Osan niistä aktivoi myös koliini.[1] Myös monet ulkosyntyiset aineet vaikuttavat nAChR:iin. Esimerkiksi (S)-nikotiini sitoutuu agonistina ihmisten nAChR:iin muiden asetyylikoliinireseptorien sijaan.[3][1] Tästä asetyylikoliinireseptorien tutkimuksen varhaisvaiheessa tehdystä havainnosta tulee myös nikotiinireseptorien nimi.[1]

nAChR:t ovat homo- tai heteropentameerisiä. Ne siis koostuvat viidestä vastaavasti samanlaisesta tai osin erilaisesta peptidiketjusta eli alayksiköstä. Ihmisissä ja muissa nisäkkäissä alayksikkötyyppejä on 16. Muissa selkärankaisista niitä on likimain yhtä monta.[4] Joissain selkärangattomissa alayksikkötyyppejä taas on jopa satoja. Alayksikköyhdistelmät tuottavat erilaisia nAChR:iä.[5]

Täysikasvuisten nisäkkäiden hermo-lihasliitoksissa on vain yhdenlaisia nAChR:iä, jotka välittävät niissä hermosignaalin lihassupistukseksi.[6][1] Muissa kudoksissa nisäkkäillä on monia erilaisia nAChR:iä. Ne ovat muun muassa välttämätön osa hermostoa, jossa ne vaikuttavat esimerkiksi uneen, tunnetiloihin, muistiin ja kehon normaalitoimintojen ylläpitoon eli homeostaasiin yleisesti ottaen säätämällä kalvojännitettä, hermoimpulssien eteenpäin välittymistä ja monien välittäjäaineiden vapautumista. Ihmisillä on nikotiinireseptoreita hermoston lisäksi monissa muissakin kudoksissa.[5]

Rakenne

Yllä: kaavakuva lipidikalvossa (sininen) kiinni olevasta viidestä osin erilaisesta alayksiköstä koostuvasta eli heteropentameerisestä nikotiinireseptorista (purppura). Alla: viiden alayksikön kaavakuvat. Vihreät ovat α-kierteitä.

Nikotiinireseptorit koostuvat viidestä kehäsymmetrisesti järjestäytyneestä peptidiketjusta eli proteiinialayksiköstä. Yksiköt voivat olla keskenään samanlaisia tai erilaisia. Reseptori voi siis vastaavasti olla homo- tai heteropentameeri. Kukin yksikkö omaa 4 solukalvon tai muun kaksoislipidikalvon läpäisevää α-kierrettä, joista yksikkö on kiinni kalvossa. Kierteiden nimet ovat N-terminaalista C-terminaaliin TM1, TM2, TM3 ja TM4. TM2:n aminohapot määräävät reseptorin läpäisemät kationit, sillä TM2 on ionikanavan sisäpinnalla.[1]

N- ja C-terminaalit ovat solun ulkopuolella jos alayksikkö on solukalvossa. N-terminaali on usein noin 200 aminohappoa pitkä. Se on pidempi ja konservoituneempi eli samankaltaisempi eri alayksikkötyyppien välillä kuin C-terminaali. Nisäkkäiden alayksiköt jaetaan rakenteellisesti α-yksiköihin ja ei-α-yksiköihin. Jälkimmäisiä ovat ainakin β-, δ-, ε- ja γ-yksiköt (katso: alayksikkötyypit). Vain α-yksiköiden N-terminaalissa on kahden kysteiinin välisen disulfidisidoksen tuottama "lenkki". Se on tärkeä yksikön aktivoitumisen kannalta, sillä reseptorin aktivoiva ligandi eli agonisti voi sitoutua lenkin lähelle monien α-alyksikkötyyppien kohdalla. Kaikki α-yksiköt eivät tosin voi sitoa agonistia.[1]

TM3 ja TM4 väliin jäävä lenkki on solun sisällä ja sen aminohapposekvenssi vaihtelee eri alayksikkötyyppien välillä. Lenkki vaikuttaa alayksiköiden keskinäiseen vuorovaikutukseen, reseptorin toimintaherkkyyden säätelyyn ja sen sijoittumiseen solussa.[1]

Agonistin sitoutuminen ja alayksiköiden järjestäytyminen

Nikotiinireseptorit ovat ionikanavia, jotka agonistin sidottuaan päästävät keskiöönsä tällöin avautuvan tunnelin läpi kalium- (K+) ja natriumioneita (Na+) solukalvon tai muun kaksoislipidikalvon eri puolille. Tiettyjä alayksikköjä omaavat nikotiinireseptorit läpäisevät myös kalsiumioneita (Ca2+).[7]

Heteromeerinen (α4β2)2β2-nikotiinireseptori (yllä) ja homomeerinen α7-nikotiinireseptori (alla). ACh on asetyylikoliinin tai jonkin muun ligandin sitova ortosteerinen kohta. Ionit kulkevat reseptorien keskikohdan kautta reseptorin ollessa aktiivinen.

Keskenään eri alayksiköistä koostuvissa eli heteromeerissä nikotiinireseptoreissa on vähintään 2 ja enintään 3 luontaista eli ortosteeristä sitoutumiskohtaa agonisteille.[2] Kukin kohta on alayksikköparin välissä. Nisäkkäissä alayksikköparissa yksi yksiköistä on tyyppiä α1, α2, α3, α4, α6, α7 tai α9 ja toinen on tyyppiä α10, β2, β4, δ, γ tai ε. Näitä alayksikköpareja on reseptorissa kaksi. Reseptorin viides alayksikkö voi olla jokin muu alayksikkö.[1] Esimerkiksi α4β2-reseptori tarkoittaa reseptoreita, jossa on kaksi α4- ja β2-alayksikön muodostamaa alayksikköparia. Viides yksikkö voi tällaisessa reseptorissa olla esimerkiksi α4 tai β2, jolloin reseptoria voidaan sanoa vastaavasti (α4β2)2α4- tai (α4β2)2β2-nikotiinireseptoriksi. Jälkimmäisessä on vain 2 sitoutumispaikkaa agonistille. (α4β2)2α4-reseptorissa paikkoja taas on 3.[2] Kolmas paikka muodostuu kahden α4-yksikön väliin, mutta sen affiniteetti agonistina toimivalle asetyylikoliinille on kuitenkin heikompi ainakin ihmisissä kuin kahdella muulla sitoutumispaikalla. Alayksiköiden järjestäytymistä reseptorissa sanotaan usein reseptorin stoikiometriaksi.[8]

Vain yhdenlaisista alayksiköistä koostuvissa eli homomeerisissä nikotiinireseptoreissa on 5 ortosteeristä sitoutumiskohtaa. Nisäkkäissä esimerkiksi tyypin α7-alayksiköt muodostavat homomeerisiä nikotiinireseptoreita.[9]

Jo yhden agonistin sitoutuminen voi aktivoida homo- tai heteromeerisen nikotiinireseptorin vaikka niissä on vastaavasti 2–3 ja 5 sitoutumiskohtaa agonisteille. Yhden agonistin aiheuttama reseptoriaktivaatio on usein heikkoa ja ionivirtaus reseptorin läpi on sitä suurempaa, mitä useampaan kohtaan on kiinnittynyt agonisti. Kuitenkin agonistien sitoutuminen liian moneen kohtaan samanaikaisesti voi joidenkin reseptorien kohdalla heikentää reseptorin kykyä reagoida agonisteihin. Esimerkiksi homomeeristen α7-nikotiinireseptorien vaste agonisteille heikkenee, mikäli nämä reseptorit altistuvat liian suurille agonistipitoisuuksille.[2]

Alayksikkötyypit

Ihmisistä on tunnistettu 16 nikotiinireseptorien alayksikköä, jotka ovat oheisessa taulukossa. Muissa nisäkkäissä on samat alayksiköt kuin ihmisissä.[4]

Ihmisten nikotiinireseptorien alayksiköt
Tyyppi Nimi[1] Geeni[10] Geenin kohta kromosomissa[10]
α-alayksiköt α1 CHRNA1 2q31.1
α2 CHRNA2 8p21.2
α3 CHRNA3 15q25.1
α4 CHRNA4 20q13.33
α5 CHRNA5 15q25.1
α6 CHRNA6 8p11.21
α7 CHRNA7 15q13.3
α9 CHRNA9 4p14
α10 CHRNA10 11p15.4
β-alayksiköt β1 CHRNB1 17p13.1
β2 CHRNB2 1q21.3
β3 CHRNB3 8p11.21
β4 CHRNB4 15q25.1
Muut alayksiköt δ CHRND 2q37.1
ε CHRNE 17p13.2
γ CHRNG 2q37.1

Taulukon alayksiköiden lisäksi selkärankaisista on löydetty α8-alayksikkö, jonka geeni on CHRNA8. Sitä ei ole ihmisillä, mutta se löytyy muun muassa kanoilta, tietyiltä liskoilta, sammakoilta, rustokaloilta ja viuhkaeväisiltä. α11-yksikkö (geeni: CHRNA11) löytyy tietyistä varsieväkaloista, liskoista ja viuhkaeväisistä. β1.2-yksikkö (CHRNB1.2) on löydetty joistakin viuhkaeväisistä. β5-yksikkö (CHRNB5) on löydetty Lepisosteus oculatus -kalasta, aavekärsäkuninkaasta ja joistakin varsinaisista luukaloista.[4]

Selkärangattomista eliöistä on tunnistettu satoja geenejä, jotka koodaavat erilaisia nikotiinireseptorien alayksikköjä.[5]

Ihmisten nikotiinireseptorit

Lihasten reseptorit

Asetyylikoliini aktivoi ihmisten hermo-lihasliitosten nikotiinireseptorit aiheuttaen lihassupistuksen. Liitosten reseptorit koostuvat kahdesta α1-, yhdestä β1- ja yhdestä δ-yksiköstä. Ihmisten sikiöillä viides yksikkö on ε, eli yhdistelmä on (α1)2β1δε. Tällaiset reseptorit ohjaavat sikiöiden hermo-lihasliitosten kehitystä. ε-yksikkö korvautuu kokonaan γ-yksiköllä ennen syntymää. Lapsilla ja aikuisilla ihmisillä lihasten nikotiinireseptorit ovat siksi tyyppiä (α1)2β1δγ.[6] Rotilla ja useilla muilla nisäkkäillä lihasten nikotiinireseptorien yksiköt ovat järjestäytyneet yksilön kehitysvaiheen mukaan samoin kuin ihmisillä.[6][1]

Hermoston reseptorit

Ihmisten hermosolujen nikotiinireseptorit koostuvat tyypin α2–7, α9, α10 ja β2–4 yksiköistä. Näistä vain α7- ja α9-yksiköt tuottavat homomeerisiä nikotiinireseptoreita ja heteromeeriset reseptorit taas muodostuvat tyypin α2–6 ja β2–4 yksiköistä.[11] Nikotiinireseptoreita on aivoissa hermosolujen lisäksi on myös gliasoluissa ja mikroverenkierron endoteelisoluissa.[12]

Ihmisaivojen yleisimmät nikotiinireseptorit ovat tyyppiä α4β2, α3β4 ja α7. α4β2-reseptoreita on näistä aivoissa eniten[3] ja ne ilmenevät ihmisillä ainakin (α4β2)2β2- ja (α4β2)2α4-reseptoreina. Näistä jälkimmäinen läpäisee paremmin kalsiumioneita ja sen reaktioherkkyys agonisteihin alenee nopeammin. (α4β2)2β2-reseptorissa sitoutumispaikkoja agonisteille on 2. (α4β2)2α4-reseptorissa paikkoja taas on 3, mutta sen α4-yksiköiden väliin jäävän paikan affiniteetti asetyylikoliinille on matalampi kuin kahden muun α4- ja β2-yksiköiden välissä olevan paikan.[8] Ihmisten hermoston α3β4-reseptorien järjestäytyminen viidennen alayksikkönsä suhteen tunnettiin huonosti ainakin vuoteen 2020 mennessä.[13]

Hermoston nikotiinireseptorit säätävät välittäjäaineiden – kuten glutamaatin, GABA:n, norepinefriinin ja dopamiinin – vapautumista,[13] kalvojännitettä ja hermoimpulssien eteenpäin välittymistä vaikuttaen siten eritoten ahdistukseen, uneen, ruokahaluun, väsymykseen, kipuaistiin, immuunivasteeseen, stressireaktioihin ja muistiin.[5]

Ligandit

Eliöiden nikotiinireseptorien sisäsyntyinen ortosteerinen agonisti on asetyylikoliini. Joidenkin nikotiinireseptorien luontaisiin agonisteihin lukeutuu myös koliini.[1] Ulkosyntyisiä agonisteja on monia, joista eräs tunnetuimpia on nikotiinin (S)-stereoisomeeri. Se on ihmisten α4β2- ja α7-nikotiinireseptorien agonisti.[14] Sitä käytetään päihteenä, sillä se vapauttaa nikotiinireseptorivälitteisesti mielihyvää aiheuttavaa dopamiinia. Kumpikin agonismi on tärkeää nikotiiniriippuvuutta aiheuttavien vaikutusten kannalta, mutta nikotiinin α4β2-reseptoriagonismi on riippuvuuden kehittymisessä keskeisempää.[15] Joitain agonisteja, kuten varenikliiniä ja sytisiiniä, taas käytetään nikotiiniriippuvuuden hoitoon.[3] Varenikliini on ihmisten α7- ja α4β4-reseptorien täysagonisti. Se on myös 4β2- ja α3β4-reseptorien osittaisagonisti.[16] (–)-Sytisiini on α7-reseptorien täysagonisti ja 4β2-reseptorien osittaisagonisti.[17] Ihmisten α7-reseptorien agonisteista monet vaikuttavat usein myös eri 5-HT3-serotoniinireseptoreihin reseptorirakenteiden samankaltaisuuden takia.[12] Esimerkiksi varenikliini on lisäksi 5-HT3-reseptoriagonisti.[18] Tropisetroni taas on paitsi α7-reseptoriagonisti, mutta myös 5-HT3-reseptorien antagonisti.[12] Muita esimerkkejä eri nikotiinireseptorien agonisteista ovat muun muassa dimetyylifenyylipiperatsiini (DMPP), anatoksiini-a, epibatidiini ja lobeliini.[1] Myös positiivisia allosteerisia säätelijöitä (PAM) tunnetaan. Esimerkiksi PNU-120,596 on α7-reseptorien PAM.[12] Nikotiinireseptorien antagonisteja ovat muun muassa bupropioni, alfabungarotoksiini, α-konotoksiinit ja metyylilykakonitiini (MLA).[1]

Katso myös

Lähteet

  1. a b c d e f g h i j k l m n EX Albuquerque et al: Mammalian nicotinic acetylcholine receptors: from structure to function. Physiological reviews, 2009, 89. vsk, nro 1, s. 73–120. PubMed:19126755. doi:10.1152/physrev.00015.2008. ISSN 0031-9333. Artikkelin verkkoversio.
  2. a b c d J Wang et al: An accessory agonist binding site promotes activation of α4β2*nicotinic acetylcholine receptors. The Journal of Biological Chemistry, 2015, 290. vsk, nro 22, s. 13907–13918. PubMed:25869137. doi:10.1074/jbc.M115.646786. ISSN 0021-9258. Artikkelin verkkoversio.
  3. a b c NL Benowitz: Pharmacology of nicotine: addiction, smoking-induced disease, and therapeutics. Annual review of pharmacology and toxicology, 2009, 49. vsk, s. 57–71. PubMed:18834313. doi:10.1146/annurev.pharmtox.48.113006.094742. ISSN 0362-1642. Artikkelin verkkoversio.
  4. a b c JE Pedersen, CA Bergqvist, D Larhammar: Evolution of vertebrate nicotinic acetylcholine receptors. BMC Evolutionary Biology, 2019, 19. vsk, nro 38. PubMed:30700248. doi:10.1186/s12862-018-1341-8. ISSN 1471-2148. Artikkelin verkkoversio.
  5. a b c d Y Jiao et al: Massive expansion and diversity of nicotinic acetylcholine receptors in lophotrochozoans. BMC Genomics, 2019, 5. vsk, nro 1, s. 937. PubMed:31805848. doi:10.1186/s12864-019-6278-9. ISSN 1471-2164. Artikkelin verkkoversio.
  6. a b c RJ Rasoulpour et al: A novel mode-of-action mediated by the fetal muscle nicotinic acetylcholine receptor resulting in developmental toxicity in rats. Toxicological Sciences, 2012, 127. vsk, nro 2, s. 522–534. doi:10.1093/toxsci/kfs118. ISSN 1096-6080. Artikkelin verkkoversio.
  7. L Rufener et al: Nicotinic acetylcholine receptors: ex-vivo expression of functional, non-hybrid, heteropentameric receptors from a marine arthropod, Lepeophtheirus salmonis. PLoS Pathogens, 2020, 16. vsk, nro 7. PubMed:32716968. doi:10.1371/journal.ppat.1008715. ISSN 1553-7366. Artikkelin verkkoversio.
  8. a b BG Campling, A Kuryatov, J Lindstrom: Acute activation, desensitization and smoldering activation of human acetylcholine receptors. PLoS ONE, 2013, 8. vsk, nro 11. PubMed:24244538. doi:10.1371/journal.pone.0079653. ISSN 1932-6203. Artikkelin verkkoversio.
  9. GB Dawe et al: α7 nicotinic acetylcholine receptor upregulation by anti-apoptotic Bcl-2 proteins. Nature Communications, 2019, 10. vsk, nro 1, s. 2746. doi:10.1038/s41467-019-10723-x. ISSN 2041-1723. Artikkelin verkkoversio.
  10. a b Gene group: Cholinergic receptors nicotinic subunits (CHRN) genenames.org. Viitattu 27.3.2021.
  11. CP Schaaf: Nicotinic acetylcholine receptors in human genetic disease. Genetics in Medicine, 2014, 16. vsk, nro 9, s. 649–656. doi:10.1038/gim.2014.9. ISSN 1530-0366. Artikkelin verkkoversio.
  12. a b c d T Yang et al: The current agonists and positive allosteric modulators of α7 nAChR for CNS indications in clinical trials. Acta Pharmaceutica Sinica. B, 2017, 7. vsk, nro 6, s. 611–622. PubMed:29159020. doi:10.1016/j.apsb.2017.09.001. ISSN 2211-3835. Artikkelin verkkoversio.
  13. a b P Scholze, S Huck: The α5 nicotinic acetylcholine receptor subunit differentially modulates α4β2*and α3β4*receptors. Frontiers in Synaptic Neuroscience, 2020, 12. vsk, nro 607959. PubMed:33343327. doi:10.3389/fnsyn.2020.607959. ISSN 1663-3563. Artikkelin verkkoversio.
  14. H Xing et al: A methyl scan of the pyrrolidinium ring of nicotine reveals significant differences in its interactions with α7 and α4β2 nicotinic acetylcholine receptors. Molecular Pharmacology, 2020, 98. vsk, nro 2, s. 168–180. PubMed:32474444. doi:10.1124/mol.119.118786. ISSN 0026-895X. Artikkelin verkkoversio.
  15. MJ Moerke, LR McMahon, JL Wilkerson: More than smoke and patches: the quest for pharmacotherapies to treat tobacco use disorder. Pharmacological Reviews, 2020, 72. vsk, nro 2, s. 527–557. PubMed:32205338. doi:10.1124/pr.119.018028. ISSN 0031-6997. Artikkelin verkkoversio.
  16. HR Arias et al: Pharmacological and molecular studies on the interaction of varenicline with different nicotinic acetylcholine receptor subtypes. Potential mechanism underlying partial agonism at human α4β2 and α3β4 subtypes. Biochimica Et Biophysica Acta, 2015, 1848. vsk, nro 2, s. 731–741. PubMed:25475645. doi:10.1016/j.bbamem.2014.11.003. ISSN 0006-3002. Artikkelin verkkoversio.
  17. HG Campello: Unlocking nicotinic selectivity via direct C‒H functionalization of (−)-cytisine. Chem, 2018, 4. vsk, nro 7, s. 1710–1725. doi:10.1016/j.chempr.2018.05.007. ISSN 2451-9294. Artikkelin verkkoversio.
  18. KL Price et al: Varenicline interactions at the 5-HT3 receptor ligand binding site are revealed by 5-HTBP. ACS Chemical Neuroscience, 2015, 6. vsk, nro 7, s. 1151–1157. PubMed:25648658. doi:10.1021/cn500369h. ISSN 1948-7193. Artikkelin verkkoversio.