A purinerg jelátvitel egyfajta intercelluláris jelátvitel , amelyet purin nukleotidok és nukleozidok , például adenozin és ATP közvetít . A purinerg jelátvitel magában foglalja a purinerg receptorok aktiválását a sejten vagy a szomszédos sejtekben, ezáltal szabályozva a sejtfunkciókat [1] . A purinerg jelátvitel számos szövetben és szervben előfordulhat a sejtek között, és ennek károsodása gyakran különféle betegségekhez kapcsolódik.
A purinerg transzmisszióban részt vevő fehérjék gyűjteményét néha purinnak is nevezik [ 2] .
A nukleotidok és nukleozidok szekretálásának képessége számos sejtre jellemző . Ezeknek az anyagoknak a károsodott és elpusztuló sejtek által a külső környezetbe történő kibocsátása a sejtkárosodás legfontosabb mutatója, az élő, normálisan működő sejtekből pedig többféle élettani mechanizmus biztosítja az ilyen kibocsátást. Utóbbiak közül meg kell említeni az exocitózist (jellemző például a soksejtű állatok ideg- és neuroendokrin sejtjeire [1] ), a membráncsatornákon keresztüli diffúziót és a hordozók általi transzportot .
Az izolált nukleotidok az extracelluláris környezetben hidrolizálhatók a sejtfelszínen lokalizált speciális enzimek - ektonukleotidáz hatására . A purinerg jelátviteli rendszer transzporterekből, enzimekből és receptorokból áll. Ezek a fehérjék felelősek a nukleotidok (általában ATP) szintéziséért , felszabadulásáért, hatásáért, extracelluláris inaktiválásáért, valamint extracelluláris hasításának termékéért, az adenozinért [4] . Az uridin-trifoszfát (UTP) és az uridin-difoszfát (UDP) jelátviteli hatásai szignifikánsan hasonlóak az ATP-éhez [5] . A purinerg transzmisszióban részt vevő fehérjék funkcionális osztályait az alábbiakban sorban tárgyaljuk.
Purinerg receptorokA purinerg receptorok a membránreceptorok egy specifikus osztálya, amelyek olyan létfontosságú funkciókat közvetítenek, mint példáulemésztőrendszersimaizmainak az ATP vagy az adenozin felszabadulására adott válaszként. A mai napig a purinerg receptorok 3 csoportját azonosították: P1 , P2X , P2Y . A P1 és P2Y receptor osztályok által közvetített jelek ellentétes hatást fejtenek ki a biológiai rendszerekre [6] .
| Név | Aktiválás | Osztály |
| P1 receptorok | adenozin | G-fehérjéhez kapcsolt receptorok |
| P2Y receptorok | nukleotidok:
|
G-fehérjéhez kapcsolt receptorok |
| P2X receptorok | ATP | ligandumhoz kötött ioncsatornák |
A nukleozid transzporterek ( eng. nucleoside transporters, NT ) a membrántranszport fehérjék egy csoportja , amelyek a nukleozidokat (beleértve az adenozint is) a sejtmembránon és/vagy a vezikulákon keresztül szállítják . A nukleozid transzportereket a membránfehérjék evolúciósan ősi csoportjának tekintik,amelyek különféle életformákban megtalálhatók. 2 NT csoport van:
Az NT a visszacsatolási elv alapján képes szabályozni az extracelluláris adenozin tartalmát , ezáltal kombinálja a jelátvitelt a transzport funkcióval [7] .
EktonukleozidázokAz izolált nukleotidok az extracelluláris közegben a sejtfelszínen lokalizált speciális enzimek - ektonukleozidázok - hatására hidrolizálhatók . Az extracelluláris nukleozid-trifoszfátok és -difoszfátok az ektonukleozid-trifoszfát-difoszfohidrolázok (E-NTPDázok), az ektonukleotid-pirofoszfatázok/foszfodiészterázok (E-NPP-k) és az alkalikus foszfatázok (AP-k) szubsztrátjai. Az extracelluláris AMP -t az ekto-5'-nukleotidáz (eN), valamint az alkalikus foszfatázok adenozinná hidrolizálják. Bármely nukleotid esetében a hidrolízis végterméke a nukleozid [8] [9] .
PannexinekA P2X/P2Y által közvetített jelátviteli út szerves összetevője a PANX1 pannexincsatorna fehérje [ en . Az ATP patofiziológiás felszabadulásában is kulcsfontosságú fehérje [10] . Különösen a PANX1, az ATP-vel, a purinerg receptorokkal és az ektonukleotidázzal együtt vesz részt a gyulladásos folyamat során aktiválódó visszacsatolási útvonalakban [11] .
Az emberi szívben az ATP autocoidként működik a funkciók és paraméterek szabályozásában, mint például a pulzusszám , a szívizom összehúzódása és koszorúér - véráramlás . Eddig négy típusú adenozin receptort találtak a szívben [12] . Egy specifikus purinerg receptorhoz való kötődés után az adenozin negatív kronotrop hatást vált ki, mivel a pacemakerekre hat , valamint negatív dromotrop hatást fejt ki az atrioventricularis csomópont elnyomása miatt [13] . Az 1980-as évek óta az adenozinnak ezt a hatását használták supraventrikuláris tachycardiában szenvedő betegek kezelésére [14] .
A vaszkuláris tónus szabályozását az endothel keresztül szintén purinerg átvitel közvetíti. Az oxigénkoncentráció csökkenése ATP felszabadulását okozza az eritrocitákból , ami kalciumhullám továbbterjedéséhez vezet a vaszkuláris endothel rétegben , majd az ezt követő nitrogén -monoxid NO felszabadulásához vezet , ami értágulatot okoz [15] [16] .
A véralvadásban az ADP kulcsszerepet játszik a vérlemezkék aktiválásában és működésében , valamint biztosítja a megfelelő thrombus szerkezet kialakulását . Ezeket a hatásokat a P2RY1 és P2Y12 receptorok közvetítik. A P2RY1 receptor felelős a thrombocyta alakváltozásért, az extracelluláris kalciumszint emelkedéséért és a rövid távú thrombocyta aggregációért, míg a P2Y12 receptor az adenilát-cikláz gátlásán és a cAMP-szint ennek megfelelő csökkenésén keresztül a hosszú távú vérlemezke-aggregációért. Mindkét típusú receptor szükséges a hemosztázis fenntartásához [17] [18] .
Az autokrin purinerg jelátvitel fontos ellenőrző pont a leukocita aktivációban . Ezek a mechanizmusok növelik vagy csökkentik a purinerg receptorok által közvetített sejtaktivációt, ami lehetővé teszi a sejtek számára, hogy összehangolják funkcionális válaszukat az extracelluláris környezet ingereire [19] .
A legtöbb immunmoduláló szerhez hasonlóan az ATP is immunszuppresszorként vagy immunstimulátorként működhet, a citokin mikrokörnyezettől és a sejtreceptor típusától függően [20] . A leukocitákban, nevezetesen a makrofágokban , dendritikus sejtekben , limfocitákban , eozinofilekben , hízósejtekben a purinerg transzmisszió patofiziológiai szerepet játszik a kalciummobilizációban, az aktin polimerizációban , a mediátor felszabadulásban, a sejtérésben, a citotoxicitásban és az apoptózisban [21] . A sejthalálhoz kapcsolódó extracelluláris ATP-tartalom növekedése fontos „veszélyjelzés” a gyulladásos folyamatban [22] .
A neutrofilekben a szöveti adenozin elnyomhatja és aktiválhatja is, a gyulladás helyének mikrokörnyezetétől, az adenozinreceptorok neutrofilek általi expressziójától és ezen receptorok adenozin iránti affinitásától függően. Az adenozin mikromoláris koncentrációja aktiválja az A2A és A2B receptorokat . Ez gátolja a szemcsék felszabadulását és megakadályozza a reaktív oxigénfajták hirtelen felszabadulását ( oxidatív robbanás ). Ugyanakkor az adenozin nanomoláris koncentrációja aktiválja az A1 és A3 receptorokat , ami neutrofil kemotaxist okoz a gyulladásos ágens felé. Az ATP felszabadulása és az autokrin visszacsatolás a P2RY2 és A3 receptorokon keresztül felerősíti ezt a jelet [23] [24] . Az adenozin jelátviteli útvonalát a hipoxia által kiváltott tényezők is befolyásolják [14] .
A központi idegrendszerben (CNS) az ATP a szinaptikus terminálisokon szabadul fel, és különféle ionotróp és metabotróp receptorokhoz kötődik . Az ATP neuronális serkentő szerként és mediátorként szolgál a neurogliális interakciókban [ 25] . Mind az adenozin, mind az ATP indukálja az asztrocita proliferációt . A mikroglia sejtek P2X és P2Y receptorokat tartalmaznak. A P2Y6 receptor , amely elsősorban az uridin-difoszfáthoz (UDP) kötődik, fontos szerepet játszik a mikroglia fagocitózisában , a P2Y12 receptor pedig specifikus mintázatfelismerő receptorként működik . A P2RX4 receptorok részt vesznek a patofiziológiás fájdalomérzések feldolgozásában [26] .
A perifériás idegrendszerben a Schwann-sejtek idegstimulációra reagálnak, és olyan mechanizmusokon keresztül modulálják a neurotranszmitterek felszabadulását , mint az ATP és az adenozin jelátviteli útvonalak [27] .
Az ízlelőbimbókban , amikor az ízlelőreceptorok és az idegrostok közötti jeleket továbbítják , a P2X2 és P2X3 receptorok vesznek részt, és az ízlelőbimbók által kiválasztott nagyon specifikus ektonukleotidázt (NTPDase2) használják a neurotranszmitterek inaktiválására [28] . A retinában és a szaglógömbben az ATP-t a neuronok szabadítják fel, hogy kalciumjeleket indukáljanak a gliasejtekben, például a Müller-sejtekben és az asztrocitákban. Ezek viszont befolyásolják az idegszövet különböző homeosztatikus folyamatait , beleértve a véráramlás szabályozását. Így a purinerg receptorok által gerjesztett kalcium jelek szenzoros információk feldolgozását biztosítják [29] .
A neurogenezis és a korai agyfejlődés során az ektonukleozidázok gyakran negatívan szabályozzák a purinerg jelátvitelt, hogy megakadályozzák a kontrollálatlan progenitor sejtek növekedését és fenntartsák az optimális környezetet a neuronális differenciálódáshoz [30] .
A gasztrointesztinális traktusban a P1 és P2 típusú purinerg receptorok igen széles körben képviseltetik magukat, és különféle funkciókat látnak el: neurotranszmitterekként, autocoid és parakrin jelátvitel eszközeként , a sejtek fiziológiai aktivitását és az immunválaszt aktiváló tényezőként működnek. [31] . A májban az ATP folyamatosan szabadul fel a homeosztázis fenntartása érdekében : a P2 receptorokon keresztül befolyásolja az epe elválasztását , valamint befolyásolja a máj metabolikus és regenerációs folyamatait [32] . Ezen túlmenően az enterális idegrendszerben vannak P2Y receptorok , amelyek az enterális neuromuszkuláris csomópontokban működve modulálják a bélszekréciót és a perisztaltikát [ 33] .
A purinerg receptorok számos funkciót látnak el a neurotranszmitterek szerepétől az autocoid és parakrin jelátvitelen át a sejtaktiválásig és az immunválaszig. A purinerg receptorok nukleozidjait és nukleotid agonistáit számos sejttípus szabadítja fel specifikus fiziológiai jelekre válaszul, és ezek szintje megemelkedik a gyulladás során. A purinerg receptorok számos funkciót látnak el: neurotranszmitterként működnek, autocoid és parakrin jelátvitelt, valamint sejtaktiválást és immunválaszt végeznek. Nukleozid és nukleotid purinerg receptor agonistát számos sejttípus termel. válaszul a földi élettani jelekre, és ezek szintje a gyulladással emelkedik.
Endokrin rendszerAz agyalapi mirigy sejtek ATP-t választanak ki, amely a P2X és P2Y receptorokra hat [34] .
kiválasztó rendszerA vesékben a glomeruláris filtrációs sebességet számos mechanizmus szabályozza, beleértve a tubuláris-glomeruláris mechanizmust . Ezzel a vesetubulus disztális végén a megnövekedett NaCl koncentráció az ATP bazolaterális felszabadulását okozza a macula densa sejtjei által . Ez reakciók kaszkádját váltja ki, amely biztosítja, hogy a glomeruláris filtrációs sebesség a kívánt értékre kerüljön [35] [36] .
LégzőrendszerA légzőrendszerben az extracelluláris nukleotidok és nukleozidok felelősek a molekuláris jelátvitelért a biológiai folyamatok széles csoportjában, amelyek megvédik a légutakat a fertőzésektől és toxinoktól [37] . Különösen az ATP és az adenozin a mukociliáris clearance fontos szabályozói [38] . A mucin szekréciójában a P2RY2 receptorok vesznek részt, amelyek a serlegsejtek apikális membránján helyezkednek el [ 38] . Az extracelluláris ATP a gliasejtekre és a légzési pacemaker neuronjaira hat, ezáltal szabályozza a légzést [39] .
Vázizom rendszerHumán csontszövetben P2Y és P2X receptorokat azonosítottak az oszteoblasztok és oszteoklasztok membránján . Ezek a receptorok lehetővé teszik olyan folyamatok szabályozását, mint a sejtproliferáció, differenciálódás, működés és halál [40] . Az A1 adenozin receptorok aktiválása szükséges az oszteoklasztok differenciálódásához és működéséhez, az A2 receptorok aktiválása pedig gátolja az oszteoklasztok működését. Három másik típusú adenozin receptor vesz részt a csontképzésben [41] .
A purinerg receptorok, amelyeket több család képvisel , a receptorok legnagyobb csoportja az élő szervezetek között, és az evolúció korai szakaszában jelentek meg [43] . Purinerg jelátviteli rendszereket azonosítottak az élőlények olyan változatos csoportjaiban, mint a baktériumok , amőbák , csillók , algák , gombák , cnidarians , ctenophores , laposférgek , annelids , puhatestűek , fonálférgek , tardigrádok , ízeltlábúak , echinoderes [ , echinoders [4], echinoders .
Zöld növényekben az intracelluláris ATP és más nukleotidok növelik a káliumionok koncentrációját a citoszolban , és általános hatásuk a növényre az, hogy fokozza a növekedési sebességet és modulálja a szervezet különböző ingerekre adott válaszát [45] . 2014-ben írták le az első ismert növényi purinerg receptort, a DORN1 .
A korai eukarióták primitív ionotróp purinerg receptorai látszólag körülbelül egymilliárd évvel ezelőtt keletkeztek, és a P2X receptorcsalád létrejöttét eredményezték, amelyek a legtöbb élő eukarióta fajban jelen vannak. A korai eukarióta receptorok kevés aminosavszekvencia homológiával rendelkeznek az emlős P2X család receptoraihoz képest , bár ezek a receptorok mikromoláris mennyiségű ATP-re is érzékenyek . A P2Y és P1 család metabotróp receptorainak megjelenése [44] [47] egy későbbi időszakhoz tartozik .
Megállapítást nyert, hogy a purinerg jelátvitel számos betegség kialakulásában szerepet játszik. Az alábbiakban felsoroljuk a főbb ilyen betegségeket és a purinerg átvitel szerepét kialakulásában.
Alzheimer kórAlzheimer - kórban az agykéreg frontális lebenyének sejtjeiben fokozott az A1 és A2A receptorok expressziója , emellett a hippocampalis gyrus fogfogának külső rétegeiben az A1 receptor expressziója csökken [30] .
AsztmaAsztmában szenvedő betegeknél az adenozin receptorok fokozott expressziója figyelhető meg a légúti sejtekben. Az adenozin receptorok befolyásolják a hörgők reaktivitását , az endothel permeabilitását, a rostos kötőszövet proliferációját és az érhálózat kialakulását, valamint a nyálkaképződést [48] .
CsontbetegségekA purinerg jelátvitel több csont- és porcbetegségben is szerepet játszik, mint például az osteoarthritisben , a rheumatoid arthritisben és az osteoporosisban [49] . A P2RX7 receptor gén egyetlen nukleotid polimorfizmusa a csonttörések fokozott kockázatával jár [40] .
Folyami rákA legtöbb rosszindulatú daganat sejtjében a P2RX7 receptor túlzottan expresszálódik [50] . Ezenkívül a humán tüdőrák korai stádiumában az A2A adenozin receptor fokozott expressziója figyelhető meg az endotélsejtekben [51] .
Szív-és érrendszeri betegségekAz adenozin A2A receptorok gátolják a habsejtek képződését [52] .
TüdőbetegségekA krónikus obstruktív tüdőbetegségben szenvedő betegek légútjaiban emelkedett ATP és adenozin szinteket figyeltek meg [53] [54] . Ezenkívül az idiopátiás tüdőfibrózisban szenvedő betegek hörgőmosása utáni folyadék több ATP-t tartalmaz, mint egészséges emberekben [55] . Az adenozin folyamatosan növekvő koncentrációja a gyulladás akut fázisát követően fibrózis kialakulásához vezet [56] . Az extracelluláris purinok az adenozin- és P2-receptorokhoz kötődve modulálják a fibroblasztok proliferációját, ami megváltoztatja a szövet szerkezetét és kóros állapotot alakíthat ki [55] .
erekciós zavarokAz ATP felszabadulása növeli az adenozinszintet és aktiválja a nitrogén-monoxid-szintázt , mindkettő kiváltja a pénisz corpus cavernosumának relaxációját . Vaszkuláris eredetű impotenciában szenvedő férfiaknál a barlangi testek adenozinra adott válaszának hiánya az A2B receptorok diszfunkciója miatt következik be. Ugyanakkor a péniszszövetben feleslegben lévő adenozin priapizmust okoz [57] [58] .
Graft-versus-host reakcióA graft-versus-host betegség kialakulásával ATP szabadul fel a peritoneális folyadékba . A gazdaantigén -prezentáló sejtek P2RX7 receptoraihoz kötődik, és aktiválja a gyulladásokat . Ez aktiválja a kostimuláló molekulák felszabadulását az antigénprezentáló sejtek által . A P2RX7 receptorok elnyomása a szabályozó T-sejtek számának növekedését okozza, és csökkenti a reakció súlyosságát [59] .
Egyes terápiás módszerek a purinerg válaszokat így vagy úgy befolyásolják. Például úgy tűnik, hogy a bőr akupunktúrás tűk általi mechanikai deformációja adenozin felszabadulását eredményezi [60] [61] . Az akupunktúra fájdalomcsillapító hatását az adenozin A1 receptorok közvetíthetik [62] [63] [64] . Az elektroakupunktúra elnyomhatja a fájdalmat azáltal, hogy számos biológiailag aktív molekulát aktivál az idegrendszer perifériás, spinális és supraspinalis útvonalain [65] .
Érdemes megjegyezni a purinerg átvitel fontosságát számos gyógyszer hatásmechanizmusában . Például a metotrexát , amely erős gyulladásgátló tulajdonságokkal rendelkezik, gátolja a dihidrofolát-reduktáz enzimet , amely az adenozin felhalmozódását okozza. Ugyanakkor a koffein , amely az adenozin receptorok antagonistája , teljesen megváltoztatja a metotrexát gyulladáscsökkentő hatását [66] . Számos thrombocyta-aggregáció gátló gyógyszer, mint például a prazugrel , a és a tiklopidin ADP-receptor-gátlók Szabadalma lejárta előtt a clopidogrel (Plavix kereskedelmi név), egy P2Y12 receptor antagonista volt a második leggyakrabban felírt vényköteles gyógyszer [67] . Ezen túlmenően, az eredetileg hörgőtágítóként használt teofillint a súlyos mellékhatások ( görcsök , szívritmuszavar ) miatt visszavonták, mivel ez a gyógyszer antagonistaként hat az A1-receptorokra [68] . Jelenleg a regadenoson , az adenozin A2A receptorokra ható értágító [69] [70] aktívan használatos a kardiológiában . Az A2A receptorokra ható adenozint és dipiridamolt a szívizom véráramlásának képalkotásában használják [71] .
A hagyományos kínai orvoslásban használt számos gyógynövény tartalmaz olyan vegyületeket, amelyek különböző purinerg receptorokra hatnak. Például az ernyőcsaládból származó Ligusticum wallichii növényben található nátrium-ferulát a P2RX3 receptor antagonista, és így csökkenti a hiperalgéziát (fokozott fájdalomérzékenységet) [72] .
Különösen nagy a purinerg transzmisszió jelentősége a különböző gyulladásos folyamatokban. Különösen a P1 és P2 jelátvitel közötti egyensúly eltolódása lehet fontos terápiás eszköz a krónikus gyulladás visszafordítására és ezáltal a gyógyulás elősegítésére [6] . A purinerg transzmisszióra ható és a jövőben a gyakorlatban alkalmazható gyógyszerek közül meg kell említeni a következőket:
A purinerg jelátviteli útvonalakra vonatkozó első adatok 1929-ből származnak, Szent-György Albert és Alan Drury magyar fiziológus közös cikkének [75] megjelenésének évéből. A cikk kimutatta, hogy a tisztított ( ökör és birka különböző szöveteiből kivont ) adeninvegyületek bevezetése kísérleti állatok ( tengerimalac , nyúl , macska és kutya ) pulzusának átmeneti lelassulását okozta [6] [76] .
Az 1960-as években a simaizom autonóm szabályozásának klasszikus nézete Dale elvén alapult , amely szerint egy neuron csak egy neurotranszmittert képes előállítani, tárolni és felszabadítani. Ebben a tekintetben úgy vélték, hogy a szimpatikus neuronok csak noradrenalint választanak ki , a paraszimpatikus neuronok pedig csak acetilkolint . Bár a neurotranszmitterek kotranszmissziójának koncepciója az 1980-as években széles körben elterjedt, az 1970-es években továbbra is dominált az az elképzelés, hogy egy neuron csak egy neurotranszmittert bocsát ki [77] .
1972-ben Jeffrey Burnstock kutatása (aki modern szóhasználattal a purinerg jelátvitelt fedezte fel az autonóm idegrendszerben [78] ) viták sorozatát indította el azon következtetésével kapcsolatban, hogy létezik nem adrenerg és nem kolinerg neurotranszmitter. NANC ). Ezt követően, miután megfigyelték a sejtrendszerre gyakorolt hatását adrenerg és kolinerg blokkolók jelenlétében, ATP-ként azonosították [79] [80] .
Burnstock javaslatát kritizálták, mert az ATP a sejt univerzális energiaforrása [81] , és furcsának tűnt, hogy a sejt neurotranszmitterként képes felszabadítani ezt a létfontosságú vegyületet. Évekig tartó szkepticizmus után a purinerg jelátvitel koncepcióját fokozatosan elfogadta a tudományos közösség [1] .
Jelenleg a purinerg jelátvitelt már nem csupán a neuronok közötti szinaptikus jelátvitel speciális esetének tekintik, hanem a sejtközi kommunikáció általános mechanizmusaként értelmezik, amelyet sok, ha nem az összes szövet sejtjei között hajtanak végre 1] .