El receptor P2X 4 es el homotrímero compuesto por tres monómeros P2X 4 . [5] Son canales de cationes no selectivos con alta permeabilidad al calcio , lo que conduce a la despolarización de la membrana celular y la activación de varios procesos intracelulares sensibles al Ca 2+ . [9] [10] [11] El receptor P2X 4 se expresa de forma única en los compartimentos lisosomales , así como en la superficie celular . [12]
Los receptores P2X se componen de tres subunidades que pueden ser homoméricas o heteroméricas por naturaleza. En los mamíferos, hay siete subunidades diferentes, cada una codificada en un gen diferente ( P2RX1 - P2RX7 ). [5] Cada subunidad tiene dos hélices alfa transmembrana (TM1 y TM2) unidas por un gran bucle extracelular. [5] [12] [19] El análisis de las estructuras cristalográficas de rayos X reveló una estructura terciaria "similar a la de un delfín" , donde la "cola" está incrustada en la bicapa de fosfolípidos y los ectodominios superior e inferior forman la "cabeza" y el "cuerpo" respectivamente. [12] [19] [20] Las interfaces adyacentes de las subunidades forman un bolsillo de unión profundo para el ATP. [12] [19] La unión del ATP a estos sitios ortostéricos provoca un cambio en la conformación que abre el poro del canal.
Las subunidades P2X 4 pueden formar receptores homoméricos o heteroméricos. [21] En 2009, el primer receptor purinérgico cristalizado fue el receptor P2X 4 homomérico de pez cebra en estado cerrado. [22] [19] Aunque truncado en sus extremos N y C , esta estructura cristalina se resolvió y confirmó que estas proteínas eran de hecho trímeros con un ectodominio rico en enlaces disulfuro . [5] [12]
Mecanismo de compuerta
Los receptores P2X tienen tres estados conformacionales confirmados: cerrado sin ATP, abierto con ATP y desensibilizado con ATP. [12] [19] Las imágenes de los receptores P2X 3 humanos y P2X 7 de rata han revelado similitudes estructurales y diferencias en sus dominios citoplasmáticos. En el estado unido a ATP, ambos tipos de receptores forman estructuras de láminas beta a partir de los extremos N y C de las subunidades adyacentes. [12] [19] Estas estructuras secundarias recién plegadas se unen para formar una "tapa citoplasmática" que ayuda a estabilizar el poro abierto. Las estructuras cristalinas del receptor desensibilizado ya no presentan la tapa citoplasmática. [12] [19]
Desensibilización
Los estudios de electrofisiología han revelado diferencias en las tasas de desensibilización del receptor entre diferentes subtipos de P2X. [5] [12] Los homotrímeros P2X 1 y P2X 3 son los más rápidos, y la desensibilización se observa milisegundos después de la activación, mientras que los receptores P2X 2 y P2X 4 están en la escala de tiempo de segundos. En particular, el receptor P2X 7 no sufre desensibilización. [12] Los estudios mutacionales que trabajan con los receptores P2X 2 y P2X 3 de rata han identificado tres residuos en el extremo N que contribuyen principalmente a estas diferencias. Al cambiar los aminoácidos en el P2X 3 para que coincidan con el análogo P2X 2 , la tasa de desensibilización se ralentizó. Por el contrario, cambiar los residuos de P2X 2 para que coincidan con P2X 3 aumentó la tasa de desensibilización. [19] En combinación con las estructuras cristalinas de estado abierto, se planteó la hipótesis de que la capa citoplasmática estaba estabilizando la conformación de poro abierto. [12] [19]
Además, el análisis estructural del receptor P2X3 abierto reveló cambios transitorios en TM2, la hélice alfa transmembrana que recubre el poro. Mientras está en la conformación de estado abierto, una pequeña región media de TM2 se transforma en una hélice 3 10. [ 12] [19] Esta estructura helicoidal desaparece con la desensibilización y, en su lugar, TM2 se reforma como una hélice alfa completa reposicionada más cerca del lado extracelular. [12]
El modelo de retroceso helicoidal utiliza los cambios estructurales observados en TM2 y la formación transitoria de la tapa citoplasmática para describir un posible mecanismo de desensibilización de los receptores P2X. En este modelo, se plantea la teoría de que la tapa citoplasmática fija el extremo intracelular de la hélice TM2 mientras estira su extremo extracelular para permitir la entrada de iones. [19] Esto induciría la hélice 3 10 observada . Luego, la tapa se desmonta y libera su sujeción en TM2, lo que hace que la hélice retroceda hacia la hoja externa de la membrana. [12] [19]
En apoyo de esta teoría, el P2X 7 posee un dominio citoplasmático grande con sitios de anclaje de C-cisteína palmitoilados . [5] [12] [19] Estos sitios estabilizan aún más su capa citoplasmática al anclar el dominio en la hoja interna circundante. Las mutaciones de los residuos del sitio de palmitoilación asociado causan una desensibilización atípica observada del receptor. [12]
Tráfico de receptores
Los receptores P2X 4 se expresan funcionalmente tanto en la superficie celular como en los lisosomas. [20] Aunque se localizan y almacenan preferentemente en los lisosomas , los receptores P2X 4 son llevados a la superficie celular en respuesta a señales extracelulares. [23] Estas señales incluyen IFN-γ , CCL21 , CCL2 . [24] [25] [26] La fibronectina también está involucrada en la regulación positiva de los receptores P2X 4 a través de interacciones con integrinas que conducen a la activación del miembro de la familia de quinasas SRC , Lyn . [27] Lyn luego activa las vías de señalización PI3K-AKT y MEK-ERK para estimular el tráfico de receptores. [28] La internalización de los receptores P2X 4 es endocitosis dependiente de clatrina y dinamina . [29]
Farmacología
Agonistas
Los receptores P2X4 responden al ATP, pero no al αβmeATP. Estos receptores también se potencian con la ivermectina , el azul de cibacrón y el zinc . [8]
Antagonistas
La principal distinción farmacológica entre los miembros de la familia de los purinoceptores es la sensibilidad relativa a los antagonistas suramina y ácido piridoxalfosfato-6-azofenil-2',4'-disulfónico ( PPADS ). El producto de este gen tiene la sensibilidad más baja para estos antagonistas [8]
Dolor neuropático
El receptor P2X 4 se ha relacionado con el dolor neuropático mediado por la microglía in vitro e in vivo . [30] [31] Los receptores P2X 4 se regulan positivamente después de una lesión. [32] Esta regulación positiva permite una mayor activación de las quinasas de proteína activadas por mitógeno p38 , lo que aumenta la liberación del factor neurotrófico derivado del cerebro ( BDNF ) de la microglía. [33] El BDNF liberado de la microglía induce hiperexcitabilidad neuronal a través de la interacción con el receptor TrkB . [34] Más importante aún, trabajos recientes muestran que la activación del receptor P2X 4 no solo es necesaria para el dolor neuropático, sino que también es suficiente para causar dolor neuropático. [35]
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