Нікотиновий ацетилхолінових рецепторів був відкритий на початку XX століття. як «рецепторну структуру нікотину», приблизно за 25-30 років до того, як була досліджена його роль у проведенні нервових сигналів, генерованих за допомогою ацетилхоліну. При попаданні ацетилхоліну (ACh) на молекулу даного рецептора відкривається проникний для катіонів канал, що призводить до деполяризації клітинної мембрани і генерації нервового імпульсу в нейроні або скорочення м'язового волокна (в разі нервово-м'язового синапсу).
Висока концентрація нікотинових ацетилхолінових рецепторів в електричних органах деяких скатів. зокрема у Torpedo californica і Torpedo marmorata. разом з виділенням α-бунгаротоксіна (αBGT - поліпептиду з отрути змії Bungarus multicinctus. який є незворотнім лігандом і специфічним антагоністом ацетилхоліну для нікотинових рецепторів в нервово-м'язових синапсах), дозволила біохімічно очистити і детально дослідити нікотинові ацетилхолінові рецептори, а також ідентифікувати сайт зв'язування ацетилхоліну . Було доведено, що даний рецептор є гетероолігомерним комплексом, що складається з чотирьох різних білкових субодиниць, які були названі відповідно їх молекулярній масі (в кілодальтон): α (40), β (50), γ (60), δ (65). При природній експресії в клітині спочатку виникають димерні комплекси α-γ і α-δ, потім формується тример α-β-δ, і нарешті, після об'єднання димера і тримера, в клітинну мембрану вбудовується функціональний пентамер зі стехіометрією α2βγδ.
Основне місце зв'язування агоніста ацетилхоліну розташоване на зовнішньо-клітинної поверхні кожної з α-субодиниць, поруч з сегментом М1, і оточений двома сусідніми залишками цистеїну (номера 192 і 193 в первинній структурі); для формування функціонального місця зв'язування, дані цистеїнові залишки повинні бути об'єднані дисульфідні містком між входять до їх складу атомами сірки. Також для зв'язування ацетилхоліну важливим (але не завжди критичним) фактором є наявність в даному місці залишків тирозину і триптофану. Місце зв'язування ацетилхоліну сформований трьома паралельними α-спіралями білкової молекули, завдяки чому він знаходиться в поглибленні між ними. Для відкриття іонного каналу рецептора внешнеклеточний домен на на α-субодиниці, розташований в районі залишку Lys-125 на відстані близько 10 Ангстрем від сайту зв'язування ацетилхоліну, розпізнається НЕ ацетилхолином, а ендогенних з'єднанням 5-гідрокси, а також особливим класом агоністів - похідних фізостигміну. Регіон поблизу залишку Lys-125 і сусідні частини рецепторной макромолекули, які включають дисульфідних місток (Cys128-Cys142), є дуже схожими в усіх субодиниць нікотинових рецепторів. З огляду на те, що β-, γ- і δ-субодиниці позбавлені агоніст-зв'язуючого місця, вони називаються «структурними» субодиницями.
Трансмембранная частина рецептора утворює іонний канал, стінки якого сформовані сегментами М2 всіх п'яти субодиниць. Було доведено, що відносно невеликі пертурбації, а саме поворот на 4 ° двох агоніст-зв'язуючих субодиниць, призводять до значного зсуву сегментів М2 і відкриття пори іонного каналу, що є умовою виникнення катіонного струму через рецептор.
Різновиди нікотинових рецепторів
Різновиди нікотинових рецепторів і їх фармакологічні властивості
Фізіологія та фармакологія
Електрофізіологічних характеристика нікотинових рецепторів м'язової тканини вперше була дана завдяки внутрішньоклітинного відведення електричних потенціалів; крім того, нікотиновий рецептор був одним з перших, на які вдалося записати електричні струми, які проходять через одиничний рецепторний канал. Використовуючи останній підхід вдалося довести, що іонний канал даного рецептора існує в дискретних відкритому і закритому станах. У відкритому стані рецептор може пропускати іони Na +. До + і, в меншій мірі, двовалентні катіони; провідність іонного каналу при цьому є постійною величиною. Проте, час існування каналу у відкритому стані є характеристикою, яка залежить від напруги прикладеного до рецептора потенціалу, при цьому рецептор стабілізується у відкритому стані при переході від малих значень напруги (деполяризація мембрани) до великих (гиперполяризация). Довготривала аплікація ацетилхоліну та інших агоністів рецептора призводить до зниження його чутливості до рецепторной молекулі і збільшення часу перебування іонного каналу в закритому стані - тобто у нікотинового рецептора спостерігається явище десенсетізаціі.
Класичною характеристикою нікотинових рецепторів в нервових гангліях і в головному мозку є холинергический відповідь на електричне роздратування, яке блокується дигідро-β-ерітроідіном; крім того, для цих рецепторів характерне високоафінними зв'язування з тритій -меченним нікотином. αBGT-чутливі рецептори в нейронах гіпокампу характеризуються низькою чутливістю до ацетилхоліну, на відміну від αBGT-нечутливих рецепторів. Селективним і оборотним конкурентним антагоністом αBGT-чутливих рецепторів є метіллікаконітін, а деякі похідні анабезііна викликають селективне активаційний вплив на цю групу рецепторів. Провідність іонного каналу αBGT-чутливих рецепторів є досить високою (73pS); також вони мають відносно високу провідність іонів кальцію, порівняно з іонами цезію. Даний рецептор володіє незвичайними вольт-залежними властивостями: загально-клітинний струм, записаний в фізіологічному стані, при накладенні деполяризационного величин електричного потенціалу вказує на достовірне зменшення проходження іонів через іонні канали; це явище регулюється концентрацією в розчині іонів Mg2 +. Для порівняння, нікотинові рецептори на м'язових клітинах не зазнають жодних змін іонного струму при зміні значень мембранного електричного потенціалу, а N-метил-D-аспартатного рецептор, який також володіє високою відносною проникністю для іонів Са2 + (PCa / PCs 10.1), дає зворотний картину зміни іонних струмів у відповідь на зміну електричного потенціалу і наявність іонів магнію: при підвищенні електричного потенціалу до гіперполяризуючий величин і підвищенні концентрації іонів Mg2 + іонний струм через цей рецептор блокування ється.
Інша важлива властивість αBGT-чутливих нейрональних нікотинових рецепторів - це їхня реакція на стимуляцію. Експозиція високих концентрацій ацетилхоліну призводить до дуже швидкої десенсетізаціі відповіді окремого каналу і швидкого падіння електричного відповіді всій клітини. Повторна експозиція коротких імпульсів ацетилхоліну також призводить до зменшення максимальної амплітуди рецепторного відповіді. При цьому енергетичний підживлення клітини високоенергоёмкімі молекулами (АТФ. Фосфокреатин. Креатин-фосфокінази) або проміжними продуктами їх метаболізму здатний запобігти такому зменшення. Майже всі аспекти функціонування αBGT-чутливих нікотинових рецепторів, включаючи ефективність агоністів, кооперативні ефекти, а також фракціонування по активності і десенсетізаціі, регулюються позаклітинної концентрацією Са2 +. Така регуляція може бути особливо важливою у випадках, коли рецептори розташовані на дендритах.
На додаток до селективної активації рецепторів ацетілхолінподобнимі агоністами, все підтипи нікотинових рецепторів активуються похідними фізостигміну; тим не менш, така активація властива тільки низькочастотних струмів одиничних рецепторів, які не можуть бути приглушені антагоністами ацетилхоліну. Недавні дослідження доводять, що активність нікотинових рецепторів, отримана за допомогою ацетилхоліну або інших агоністів, може позитивно модулюватися похідними фізостигміну, які зв'язуються зі своїм специфічним сайтом на рецепторной молекулі. Можливим вважається наявність ендогенного ліганда даного сайту, і найбільш імовірним кандидатом на цю роль вважають 5-гідрокси.
Нейроанатомия і патологія
Роль периферійних нікотинових рецепторів висвітлюється при аутоімунних захворюваннях, при яких уражаються окремі форми рецепторів. У пацієнтів, які хворіють на міастенію. антитіла до м'язових нікотиновим рецепторам запобігають нормальне функціонування м'язів, приводячи до загального ослаблення останніх (первинний симптомом даного захворювання).
В ЦНС дисфункція нікотинових ацетилхолінових рецепторів в гіпокампі і корі великих півкуль призводить до виникнення хвороби Альцгеймера.
Токсини, здатні пригнічувати функціонування нікотинових рецепторів, знайдені в багатьох представників рослинного і тваринного царств. Специфічним блокатором нікотинових ацетилхолінових рецепторів є α-анатоксин, який синтезується синезелениє водоростями виду Anabaena flosaquae. Ці водорості, активно розмножуються в прісних водоймах в періоди їх "цвітіння", високотоксичні для багатьох гідробіонтів (включаючи риб) і можуть призводити до їх масової загибелі. Деякі рослинні отрути, що містять речовини, здатні вражати нікотинові рецептори (тубокурарин. Фізостигмін. Метіллікаконітін і ін.), З давніх-давен використовуються дикими племенами для воєн і полювання. З представників тваринного царства отрутами подібної дії мають деякі змії (α-бунгаротоксін) і жаби (гістріонікотоксін). Серед неорганічних речовин специфічними блокаторами цього виду рецепторів є солі свинцю, ніж в значній мірі і пояснюються їх нейротоксические ефекти.
У відкритому стані нікотинові рецептори м'язового типу блокуються великою кількістю специфічних лігандів - блокаторів іонного каналу. До них відносяться місцеві анестетики (бупівакаїн. Кокаїн. Піперокаін, лідокаїн), Антімускаріновие з'єднання (атропін. Скополамін), антагоністи з наркотичним ефектом (налтрексон), специфічні токсини (гістріонікотоксін), антивірусні речовини та антибіотики (амантадин, квінакріном), стимулятори (нікотин ), психотропні речовини (кокаїн), і містять фосфор органічні сполуки (діізопропілфлюорофосфат, зарин. VX). Незважаючи на різну хімічну природу, ці агенти-блокатори є в більшості випадків молекули, позитивно заряджені на більшій частині поверхні. З огляду на те, що сайт, зв'язування з яким забезпечує блокування іонного каналу, є чутливим до заряду клітинної мембрани, дія блокаторів цього каналу є також електрозавісімий; при гіперполярізаціонних значеннях заряду мембрани блокування відбувається найбільш активно.