Cấu trúc và chức năng phân tử của kênh clo thụ thể glycine
Tóm tắt
Kênh chloride thụ thể glycine (GlyR) là một thành viên thuộc họ thụ thể acetylcholine nicotinic của các kênh ion được gắn liền với ligand. Các thụ thể chức năng của họ này bao gồm năm tiểu đơn vị và là mục tiêu quan trọng cho các loại thuốc tác động lên hệ thần kinh. GlyR nổi tiếng trong việc trung gian truyền tải thần kinh ức chế trong tủy sống và thân não, mặc dù bằng chứng gần đây cho thấy nó cũng có thể đóng vai trò sinh lý khác, bao gồm truyền tải thần kinh kích thích trong các tế bào thần kinh phôi thai. Đến nay, bốn tiểu đơn vị α (α1 đến α4) và một tiểu đơn vị β đã được xác định. Sự biểu hiện khác nhau của các tiểu đơn vị là cơ sở cho sự đa dạng trong dược lý của GlyR. Sự chuyển đổi phát triển từ α2 sang α1β được hoàn tất vào khoảng ngày 20 sau sinh ở chuột cống. Tiểu đơn vị β có trách nhiệm gắn kết GlyRs với bộ xương tế bào dưới synapse thông qua protein chất nền gephyrin. Những năm gần đây đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể sự quan tâm đối với các thụ thể này. Do đó, một khối lượng thông tin phong phú đã xuất hiện liên quan đến cấu trúc và chức năng phân tử của GlyR. Hầu hết thông tin đã được thu thập từ các GlyR α1 đồng thể, trong khi vai trò của các tiểu đơn vị khác nhận được sự chú ý tương đối ít. Sự đột biến di truyền ở các gen GlyR của con người gây ra một rối loạn thần kinh hiếm gặp, chứng tăng kích thích (hay còn gọi là bệnh giật mình). Các triệu chứng tương tự cũng xảy ra ở những loài khác. Một danh sách các hợp chất đang phát triển nhanh chóng đã chỉ ra khả năng điều chỉnh mạnh mẽ lên thụ thể này. Vì GlyRs tham gia vào các mạch phản xạ vận động của tủy sống và cung cấp các synapse ức chế lên các tế bào thần kinh cảm giác đau, các tác nhân này có thể cung cấp các hợp chất dẫn đường cho việc phát triển thuốc giãn cơ và thuốc giảm đau ngoại biên.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Aguayo LG, Tapia JC, and Pancetti FC.Potentiation of the glycine-activated Cl−current by ethanol in cultured mouse spinal neurons.J Pharmacol Exp Ther279: 1116–1122, 1996.
Beckstead MJ, Weiner JL, Eger EI II, Gong DH, and Mihic SJ.Glycine and γ-aminobutyric acidAreceptor function is enhanced by inhaled drugs of abuse.Mol Pharmacol57: 1199–1205, 2000.
Bloomenthal AB, Goldwater E, Pritchett DB, and Harrison NL.Biphasic modulation of the strychnine-sensitive glycine receptor by Zn2+.Mol Pharmacol46: 1156–1159, 1994.
Braestrup C, Nielsen M, and Krogsgaard-Larsen P.Glycine antagonists structurally related to 4,5,6,7-tetrahydroisoxazolo [5,4-c]pyridin-3-ol inhibit binding of [3H]strychnine to rat brain membranes.J Neurochem47: 691–696, 1986.
Brune W, Weber RG, Saul B, von Knebel Doeberitz M, Grond-Ginsbach C, Kellerman K, Meinck HM, and Becker CM.A GLRA1 null mutation in recessive hyperekplexia challenges the functional role of glycine receptors.Am J Hum Genet58: 989–997, 1996.
Chesnoy-Marchais D, Levi S, and Acher F.Glycinergic potentiation by some 5-HT3receptor antagonists: insight into selectivity.Eur J Pharmacol402: 205–213, 2000.
Dawson GR, Wafford KA, Smith A, Marshall GR, Bayley PJ, Schaeffer JM, Meinke PT, and McKernan RM.Anticonvulsant and adverse effects of avermectin analogs in mice are mediated through the γ-aminobutyric acidAreceptor.J Pharmacol Exp Ther295: 1051–1060, 2000.
Dingledine R, Borges K, Bowie D, and Traynelis SF.The glutamate receptor ion channels.Pharmacol Rev51: 7–61, 1999.
Filatov GNand White MM.The role of conserved leucines in the M2 domain of the acetylcholine receptor in channel gating.Mol Pharmacol48: 379–384, 1995.
Gurley D, Amin J, Ross PC, Weiss DS, and White G.Point mutations in the M2 region of the α, β, or γ subunit of the GABAAchannel that abolish block by picrotoxin.Receptors Channels3: 13–20, 1995.
Han NL, Haddrill JL, and Lynch JW.Characterization of a glycine receptor domain that controls the binding and gating mechanisms of the β-amino acid agonist, taurine.J Neurochem79: 636–647, 2001.
Harrison NL, Kugler JL, Jones MV, Greenblatt EP, and Pritchett DB.Positive modulation of human γ-aminobutyric acid type A and glycine receptors by the inhalation anesthetic isoflurane.Mol Pharmacol44: 628–632, 1993.
Kneussel M, Hermann A, Kirsch J, and Betz H.Hydrophobic interactions mediate binding of the glycine receptor β-subunit to gephyrin.J Neurochem72: 1323–1326, 1999.
Kuhse J, Schmieden V, and Betz H.Identification and functional expression of a novel ligand binding subunit of the inhibitory glycine receptor.J Biol Chem265: 22317–22320, 1990.
Lapunzina P, Sanchez JM, Cabrera M, Moreno A, Delicado A, De Torres ML, Mori AM, Quero J, and Lopez Pajares I.Hyperekplexia (Startle disease): a novel mutation (S270T) in the M2 domain of the GLRA1 gene and a molecular review of the disorder.Mol Diagn7: 125–128, 2003.
Lin B, Martin PR, Solomon SG, and Grunert U.Distribution of glycine receptor subunits on primate retinal ganglion cells: a quantitative analysis.Eur J Neurosci12: 4155–4170, 2000.
Mackerer CR, Kochman RL, Shen TF, and Hershenson FM.The binding of strychnine and strychnine analogs to synaptic membranes of rat brainstem and spinal cord.J Pharmacol Exp Ther201: 326–331, 1977.
Maksay G, Laube B, and Betz H.Selective blocking effects of tropisetron and atropine on recombinant glycine receptors.J Neurochem73: 802–806, 1999.
Malosio ML, Grenningloh G, Kuhse J, Schmieden V, Schmitt B, Prior P, and Betz H.Alternative splicing generates two variants of the α1 subunit of the inhibitory glycine receptor.J Biol Chem266: 2048–2053, 1991.
Marvizon JC, Vazquez J, Garcia Calvo M, Mayor F Jr, Ruiz Gomez A, Valdivieso F, and Benavides J.The glycine receptor: pharmacological studies and mathematical modeling of the allosteric interaction between the glycine- and strychnine-binding sites.Mol Pharmacol30: 590–597, 1986.
Mascia MP, Mihic SJ, Valenzuela CF, Schofield PR, and Harris RA.A single amino acid determines differences in ethanol actions on strychnine-sensitive glycine receptors.Mol Pharmacol50: 402–406, 1996.
Matzenbach B, Maulet Y, Sefton L, Courtier B, Avner P, Guenet JL, and Betz H.Structural analysis of mouse glycine receptor α subunit genes. Identification and chromosomal localization of a novel variant.J Biol Chem269: 2607–2612, 1994.
Meier Hand Chai CK.Spastic, an hereditary neurological mutation in the mouse characterized by vertebral arthropathy and leptomeningeal cyst formation.Exp Med Surg28: 24–38, 1970.
Mihic SJand Harris RA.Inhibition of rho1 receptor GABAergic currents by alcohols and volatile anesthetics.J Pharmacol Exp Ther277: 411–416, 1996.
Milani N, Dalpra L, del Prete A, Zanini R, and Larizza L.A novel mutation (Gln266→His) in the α1 subunit of the inhibitory glycine-receptor gene (GLRA1) in hereditary hyperekplexia.Am J Hum Genet58: 420–422, 1996.
Miyazawa A, Fujiyoshi Y, and Unwin N.Structure and gating mechanism of the acetylcholine receptor pore.Nature424: 949–955, 2003.
Monaghan D.Glycine modulation of NMDA receptors: autoradiographic studies. In:Glycine Neurotransmission, edited by Otterson OP and Storm-Mathisen J. New York: Wiley, 1990.
Noh JH, Choi S, Lee JH, Betz H, Kim JI, Park CS, Lee SM, and Nah SY.Effects of ginsenosides on glycine receptor α1 channels expressed inXenopusoocytes.Mol Cells15: 34–39, 2003.
Pfeiffer F, Graham D, and Betz H.Purification by affinity chromatography of the glycine receptor of rat spinal cord.J Biol Chem257: 9389–9393, 1982.
Porter NM, Angelotti TP, Twyman RE, and MacDonald RL.Kinetic properties of α1 β1 γ-aminobutyric acidAreceptor channels expressed in Chinese hamster ovary cells: regulation by pentobarbital and picrotoxin.Mol Pharmacol42: 872–881, 1992.
Rajendra S, Lynch JW, Pierce KD, French CR, Barry PH, and Schofield PR.Startle disease mutations reduce the agonist sensitivity of the human inhibitory glycine receptor.J Biol Chem269: 18739–18742, 1994.
Rovira JC, Vicente-Agullo F, Campos-Caro A, Criado M, Sala F, Sala S, and Ballesta JJ.Gating of α3β4 neuronal nicotinic receptor can be controlled by the loop M2-M3 of both α3 and β4 subunits.Pflügers Arch439: 86–92, 1999.
Ruiz-Gomez A, Vaello ML, Valdivieso F, and Mayor F Jr.Phosphorylation of the 48-kDa subunit of the glycine receptor by protein kinase C.J Biol Chem266: 559–566, 1991.
Ryan SG, Dixon MJ, Nigro MA, Kelts KA, Markand ON, Terry JC, Shiang R, Wasmuth JJ, and O'Connell P.Genetic and radiation hybrid mapping of the hyperekplexia region on chromosome 5q.Am J Hum Genet51: 1334–1343, 1992.
Sato Y, Son JH, and Meizel S.The mouse sperm glycine receptor/chloride channel: cellular localization and involvement in the acrosome reaction initiated by glycine.J Androl21: 99–106, 2000.
Schmieden Vand Betz H.Pharmacology of the inhibitory glycine receptor: agonist and antagonist actions of amino acids and piperidine carboxylic acid compounds.Mol Pharmacol48: 919–927, 1995.
Schmieden V, Jezequel S, and Betz H.Novel antagonists of the inhibitory glycine receptor derived from quinolinic acid compounds.Mol Pharmacol50: 1200–1206, 1996.
Shan Q, Nevin ST, Haddrill JL, and Lynch JW.Asymmetric contribution of α and β subunits to the activation of αβ heteromeric glycine receptors.J Neurochem86: 498–507, 2003.
Vaello ML, Ruiz-Gomez A, Lerma J, and Mayor F Jr.Modulation of inhibitory glycine receptors by phosphorylation by protein kinase C and cAMP-dependent protein kinase.J Biol Chem269: 2002–2008, 1994.
Vafa B, Lewis TM, Cunningham AM, Jacques P, Lynch JW, and Schofield PR.Identification of a new ligand binding domain in the α1 subunit of the inhibitory glycine receptor.J Neurochem73: 2158–2166, 1999.
Weaver CD, Partridge JG, Yao TL, Moates JM, Magnuson MA, and Verdoorn TA.Activation of glycine and glutamate receptors increases intracellular calcium in cells derived from the endocrine pancreas.Mol Pharmacol54: 639–646, 1998.
Weiner JL, Buhler AV, Whatley VJ, Harris RA, and Dunwiddie TV.Colchicine is a competitive antagonist at human recombinant γ-aminobutyric acidAreceptors.J Pharmacol Exp Ther284: 95–102, 1998.
Whatley VJ, Brozowski SJ, Hadingham KL, Whiting PJ, and Harris RA.Microtubule depolymerization inhibits ethanol-induced enhancement of GABAAresponses in stably transfected cells.J Neurochem66: 1318–1321, 1996.
Wu FS, Gibbs TT, and Farb DH.Inverse modulation of γ-aminobutyric acid- and glycine-induced currents by progesterone.Mol Pharmacol37: 597–602, 1990.
Ye JH, Tao L, Ren J, Schaefer R, Krnjevic K, Liu PL, Schiller DA, and McArdle JJ.Ethanol potentiation of glycine-induced responses in dissociated neurons of rat ventral tegmental area.J Pharmacol Exp Ther296: 77–83, 2001.