P2X пуриноцептор 4 — это белок , который у людей кодируется геном P2RX4 . P2X пуриноцептор 4 является членом семейства рецепторов P2X . [5] [6] [7] Рецепторы P2X представляют собой тримерные белковые комплексы, которые могут быть гомомерными или гетеромерными . Эти рецепторы представляют собой лиганд-управляемые катионные каналы , которые открываются в ответ на связывание АТФ. [8] Каждый подтип рецептора, определяемый составом субъединицы, различается по своему сродству к АТФ и кинетике десенсибилизации .
Рецептор P2X 4 представляет собой гомотример, состоящий из трех мономеров P2X 4. [5] Они представляют собой неселективные катионные каналы с высокой проницаемостью для кальция , что приводит к деполяризации клеточной мембраны и активации различных внутриклеточных процессов, чувствительных к Ca 2+ . [9] [10] [11] Рецептор P2X 4 уникально экспрессируется в лизосомальных компартментах , а также на поверхности клеток . [12]
Рецептор обнаружен в центральной и периферической нервной системе, в эпителии протоков желез и дыхательных путей, в гладких мышцах мочевого пузыря , желудочно-кишечного тракта , матки и артерий , в эндометрии матки и в жировых клетках . [13] Рецепторы P2X 4 участвуют в регуляции сердечной функции, АТФ-опосредованной гибели клеток , синаптическом укреплении и активации инфламмасомы в ответ на травму. [12] [14] [15] [16] [17] [18]
Структура
Рецепторы P2X состоят из трех субъединиц, которые могут быть гомомерными или гетеромерными по своей природе. У млекопитающих существует семь различных субъединиц, каждая из которых кодируется отдельным геном ( P2RX1 - P2RX7 ). [5] Каждая субъединица имеет две трансмембранные альфа-спирали (TM1 и TM2), связанные большой внеклеточной петлей. [5] [12] [19] Анализ рентгеновских кристаллографических структур выявил «дельфиноподобную» третичную структуру , где «хвост» встроен в фосфолипидный бислой , а верхний и нижний эктодомены образуют «голову» и «тело» соответственно. [12] [19] [20] Смежные интерфейсы субъединиц образуют глубокий связывающий карман для АТФ. [12] [19] Связывание АТФ с этими ортостерическими сайтами вызывает сдвиг конформации, открывая пору канала.
Субъединицы P2X 4 могут образовывать гомомерные или гетеромерные рецепторы. [21] В 2009 году первым кристаллизованным пуринергическим рецептором был закрытый гомомерный рецептор P2X 4 данио-рерио . [22] [19] Хотя эта кристаллическая структура была усечена на N- и C-концах , она была разрешена и подтвердила, что эти белки действительно были тримерами с эктодоменом, богатым дисульфидными связями . [5] [12]
Механизм литникового затвора
Рецепторы P2X имеют три подтвержденных конформационных состояния: АТФ-несвязанный закрытый, АТФ-связанный открытый и АТФ-связанный десенсибилизированный. [12] [19] Визуализация рецепторов P2X 3 человека и P2X 7 крысы выявила структурные сходства и различия в их цитоплазматических доменах. В состоянии, связанном с АТФ, оба типа рецепторов образуют структуры бета-слоя из N- и C-концов соседних субъединиц. [12] [19] Эти вновь сложенные вторичные структуры объединяются, образуя «цитоплазматический колпачок», который помогает стабилизировать открытую пору. Кристаллические структуры десенсибилизированного рецептора больше не демонстрируют цитоплазматический колпачок. [12] [19]
Десенсибилизация
Электрофизиологические исследования выявили различия в скоростях десенсибилизации рецепторов между различными подтипами P2X. [5] [12] Гомотримеры P2X 1 и P2X 3 являются самыми быстрыми, десенсибилизация наблюдается через миллисекунды после активации, в то время как рецепторы P2X 2 и P2X 4 находятся на временной шкале секунд. Примечательно, что рецептор P2X 7 уникально не подвергается десенсибилизации. [12] Мутационные исследования, работающие с рецепторами P2X 2 и P2X 3 крысы , выявили три остатка в N-конце, которые вносят основной вклад в эти различия. При изменении аминокислот в P2X 3 для соответствия аналогичному P2X 2 скорость десенсибилизации замедлялась. Наоборот, изменение остатков P2X 2 для соответствия P2X 3 увеличивало скорость десенсибилизации. [19] В сочетании с открытым состоянием кристаллических структур была выдвинута гипотеза, что цитоплазматический колпачок стабилизирует конформацию открытых пор. [12] [19]
Кроме того, структурный анализ открытого рецептора P2X 3 выявил временные изменения в TM2, трансмембранной альфа-спирали, выстилающей пору. В открытом состоянии конформации небольшая средняя область TM2 развивается в 3 10 -спираль . [12] [19] Эта спиральная структура исчезает при десенсибилизации, и вместо этого TM2 реформируется как полная альфа-спираль, перемещенная ближе к внеклеточной стороне. [12]
Модель спиральной отдачи использует наблюдаемые структурные изменения в TM2 и временное образование цитоплазматического колпачка для описания возможного механизма десенсибилизации рецепторов P2X. В этой модели предполагается, что цитоплазматический колпачок фиксирует внутриклеточный конец спирали TM2, растягивая ее внеклеточный конец, чтобы обеспечить приток ионов. [19] Это вызвало бы наблюдаемую 3 10 -спираль. Затем колпачок разбирается и освобождает свою хватку на TM2, заставляя спираль отскакивать к внешнему листку мембраны. [12] [19]
В поддержку этой теории P2X 7 уникально имеет большой цитоплазматический домен с пальмитоилированными C-цистеиновыми якорными участками. [5] [12] [19] Эти участки дополнительно стабилизируют его цитоплазматический колпачок, закрепляя домен в окружающем внутреннем листке. Мутации связанных остатков пальмитоилированного сайта вызывают наблюдаемую атипичную десенсибилизацию рецептора. [12]
Передача рецепторов
Рецепторы P2X 4 функционально экспрессируются как на поверхности клетки, так и в лизосомах. [20] Хотя рецепторы P2X 4 преимущественно локализуются и хранятся в лизосомах , они выводятся на поверхность клетки в ответ на внеклеточные сигналы. [23] Эти сигналы включают IFN-γ , CCL21 , CCL2 . [24] [25] [26] Фибронектин также участвует в регуляции рецепторов P2X 4 посредством взаимодействия с интегринами , что приводит к активации члена семейства киназ SRC , Lyn . [27] Затем Lyn активирует сигнальные пути PI3K-AKT и MEK-ERK для стимуляции трафика рецепторов. [28] Интернализация рецепторов P2X 4 представляет собой клатрин- и динамин -зависимый эндоцитоз . [29]
Фармакология
Агонисты
Рецепторы P2X 4 реагируют на АТФ, но не на αβmeATP. Эти рецепторы также потенцируются ивермектином , цибакроном синим и цинком . [8]
Антагонисты
Основным фармакологическим различием между членами семейства пуриноцепторов является относительная чувствительность к антагонистам сурамин и пиридоксальфосфат-6-азофенил-2',4'-дисульфоновой кислоте ( PPADS ). Продукт этого гена имеет самую низкую чувствительность к этим антагонистам [8]
Нейропатическая боль
Рецептор P2X 4 был связан с нейропатической болью , опосредованной микроглией in vitro и in vivo . [30] [31] Рецепторы P2X 4 активируются после травмы. [32] Эта активация позволяет увеличить активацию митоген-активируемых протеинкиназ p38 , тем самым увеличивая высвобождение нейротрофического фактора мозга ( BDNF ) из микроглии. [33] BDNF, высвобождаемый из микроглии, вызывает нейрональную гипервозбудимость посредством взаимодействия с рецептором TrkB . [34] Что еще более важно, недавние исследования показывают, что активация рецептора P2X 4 не только необходима для нейропатической боли, но и достаточна для ее возникновения. [35]
^ abc North RA (октябрь 2002 г.). «Молекулярная физиология рецепторов P2X». Physiological Reviews . 82 (4): 1013– 1067. doi :10.1152/physrev.00015.2002. PMID 12270951.
^ North RA (октябрь 2002 г.). «Молекулярная физиология рецепторов P2X». Physiological Reviews . 82 (4): 1013– 1067. doi :10.1152/physrev.00015.2002. PMID 12270951.
^ Shigetomi E, Kato F (март 2004 г.). «Независимое от потенциала действия высвобождение глутамата при входе Ca2+ через пресинаптические рецепторы P2X вызывает постсинаптическую активацию в автономной сети ствола мозга». The Journal of Neuroscience . 24 (12): 3125– 3135. doi :10.1523/JNEUROSCI.0090-04.2004. PMC 6729830 . PMID 15044552.
^ Кошимизу Т.А., Ван Гур Ф., Томич М., Вонг А.О., Таноуэ А., Цудзимото Г., Стоилкович СС (ноябрь 2000 г.). «Характеристика передачи сигналов кальция с помощью пуринергических рецепторных каналов, экспрессируемых в возбудимых клетках». Молекулярная фармакология . 58 (5): 936–945 . doi :10.1124/моль.58.5.936. ПМИД 11040040.
^ abcdefghijklmnopq Kanellopoulos JM, Almeida-da-Silva CL, Rüütel Boudinot S, Ojcius DM (2021-03-25). "Структурные и функциональные особенности рецептора P2X4: иммунологическая перспектива". Frontiers in Immunology . 12 : 645834. doi : 10.3389 /fimmu.2021.645834 . PMC 8059410. PMID 33897694.
^ Bo X, Kim M, Nori SL, Schoepfer R, Burnstock G, North RA (август 2003 г.). «Распределение рецепторов P2X4 в тканях, изученное с помощью антитела к эктодомену». Cell and Tissue Research . 313 (2): 159– 165. doi :10.1007/s00441-003-0758-5. PMID 12845522. S2CID 18060944.
^ Кавано А., Цукимото М., Ногучи Т., Хотта Н., Харада Х., Такеноучи Т. и др. (март 2012 г.). «Участие рецептора P2X4 в рецептор-зависимой гибели клеток мышиных макрофагов P2X7». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 419 (2): 374–380 . doi :10.1016/j.bbrc.2012.01.156. ПМИД 22349510.
^ Solini A, Santini E, Chimenti D, Chiozzi P, Pratesi F, Cuccato S и др. (май 2007 г.). «Множественные рецепторы P2X участвуют в модуляции апоптоза в мезангиальных клетках человека: доказательства роли P2X4». American Journal of Physiology. Renal Physiology . 292 (5): F1537 – F1547 . doi :10.1152/ajprenal.00440.2006. hdl :11573/412000. PMID 17264311. S2CID 18668753.
^ Shen JB, Pappano AJ, Liang BT (февраль 2006 г.). «Внеклеточный ток, стимулированный АТФ, в желудочковых миоцитах трансгенных мышей с рецептором P2X4 и дикого типа: значение для сердечной физиологической роли рецепторов P2X4». FASEB Journal . 20 (2): 277– 284. doi : 10.1096/fj.05-4749com . PMID 16449800. S2CID 7174797.
^ Baxter AW, Choi SJ, Sim JA, North RA (июль 2011 г.). «Роль рецепторов P2X4 в синаптическом усилении нейронов гиппокампа CA1 у мышей». The European Journal of Neuroscience . 34 (2): 213– 220. doi :10.1111/j.1460-9568.2011.07763.x. PMC 3763203. PMID 21749490 .
^ де Риверо Ваккари Дж. П., Бастьен Д., Юрсисин Г., Пино И., Дитрих В.Д., Де Конинк Ю. и др. (февраль 2012 г.). «Рецепторы P2X4 влияют на активацию воспаления после травмы спинного мозга». Журнал неврологии . 32 (9): 3058–3066 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.4930-11.2012 . ПМК 6622016 . ПМИД 22378878.
^ abcdefghijklm Mansoor SE (2022). «Как структурная биология напрямую повлияла на наше понимание функции и регуляции рецептора P2X». В Nicke A (ред.). Рецептор P2X7 . Методы в молекулярной биологии. Т. 2510. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer US. стр. 1– 29. doi :10.1007/978-1-0716-2384-8_1. ISBN978-1-0716-2384-8. PMID 35776317.
^ ab Sophocleous RA, Ooi L, Sluyter R (май 2022 г.). «Рецептор P2X4: клеточные и молекулярные характеристики перспективной нейровоспалительной мишени». Международный журнал молекулярных наук . 23 (10): 5739. doi : 10.3390/ijms23105739 . PMC 9147237. PMID 35628550 .
^ Kaczmarek-Hájek K, Lörinczi E, Hausmann R, Nicke A (сентябрь 2012 г.). «Молекулярные и функциональные свойства рецепторов P2X — недавний прогресс и сохраняющиеся проблемы». Purinergic Signalling . 8 (3): 375– 417. doi :10.1007/s11302-012-9314-7. PMC 3360091. PMID 22547202 .
^ Kawate T, Michel JC, Birdsong WT, Gouaux E (июль 2009). "Кристаллическая структура ионного канала P2X(4) с АТФ-управлением в закрытом состоянии". Nature . 460 (7255): 592– 598. Bibcode :2009Natur.460..592K. doi :10.1038/nature08198. PMC 2720809 . PMID 19641588.
^ Qureshi OS, Paramasivam A, Yu JC, Murrell-Lagnado RD (ноябрь 2007 г.). «Регуляция рецепторов P2X4 с помощью лизосомального нацеливания, защиты гликанов и экзоцитоза». Journal of Cell Science . 120 (Pt 21): 3838– 3849. doi : 10.1242/jcs.010348 . PMID 17940064.
^ Tsuda M, Masuda T, Kitano J, Shimoyama H, Tozaki-Saitoh H, Inoue K (май 2009 г.). «Сигнализация рецептора IFN-гамма опосредует активацию спинальной микроглии, приводящую к нейропатической боли». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (19): 8032– 8037. Bibcode : 2009PNAS..106.8032T. doi : 10.1073/pnas.0810420106 . PMC 2683100. PMID 19380717 .
^ Biber K, Tsuda M, Tozaki-Saitoh H, Tsukamoto K, Toyomitsu E, Masuda T и др. (май 2011 г.). «Нейрональный CCL21 повышает экспрессию микроглии P2X4 и инициирует развитие нейропатической боли». The EMBO Journal . 30 (9): 1864– 1873. doi :10.1038/emboj.2011.89. PMC 3101996. PMID 21441897.
^ Toyomitsu E, Tsuda M, Yamashita T, Tozaki-Saitoh H, Tanaka Y, Inoue K (июнь 2012 г.). «CCL2 способствует перемещению рецептора P2X4 на поверхность клеток микроглии». Purinergic Signalling . 8 (2): 301– 310. doi :10.1007/s11302-011-9288-x. PMC 3350584. PMID 22222817 .
^ Tsuda M, Tozaki-Saitoh H, Masuda T, Toyomitsu E, Tezuka T, Yamamoto T, Inoue K (январь 2008 г.). «Lyn тирозинкиназа необходима для повышения регуляции рецептора P2X(4) и нейропатической боли после повреждения периферического нерва». Glia . 56 (1): 50– 58. doi :10.1002/glia.20591. PMID 17918263. S2CID 8834339.
^ Tsuda M, Toyomitsu E, Kometani M, Tozaki-Saitoh H, Inoue K (сентябрь 2009 г.). «Механизмы, лежащие в основе индуцированной фибронектином активации экспрессии P2X4R в микроглии: различные роли сигнальных путей PI3K-Akt и MEK-ERK». Журнал клеточной и молекулярной медицины . 13 (9B): 3251– 3259. doi :10.1111/j.1582-4934.2009.00719.x. PMC 4516482. PMID 19298529 .
^ Royle SJ, Bobanović LK, Murrell-Lagnado RD (сентябрь 2002 г.). «Идентификация неканонического эндоцитарного мотива на основе тирозина в ионотропном рецепторе». Журнал биологической химии . 277 (38): 35378– 35385. doi : 10.1074/jbc.M204844200 . PMID 12105201.
^ Ulmann L, Hirbec H, Rassendren F (июль 2010 г.). «Рецепторы P2X4 опосредуют высвобождение PGE2 макрофагами, находящимися в тканях, и вызывают воспалительную боль». The EMBO Journal . 29 (14): 2290–2300 . doi :10.1038/emboj.2010.126. PMC 2910276. PMID 20562826 .
^ Tsuda M, Kuboyama K, Inoue T, Nagata K, Tozaki-Saitoh H, Inoue K (июнь 2009 г.). «Поведенческие фенотипы мышей, лишенных пуринергических рецепторов P2X4, в анализах острой и хронической боли». Molecular Pain . 5 : 28. doi : 10.1186/1744-8069-5-28 . PMC 2704200. PMID 19515262 .
^ Ulmann L, Hatcher JP, Hughes JP, Chaumont S, Green PJ, Conquet F, et al. (Октябрь 2008). «Повышенная регуляция рецепторов P2X4 в спинальной микроглии после повреждения периферических нервов опосредует высвобождение BDNF и нейропатическую боль». The Journal of Neuroscience . 28 (44): 11263– 11268. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2308-08.2008 . PMC 6671487. PMID 18971468 .
^ Trang T, Beggs S, Wan X, Salter MW (март 2009). «P2X4-рецептор-опосредованный синтез и высвобождение нейротрофического фактора мозга в микроглии зависит от кальция и активации протеинкиназы, активируемой митогеном p38». The Journal of Neuroscience . 29 (11): 3518– 3528. doi :10.1523/JNEUROSCI.5714-08.2009. PMC 3589565. PMID 19295157 .
^ Coull JA, Beggs S, Boudreau D, Boivin D, Tsuda M, Inoue K и др. (декабрь 2005 г.). «BDNF из микроглии вызывает сдвиг в градиенте нейрональных анионов, лежащий в основе нейропатической боли». Nature . 438 (7070): 1017– 1021. Bibcode :2005Natur.438.1017C. doi :10.1038/nature04223. PMID 16355225. S2CID 4403946.
^ Tsuda M, Shigemoto-Mogami Y, Koizumi S, Mizokoshi A, Kohsaka S, Salter MW, Inoue K (август 2003 г.). «P2X4 рецепторы, индуцированные в спинальной микроглии ворота тактильной аллодинии после повреждения нерва». Nature . 424 (6950): 778– 783. Bibcode :2003Natur.424..778T. doi :10.1038/nature01786. PMID 12917686. S2CID 4358793.
Дальнейшее чтение
North RA (октябрь 2002 г.). «Молекулярная физиология рецепторов P2X». Physiological Reviews . 82 (4): 1013– 1067. doi :10.1152/physrev.00015.2002. PMID 12270951.
Маруяма К, Сугано С (январь 1994). «Олиго-кэппинг: простой метод замены кэп-структуры эукариотических мРНК олигорибонуклеотидами». Gene . 138 ( 1– 2): 171– 174. doi :10.1016/0378-1119(94)90802-8. PMID 8125298.
Garcia-Guzman M, Stühmer W, Soto F (июль 1997). "Молекулярная характеристика и фармакологические свойства человеческого пуриноцептора P2X3". Исследования мозга. Молекулярные исследования мозга . 47 ( 1– 2): 59– 66. doi :10.1016/S0169-328X(97)00036-3. PMID 9221902.
Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, Suyama A, Sugano S (октябрь 1997 г.). «Конструирование и характеристика библиотеки кДНК с полной длиной и обогащенной 5'-концом». Gene . 200 ( 1– 2): 149– 156. doi :10.1016/S0378-1119(97)00411-3. PMID 9373149.
Korenaga R, Yamamoto K, Ohura N, Sokabe T, Kamiya A, Ando J (май 2001 г.). "Sp1-опосредованное снижение транскрипции гена рецептора P2X4 в эндотелиальных клетках, подверженных сдвиговому напряжению". American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology . 280 (5): H2214 – H2221 . doi :10.1152/ajpheart.2001.280.5.H2214. PMID 11299224. S2CID 926394.
Glass R, Loesch A, Bodin P, Burnstock G (май 2002 г.). «Рецепторы P2X4 и P2X6 ассоциируются с VE-кадгерином в эндотелиальных клетках человека». Cellular and Molecular Life Sciences . 59 (5): 870– 881. doi :10.1007/s00018-002-8474-y. PMC 11146110 . PMID 12088286. S2CID 16519633.
Yamamoto K, Sokabe T, Ohura N, Nakatsuka H, Kamiya A, Ando J (август 2003 г.). «Эндогенно высвобождаемый АТФ опосредует приток Ca2+, вызванный сдвиговым напряжением, в эндотелиальные клетки легочной артерии». American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology . 285 (2): H793 – H803 . doi :10.1152/ajpheart.01155.2002. PMID 12714321. S2CID 20944151.
Yeung D, Kharidia R, Brown SC, Górecki DC (март 2004 г.). «Усиление экспрессии рецептора P2X4 при мышечной дистрофии Дюшенна коррелирует с инвазией макрофагов». Neurobiology of Disease . 15 (2): 212– 220. doi :10.1016/j.nbd.2003.10.014. PMID 15006691. S2CID 41378833.
Yang A, Sonin D, Jones L, Barry WH, Liang BT (сентябрь 2004 г.). «Полезная роль сердечных рецепторов P2X4 при сердечной недостаточности: спасение модели сверхэкспрессии кальсеквестрина при кардиомиопатии». American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology . 287 (3): H1096 – H1103 . doi :10.1152/ajpheart.00079.2004. PMID 15130891.
Brown DA, Bruce JI, Straub SV, Yule DI (сентябрь 2004 г.). "цАМФ усиливает АТФ-индуцированную кальциевую сигнализацию в ацинарных клетках околоушной железы человека". Журнал биологической химии . 279 (38): 39485– 39494. doi : 10.1074/jbc.M406201200 . PMID 15262999.
Fountain SJ, North RA (июнь 2006 г.). «C-концевой лизин, контролирующий десенсибилизацию человеческого рецептора P2X4». Журнал биологической химии . 281 (22): 15044– 15049. doi : 10.1074/jbc.M600442200 . PMID 16533808.
Jelínková I, Yan Z, Liang Z, Moonat S, Teisinger J, Stojilkovic SS, Zemková H (октябрь 2006 г.). «Идентификация остатков, специфичных для рецептора P2X4, способствующих эффекту ивермектина при дезактивации каналов». Biochemical and Biophysical Research Communications . 349 (2): 619– 625. doi :10.1016/j.bbrc.2006.08.084. PMID 16949036.
Solini A, Santini E, Chimenti D, Chiozzi P, Pratesi F, Cuccato S и др. (май 2007 г.). «Множественные рецепторы P2X участвуют в модуляции апоптоза в мезангиальных клетках человека: доказательства роли P2X4». American Journal of Physiology. Renal Physiology . 292 (5): F1537 – F1547 . doi :10.1152/ajprenal.00440.2006. hdl :11573/412000. PMID 17264311. S2CID 18668753.