Серотонин и его функции и метаболизм

Рисунок 7. Молекулярная стуктура серотонина.

Серотонин (5-HT) является важным нейротрансмиттером, обнаруженным в нейронах, которые распространяются в различные области центральной нервной системы, он является одним из самых универсальных биолигандов-биорегуляторов широкого спектра действия, осуществляющих хеморегуляцию деятельности клеток организма на разных уровнях и в разных тканях. Функция этого медиатора в последние десятилетия полностью исследована. Более 95% 5-HT (серотонина) в организме синтезируется в энтерохромаффинных клетках кишечника, а оставшаяся часть синтезируется в ядрах шва головного мозга, нейроэндотелиальных клетках, выстилающих легкое, и в кровяных тельцах (тромбоцитах) (Cooper, 2003)

Незаменимая аминокислота триптофан является предшественником 5-HT (серотонина). Поступая с пищей, более 95 % триптофана метаболизируется в печени по киноурениновому пути, становясь недоступным для синтеза серотонина, на который расходуется не более 1 % триптофана (Бохан и др, 2013) Фермент, опосредующий превращение триптофана в N-формилкиноуренин – триптофан-2,3-диоксигеназа (TDO), является скорость лимитирующим этапом киноуренинового пути (Myint, 2012). Изменения активности данного фермента существенно влияют на концентрацию триптофана в крови и его доступность для синтеза серотонина.

Синтез серотонина зависит от конкретного действия и лимитирующей стадии фермента триптофангидроксилазы, который передает гидроксильную группу бензильному кольцу триптофана (рис 8.). Последующее декарбоксилирование декарбоксилазами аминокислот приводит к образованию 5-HT.

Рисунок 8. Схема образования серотонина.

Изначально триптофан под действием фермента триптофангидроксилазы получает ОН-группу по 5-положению в основном индольном фрагменте, превращаясь в 5-гидрокситриптофан (5-HTP в англоязычных источниках). Затем 5-НТР путём отщепления –СООН группы декарбоксилазой ароматических аминокислот превращается в собственно серотонин.

Дальнейший метаболизм серотонина разветвлён и зависит от «ферментного набора» ткани и органа, где соответственно протекает (Squires, 2010).

Однако, наибольшую значимость имеет путь, ведущий к мелатонину. Фермент N-ацетилтрансфераза превращает серотонин в N-ацетилсеротонин, а затем 5-гидроксииндол-О-метилтрансфераза превращает ОН-группу в CH3O-, осуществляя таким образом финальную стадию синтеза мелатонина (N-ацетил-5-гидрокситриптамина).

Транспортёр серотонина

Особое значение имеет инактивация высвобожденного 5-НТ, где ведущая роль принадлежит транспортеру обратного захвата серотонина – 5-HTT. Транспортёр серотонина - это внутриклеточный белок, являющийся продуктом гена SLC6A4. Он относится к семейству белков-транспортёров моноаминов. Его физиологической функцией является обратный захват и транспорт серотонина из синаптической щели обратно в выделивший его пресинаптический нейрон. Локализованный на пресинаптической мембране серотонинергических нейронов, он выступает регулятором серотонинергической нейропередачи во всем организме, и механизм его действия заключается в поглощении нейротрансмиттера в синапсе (Копытов и др, 2012).

Интересно, что многие представляют себе этот белок в качестве свободно находящегося в цитоплазме фермента (вроде моноаминоксидазы), который «цепляет» молекулы серотонина и закачивает их обратно. Такое представление в корне неверно: этот белок заякорен на клеточной мембране. Этот белок является Na/Cl-зависимым транспортёром, переносящим серотонин вместе с ионами натрия внутрь клетки.

Рисунок 9. Схема движения ионов с функцией переносчика серотонина. 5-HT, 5-гидрокситриптамин.

5-HTT кодируется геном SLC6A4 (англ. solute carrier family 6 member 4), расположенным на 17-й хромосоме в области q11.1-q12. A. Heils и соавт. идентифицировали полиморфизм в промоторной области гена, кодирующего 5-HTT, называемый 5-HTTLPR (англ. HTT gene-linked promoter region). 5-HTTLPR представлен длинным состоящими из 16 повторов (long, L) и коротким из 14 повторов (short, S) аллелями (Murphy et al., 2004)., различающимися наличием/отсутствием участка из 44 нуклеотидных оснований. Данный полиморфизм (полиморфизм типа «вставка /отсутствие вставки») является функциональным: присутствие длинного аллеля обеспечивает более высокий уровень экспрессии гена и большую интенсивность метаболизма серотонина по сравнению с коротким аллелем, а наличие короткого аллеля локуса 5-HTTLPR связано со снижением обратного захвата серотонина, что пролонгирует длительность действия освобожденного серотонина (Копытов и др, 2012). У человека и обезьян промотор гена 5-НТТ содержит расположенные в –1000 п.н. от сайта инициации транскрипции вариабельные повторы элементов длиной 22 п.н. (5-HTTLPR полиморфизм). Было показано, что S-аллель связан со сниженной экспрессией гена в культуре клеток и с более высокой активностью миндалевидного тела в ответ на эмоциональные стимулы (Dannlowski et al., 2008). Во многих работах показана связь полиморфизма 5-HTTLPR с тревожностью, депрессией и биполярным расстройством (Karg et al., 2011), Часть исследователей обнаруживает взаимосвязь между серотониновыми транспортерами и тревожностью (Sen et al., 2004), а другие исследователи преимущественно не находят такой взаимосвязи (Schinka et al., 2004).

 

Однако дальнейшее изучение гена SLC6A4, кодирующего белок транспортер серотонина, выявило еще один функциональный полиморфизм. Первоначально был найден полиморфный участок 5-HTTLPR в промоторной области гена, состоящий из 16 (long, L) или 14 (short, S) повторяющихся элементов, описанный выше. Второй полиморфизм, STin2VNTR, выявлен позже и обусловлен изменением числа тандемных повторов во втором интроне с двумя частыми (10 и 12 повторов) и одним редким (9 повторов) аллелями. Этот полиморфизм выполняет роль аллель-зависимого усилителя экспрессии гена, то есть усиливающий эффект полиморфизма зависит от количества повторов в аллеле, и является разным для аллелей 9, 10 и 12.

 

Катаболизм серотонина

Серотонин, захваченный из синаптической щели назад в нейрон или глиальную клетку, разрушается с помощью фермента моноаминоксидазы типа А (МАОА), дезаминирующая активность которого у больных психическими расстройствами повышена по сравнению с нормой серотонина (Максимова Н. М. и др., 2007).

Рисунок 10. Катаболизм серотонина

МАО - это митохондриальные ферменты, содержащие флавин, катализирующие окислительное дезаминирование нейромедиаторов и биогенных амидов в головном мозге и периферических тканях. На основании селективности к субстрату и селективности ингибитора были обозначены две формы МАО: МАОА и МАОБ, которые соответствуют двум различным генам. Обычно MAOA катализирует окисление серотонина (5-HT), тогда как MAOB действует на 2-фенилэтиламин и бензиламин. Дофамин, норадреналин, адреналин, триптамин и тирамин окисляются обеими формами фермента у большинства видов (Youdim and Bakhle, 2006), тогда как норадренергические нейротрансмиттеры предпочтительно дезаминируются ферментами МАОА. По своему строению эти белки сходны между собой, их аминокислотные последовательности совпадают примерно на 70 %. В то же время эти два фермента различаются по своим функциям. Субстратами для МАО-А являются адреналин, норадреналин, серотонин, гистамин, а также многие фенилэтиламиновые и триптаминовые ПАВ. Субстратами МАО-Б являются фенилэтиламин и дофамин. Т.е. это ферменты, осуществляющий катаболизм моноаминов посредством их окислительного дезаминирования. МАО метаболизирует как эндогенные моноамины — нейромедиаторы и гормоны, так и экзогенные — попадающие в организм с пищей или в лекарствах и психоактивных веществах. Исследования показали, что активность МАО определяется генетически и не изменяется в течение жизни в физиологических условиях. MAOA и B кодируются отдельными генами, расположенными на Х-хромосоме. Каждый ген состоит из 15 экзонов с разными коровыми промоторными областями, но с идентичной организацией интрон-экзон, что указывает на то, что MAOA и B происходят от дупликации общего предкового гена.

Метаболизм 5-HT происходит под действием моноаминоксидазы A (MAOA) с образованием метаболита 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-HIAA; 6). Поскольку MAOA является внутриклеточным ферментом, 5-HT должен быть поглощен внутри клетки до того, как на него будут воздействовать, и как SERT, так и транспортер норадреналина (NET) способствуют этому поглощению. ¹⁶ Ткани или клетки, которые вносят значительный вклад в метаболизм 5-HT, включают клетки легких, кишечника и эндотелия артериальной системы, но любая клетка, которая может принимать 5-HT и обладает MAOA, может метаболизировать 5-HT.

Рисунок 11. Серотонинергический синапс и обращение с 5-гидрокситриптамином (5-HT) в результате синтеза, хранения, высвобождения, поглощения и метаболизма. 5-HIAA, 5-гидроксииндолуксусная кислота

 

ДОПА-декарбоксилаза представляет собой фермент, участвующий в 2 метаболических путях, синтезирующих 2 важных нейромедиатора, дофамин и серотонин. После гидроксилирования тирозина с образованием L-дигидроксифенилаланина (L-DOPA), катализируемого тирозингидроксилазой (TH), DDC декарбоксилат L-DOPA с образованием дофамина. Этот нейротрансмиттер находится в различных областях мозга, особенно в базальных ганглиях. Дофамин также вырабатывается DDC в симпатической нервной системе и является предшественником катехоламинергических гормонов, норадреналина и адреналина в мозговом веществе надпочечников. В нервной системе триптофангидроксилаза производит 5-ОН триптофан, который декарбоксилируется DDC, давая серотонин. DDC представляет собой гомодимерный пиридоксаль-5-первичный фосфат (PLP) -зависимый фермент.

Дефицит декарбоксилазы ароматических 1-аминокислот.

Мутации в гене DDC приводят к снижению активности фермента AADC. Без достаточного количества этого фермента нервные клетки производят меньше дофамина и серотонина. Дофамин и серотонин необходимы для нормального функционирования нервной системы, а изменения уровней этих нейромедиаторов способствуют задержке развития, умственной отсталости, аномальным движениям и вегетативной дисфункции, наблюдаемым у людей с дефицитом AADC. другие расстройства Исследования показали, что определенные вариации (полиморфизмы) гена DDC связаны с повышенным риском никотиновая зависимость, шизофрения, биполярное расстройство и синдром дефицита внимания с гиперактивностью; однако другие исследования не подтвердили эти выводы. Считается, что многие генетические факторы и факторы окружающей среды способствуют возникновению этих сложных состояний.

Ген DDC предоставляет инструкции по производству фермента декарбоксилазы ароматической 1-аминокислоты (AADC), который важен для мозга и нервной системы. Этот фермент участвует в процессе производства дофамина и серотонина, которые являются химическими посредниками, передающими сигналы между нервными клетками (нейротрансмиттерами). Дофамин производится из строительного блока белка (аминокислоты) тирозина и серотонина. производится из триптофана аминокислоты. Оба нейротрансмиттера производятся в двухступенчатом процессе. Во-первых, другие ферменты контролируют реакции, которые превращают тирозин в L-допа, а триптофан в 5-гидрокситриптофан. Затем фермент AADC превращает L-допа и 5-гидрокситриптофан в дофамин и серотонин соответственно. Для этого он удаляет молекулярную структуру, называемую карбоксильной группой, состоящую из атома углерода, двух атомов кислорода и атома водорода.

Рецепторы к серотонину

Поразительная полифункциональность серотонина обусловлена, прежде всего, наличием многочисленных рецепторов, опосредующих воздействие этого медиатора на нейроны (Popova, Naumenko, 2010). К настоящему времени с помощью молекулярно-биологических методов выявлено и клонировано 14 различных типов генов и контролируемых ими серотонергических (5-НТ) рецепторов, экспрессирующихся в мозге млекопитающих.

Классификация 5-НТ рецепторов основана на трех принципах:

1) особенностях первичной структуры;

2) механизмах трансдукции сигнала;

3) на фармакологическом профиле (селективные агонисты и антагонисты рецептора).

По этим принципам 5-НТ рецепторы классифицированы в 8 основных типов и 7 подтипов.

Большинство 5-НТ рецепторов принадлежат к суперсемейству рецепторов, сопряженных с G-белками.

Тип	Механизм работы	Эффекты при активации	Генерирующий потенциал
5- HT1	Gi/G0-связанный	↓yровня цАМФ	Тормозящий
5-HT2	Gq/G11-связанный	↑уровня инозитол-3-фосфата (IP3) и диацилглицерола (DAG)	Возбуждающий
5-HT3	Лиганд-зависимый ионный канал, пропускающий натрий и калий	Деполяризация клеточной мембраны	Возбуждающий
5-HT4	Gs-связанный	↑уровня цАМФ	Возбуждающий
5-HT5	Gi/G0-связанный	↓уровня цАМФ	Тормозящий
5-HT6	Gs-связанный	↑уровня цАМФ	Возбуждающий
5-HT7	Gs-связанный	↑уровня цАМФ	Возбуждающий
5-HT8	Метаботропный неуточнённый	↑внутриклеточного уровня кальция	Неизвестно

 

Общая характеристика типов серотониновых рецепторов. Информация по 5-НТ8 взята из Qi YX, Xia RY, Wu YS, Stanley D, Huang J, Ye GY (2014). «Larvae of the small white butterfly, Pieris rapae, express a novel serotonin receptor». J. Neurochem. 131: 767–77. doi:10.1111/jnc.12940. PMID 25187179.

Каждый из них представляет собой полипептидную цепь, содержащую семь трансмембранных доменов, образующих совместно с внеклеточными петлями и N-концом участок связывания медиатора. Третья цитоплазматическая петля и С-конец осуществляют сопряжение с G-белком. При связывании медиатора происходит изменение конформации рецептора, приводящее к диссоциации G-белка на β-, γ- и α-субъединицы. Эти субъединицы обладают каталитической активностью, благодаря которой способны изменять внутриклеточные процессы.

Риcунок 12. Механизм работы 5-HT1A рецептора

Каждый из типов и подтипов рецепторов характеризуется уникальным контролирующим геном, спектром сродства к разнообразным агонистам и антагонистам серотонина, специфическим распределением в мозге и определенным спектром функций, которые он регулирует. Среди такого разнообразия серотониновых рецепторов привлекает внимание 5-НТ1А подтип. Это обусловлено рядом причин, основными из которых являются:

1) ключевая роль в ауторегуляции 5-HT системы в мозге (Popova, Naumenko, 2013). 5-НТ1А рецепторы отличаются от других видов 5-НТ рецепторов тем, что они локализованы как пост-, так и пресинаптически на 5-НТ нейронах, и в зависимости от локализации могут оказывать прямо противоположное действие;

2) экспериментальные данные о вовлечении 5-НТ1А рецепторов в регуляцию разнообразных форм как нормального, так и патологического поведения;

3) многочисленные данные об участии 5-НТ1А рецепторов в механизме патологической тревожности и депрессии (Kaufman et al., 2015), подтвержденные клинической эффективностью агонистов 5-НТ1А рецепторов как анксиолитиков и антидепрессантов;

4) наличие селективных агонистов и антагонистов 5-НТ1А рецепторов. Из-за многообразия функций 5-НТ1А рецепторов встает вопрос об их генетической и посттранляционной регуляции, связи предрасположенности к патологическому поведению с особенностями генетического контроля, плотности и функциональной активности этих рецепторов. В этом обзоре будут обсуждены данные литературы и собственных исследований, касающиеся генетических подходов к исследованию 5-НТ1А рецепторов и их участия в регуляции поведения. Рецепторы типа 5-НТ1

В центральной нервной системе (ЦНС) млекопитающих обнаружены серотониновые рецепторы типа 5-НТ1 и пять их подтипов – A, B, D, E, F, представляющие собой протеины, содержащие 365-422 аминокислотных остатка. Эти рецепторы связаны с ингибиторным G-белком, подавляющим аденилатциклазу, за счёт чего подавляется активность внутриклеточных процессов. К примеру, один из относительно новых анксиолитиков - буспирон - способен стимулировать избирательно один из подтипов серотониновых рецепторов (5-НТ1А-рецептор) и имитировать воздействие на него серотонина, вызывая тормозный эффект.

5-НТ1А серотониновый рецептор 5-НТ1А рецептор является эволюционно одним из самых древних. Считается, что он образовался около 800 млн. лет назад, задолго до появления позвоночных животных. Он обнаружен у насекомых (Dacks et al., 2006), плоских червей, круглоротых (Hill et al., 2003) и всех классов позвоночных животных. 5-НТ1А подтип относится к группе рецепторов 5-НТ1 типа, которая также включает в себя 5-НТ1А, 5-HT1B, 5-HT1D, 5-HT1E и 5-HT1F подтипы, проявляющие от 40 до 63 % структурной гомологии с 5-НТ1А рецептором. Рецепторы 5-НТ1 типа сопряжены с Gi-белком и при активации ингибируют аденилатциклазу – фермент, катализирующий превращение АТФ в цАМФ, что является сигналом для активации цАМФзависимых протеинкиназ, которые в свою очередь активируют различные белки (в том числе факторы транскрипции). Кроме того, активация 5-НТ1 рецепторов приводит к открытию К+ каналов и гиперполяризации мембраны. Имеются данные о том, что активация рецептора 1А подтипа в культурах клеток может приводить к активации фосфолипазы С. 5-НТ1А рецептор представляет собой полипептидную цепь, образующую семь трансмембранных доменов и состоящую из 422 аминокислотных остатков у крысы и 421 – у человека. Этот рецептор характеризуется коротким внутриклеточным С-концом и длинной третьей внутриклеточной петлей, на которой локализован сайт фосфорилирования протеинкиназой С. Была показана связь между фосфорилированием и десенситизацией рецептора, что дало основание полагать, что функция 5-НТ1А рецепторов находится под контролем 5-НТ2 рецепторов, вторичным посредником которых является протеинкиназа С (Zhang et al., 2001). Кроме того, в третьей цитоплазматической петле имеются два сайта связывания с кальмодулином, связывание которого является сигналом для интернализации рецептора (Turner et al., 2004). Еще одной особенностью структуры рецептора А подтипа является наличие «лейциновых застежек» (leucine zipper), посредством которых, возможно, осуществляются белок-белковые взаимодействия между 5-НТ1А и 5-НТ2 рецепторами. Все эти особенности структуры 5-НТ1А рецептора приоткрывают возможные пути воздействия на его экспрессию, в том числе другими 5-НТ рецепторами. Факторы, влияющие на экспрессию рецептора, могут, по-видимому, действовать и на уровне транскрипции. В 1999 году была описана структура промотора гена 5-НТ1А рецептора. Было показано, что основной сайт инициации транскрипции локализован в положении –967 п. н. от стартового кодона AUG. У крыс этот сайт ассоциирован с выше расположенными TATA-боксами, однако у мышей TATA-боксы отсутствуют. Принимая во внимание сходство этих животных в экспрессии рецептора и ее регуляции, авторы предположили, что TATA-боксы не играют существенной роли в регуляции транскрипции гена 5-НТ1А рецептора. Кроме того, в промоторе было обнаружено наличие селективного энхансера (enhancer) (между –426 и –117 п.н.), неселективного (между –1519 и –426 п.н.) и сильного селективного сайленсера (silencer) (между –1590 и –1519 п.н.) (Ou et al., 2000). Из этих элементов наиболее интересным является сайленсер, поскольку в случае его делеции транскрипция гена усиливается более чем в 10 раз. Поэтому было предположено, что регуляция экспрессии гена 5-НТ1А рецептора на уровне транскрипции осуществляется, вероятно, в основном за счет репрессии (Ou et al., 2001). Таким образом, наряду с генетическим контролем интенсивности синтеза 5-HT1А рецепторов существуют и другие уровни регуляции их функциональной активности.

В последние годы к выявленным ранее механизмам регуляции 5-НТ1А рецептора добавлены новые, связанные с олигомеризацией и взаимодействием 5-НТ рецепторов. Было установлено, что 5-НТ1А рецептор существует в мозге в нескольких формах: как 5-НТ1А мономер, 5-НТ1А/ 5-НТ1А гомодимер и гетеродимер, связанный с другими рецепторами (Woehler et al., 2009; Kobe et al., 2012; Renner et al., 2012).

Новые данные о роли димеризации в регуляции функциональной активности 5-НТ1А рецептора получены при изучении взаимодействия 5-НТ1А и 5-НТ7 рецепторов (Renner et al., 2012; Popova, Naumenko, 2013; Naumenko et al., 2014). Оказалось, что гетеродимер 5-НТ1А/5-НТ7, не оказывая влияния на функциональные свойства 5-НТ7 рецептора, модулирует два основных фактора десенситизации 5-НТ1А рецепторов: ослабляет их функциональную активность и увеличивает интенсивность интернализации. Таким образом, ключевой регулятор 5-НТ системы мозга, 5-НТ1А рецептор, сам зависит от 5-НТ7 рецепторов, которые, образуя с ним димерные комплексы, ведут к функциональной инактивации. Это совершенно новая и важнейшая роль 5-НТ7 рецептора и его взаимодействия (cross-talk) с 5-НТ1A рецептором позволяет по-новому взглянуть на проблему механизма депрессии и действия антидепрессантов группы ингибиторов обратного захвата серотонина.

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/584/764

 

 

Рецепторы типа 5-НТ2

В отличие от первого типа, они являются возбуждающими.

Рецепторы 5-НТ2 увеличивают чувствительность нейрональной мембраны к стимулам. Они уменьшают поступление ионов калия (К⁺) в клетку и облегчают посредством данного эффекта возникновение деполяризации, в этом отношении они оказывают эффект, противоположный 5-НТ1-рецепторам.

Механизм работы 5-НТ2А-рецептора.

Механизм работы 5-НТ2А-рецептора. Источник: http://neurowiki2013.wdfiles.com/

 При активации рецептора бета- и гамма-субъединицы «высвобождают» Gq-субъединицу, активирующую фосфолипазу С (PLC), которая, в свою очередь, превращает фосфатидилинозитолбисфосфат (PIP2) в диацилглицерол (DAG) и инозитолтрифосфат (IP3). DAG активирует протеинкиназу С (PKC), а IP3 запускает кальмодулин-зависимый механизм высвобождения кальция из эндоплазматического ретикулума. Существуют также побочные биохимические пути, связанные с образованием арахидоновой кислоты из DAG. «Выбор» пути, по которому будут работать вторичные мессенджеры, может также зависеть от лиганда: например, если рассматривать DOB и 2C-B, то DOB (за счёт наличия метильной группы в альфа-положении на боковой цепи) действует по «основному» пути, описанному выше, а 2C-B – по «альтернативному», ведущему к повышению концентрации арахидоновой кислоты.

5-НТ3-рецептор.

Данный вид рецепторов является уникальным в своём роде – это единственный не-метаботропный тип. 5-НТ3-рецептор представляет собой лиганд-зависимый ионный канал, состоящий из пяти различных субъединиц (5-HT3A, 5-HT3В, 5-HT3С, 5-HT3D, 5-HT3E). Он может быть представлен в виде гомопентамера, состоящего исключительно из одних 5-НТ3А-субъединиц, либо гетероментамера – когда в его составе, помимо обязательно наличествующей 5-НТ3А-субъединицы, находятся субъединицы других подтипов. Интересно, что по уровню гомологии субъединицы можно разделить на 2 группы: первая включает в себя 5-HT3A и 5-HT3В, вторая 5-HT3С, 5-HT3D и 5-HT3E.

 

Каждая субъединица состоит из четырёх участков(М1-М4), представляющих собой аминокислотную цепь, уложенную в форме альфа-спиралей, которые пересекают клеточную мембрану. N-конец аминокислотной цепи субъединицы локализован на внешней стороне клеточной мембраны и осуществляет связывание лигандов, трансмембранные участки (а конкретнее – аминокислотная петля, связывающая М2 и М3-участки) непосредственно задействованы в механизме открытия ионного канала. Также присутствует внутриклеточная петля между М3 и М4-участками, участвующая в транспортировке и регуляции работы субъединицы.

Механизм работы 5-НТ3-рецептора. Данный ионный канал пропускает только положительно заряженные ионы (натрий, калий, небольшие количества кальция), что вызывает деполяризацию и возбуждение нейрона при его активации.

5-HT3 рецептор оказывает стимулирующее влияние на функцию GABA-ергических нейронов в гиппокампе и новой коре головного мозга. Потому что GABA является ингибирующим нейротрансмиттером, что приводит в итоге к уменьшению его активности. Нейрофизиологические свойства указывают на то, что сам 5-НТ3-рецептор не является G-белок-связанным рецептором. Активность ионного канала регулируется ионами кальция и магния (Ca2+ и Mg 2+).

 

5-НТ4-рецептор

5-НТ4-рецептор, вероятно, является родственным 5-НТ1-типу. Через влияние на транспорт ионов 5-НТ4-рецепторы ингибируют гиперполяризацию нейронов и вследствие этого увеличивают их чувствительность. Периферические и центрально расположенные 5-НТ4- рецепторы играют значимую роль как пресинаптические гетерорецепторы на холинергических окончаниях нервных клеток. Стимуляция этих нейронов приводит к облегчению выделения ацетилхолина. Данный вид рецепторов является метаботропным, при активации повышающим количество цАМФ в клетке, что в свою очередь запускает каскад реакций, ведущий к выбросу нейромедиаторов. Ранее он считался «кардиоспецифичным» рецептором, так как изначально был обнаружен в наибольших концентрациях в предсердных отделах проводящей системы сердца.

Вклад мутаций гена этого рецептора в развитие шизофрении достаточно противоречив, однако их связь с возникновением биполярного расстройства подтверждёна достоверно.

 

5-НТ5 и 5-НТ6-рецепторы

На сегодняшний день всё ещё немногое известно о функции 5-НТ5 и 5-НТ6-рецепторов. Установлено, что оба рецептора стимулируют активность аденилциклазы.

 Среди всех рецепторов серотонина тип 5-HT5 является наименее изученным. Пока известно лишь то, что в геноме человека представлено 2 подтипа – 5-НТ5А и 5-НТ5В. Однако, ген второго подтипа является псевдогеном, т.к. в его последовательности содержится стоп-кодон, что делает его нефункциональным. У грызунов гены обоих подтипов рецептора являются функциональными.

 

5-НТ7-рецепторы

5-НТ7-рецептор осуществляет свое действие через влияние на активность аденилциклазы. Эти метаботропные серотониновые рецепторы также запускают процессы высвобождения нейромедиаторов путём запуска каскада реакций фосфорилирования через цепь вторичных мессенджеров, т.е. являются «возбуждающими». Изначально они были идентифицированы в качестве подтипа 5-НТ1-рецепторов, однако позже, благодаря изучению их структуры и аминокислотной последовательности, были выделены в отдельный тип. Этот рецептор играет очень большую роль в определении биоритма. Новые данные о роли димеризации в регуляции функциональной активности 5-НТ1А рецептора получены при изучении взаимодействия 5-НТ1А и 5-НТ7 рецепторов (Renner et al., 2012; Popova, Naumenko, 2013; Naumenko et al., 2014). Оказалось, что гетеродимер 5-НТ1А/5-НТ7, не оказывая влияния на функциональные свойства 5-НТ7 рецептора, модулирует два основных фактора десенситизации 5-НТ1А рецепторов: ослабляет их функциональную активность и увеличивает интенсивность интернализации. Таким образом, ключевой регулятор 5-НТ системы мозга, 5-НТ1А рецептор, сам зависит от 5-НТ7 рецепторов, которые, образуя с ним димерные комплексы, ведут к функциональной инактивации. Это совершенно новая и важнейшая роль 5-НТ7 рецептора и его взаимодействия (cross-talk) с 5-НТ1A рецептором позволяет по-новому взглянуть на проблему механизма депрессии и действия антидепрессантов группы ингибиторов обратного захвата серотонина.

 

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

 

Объекты исследования

 

В качестве удобного объекта для изучения влияния стрессовых факторов на организм были выбраны крысы. Крысы являются основными модельными организмами в исследованиях стресса и нейроповедения. В нашей работе стрессовым фактором выступали умеренная физическая нагрузка и гиподинамия- обездвиживание животных.

 Исследования проводили в виварии КГМУ на самцах и самках крыс. Крыс содержали по 2-4 особи в пластиковых клетках при естественном освещении и оптимальной температуре примерно в 20-22 С, относительной влажностью воздуха 40-60%, световом режиме 12:12, со свободным доступом к воде и пище, кормили брикетированными комбикормами.

В исследуемые группы вошли крысы с известной датой рождения, без видимых мутаций. Всего было исследовано 88 крыс- 34 половозрелые самки массой 20-300г и 54 половозрелых самца маcсой 380-470г.

Для сравнения полученных результатов исследования стрессовых факторов на изменение экспрессии генов серотонинэргической системы в исследуемой выборке, использовали контрольную группу. В контрольную группу, состоящую и из самок и из самцов крыс проживающие в виварие КГМУ вошло 12 крыс. Все респонденты были физиологически и психически (без “вертячки") здоровы, без видимых мутаций. В качестве материала использовалась лимфоцитарная фракция периферической крови.

Методы исследования

Эксперимент проводился в несколько этапов. Вначале эксперимента крысы были поделены на несколько групп. Далее было осуществлена замерка показателей крыс- их вес, а также помечение их водоустойчивой краской. После чего было осуществлена основная работа- физическая нагрузка и выполнение стресс теста. В конце эксперимента был произведен забор крови для измерения изменения экспрессии генов сератонинэргической системы.

2.2.1 Способ осуществления стресс-теста

Для оценки адаптогенной активности и определения типов характера крыс использовался широко известный тест Порсолта(Porsolt) или тест отчаяния. Суть метода состоит в том, что крысы при попадении в воду, начинают проявлять активную двигательную деятельность, направленную на поиск выхода из неприятной (аверсивной) ситуации. После чего крысы оставляют попытки выбраться из сосуда и зависают в воде в характерной позе, оставаясь практически полностью без движения, (двигательная деятельность наблюдалась только для поддержания морды над поверхностью воды). Сосуды (стеклянные прозрачные квадратные емкости размером в сечении 25х25х60 см.) наполнялись водой на высоте 40 см.

Животных метили водоустойчивой краской. Выраженность депрессивного состояния по этому тесту проявлялась в длительности неподвижности исследуемых крыс (иммобилизации). В данном тесте после попыток выбраться из данной неприятной ситуации у животных наступает стадия иммобилизации, которая показывает депрессивное состояние. Состояние иммобилизации оценивают визуально с определением ее длительности в течение 6 мин. наблюдения. Крысы вели себя в данном тесте в соответствии с описанной классической методике Порсолта. При попадании в воду животные начинали активно двигаться в поисках выхода. Впоследствии они «зависали» в характерной позе без движения. Через некоторое время крыса начинала активно двигаться в поисках выхода из аверсивной ситуации.

По данному тесту было сформировано 4 группы животных, в каждой группе находились по 10 голов крыс, разделенных примерно поровну (активные и пассивные по тесту Порсолта).

Так, первая группа крыс подвергалась только стрессовой нагрузке, суть которой описана ниже. Животных второй группы выполняли физические упражнения, третья группа — подвергалась физическим и стрессовым нагрузкам одновременно и четвертая — контрольная группа, живущая умеренной жизнью.

Как уже было сказано, две группы крыс подвергались стрессовой нагрузке, одна из которых помимо этого выполняла физические упражнения.

Осуществление стресс-теста происходило две недели подряд, каждый день. Суть данной части работы заключалась в следующем: крысам создавались условия, в которых они не могли двигаться, т.е. крысы подвергались гиподинамии. При помощи тканевой материала и резинок, испытуемые крысы обездвиживались, при этом на фоне интенсивной деятельности ЦНС, обусловленной увеличением эмоционального напряжения в совокупности с кислородным голоданием способствовало перегрузке и нарушению функционального состояния ЦНС, ее регуляторной функции, что создало предпосылку к развитию соматопсихических нарушений, при которых организм испытывал стрессовую нагрузки, теоретически, влияющую на экспрессию генов сератонинэргиской системы.