stringtranslate.com

P2RX4

El purinoceptor P2X 4 es una proteína que en los humanos está codificada por el gen P2RX4 . El purinoceptor P2X 4 es un miembro de la familia de receptores P2X . [5] [6] [7] Los receptores P2X son complejos proteicos triméricos que pueden ser homoméricos o heteroméricos . Estos receptores son canales catiónicos regulados por ligando que se abren en respuesta a la unión de ATP. [8] Cada subtipo de receptor, determinado por la composición de la subunidad, varía en su afinidad por el ATP y la cinética de desensibilización .

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]

El receptor se encuentra en los sistemas nerviosos central y periférico, en los epitelios de las glándulas con conductos y las vías respiratorias, en el músculo liso de la vejiga , el tracto gastrointestinal , el útero y las arterias , en el endometrio uterino y en las células grasas . [13] Los receptores P2X 4 se han implicado en la regulación de la función cardíaca, la muerte celular mediada por ATP , el fortalecimiento sináptico y la activación del inflamasoma en respuesta a una lesión. [12] [14] [15] [16] [17] [18]

Estructura

Estructuras en cinta del (A) receptor homotrimérico P2X4 y (B) subunidad monomérica

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

Esquema de los estados conformacionales del receptor P2X4

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]

Véase también

Referencias

  1. ^ abc GRCh38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSG00000135124 – Ensembl , mayo de 2017
  2. ^ abc GRCm38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSMUSG00000029470 – Ensembl , mayo de 2017
  3. ^ "Referencia de PubMed humana:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ^ "Referencia PubMed de ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU . .
  5. ^ abcdefg Suurväli J, Boudinot P, Kanellopoulos J, Rüütel Boudinot S (octubre de 2017). "P2X4: un receptor purinérgico rápido y sensible". Revista Biomédica . 40 (5): 245–256. doi :10.1016/j.bj.2017.06.010. PMC 6138603 . PMID  29179879. 
  6. ^ Garcia-Guzman M, Soto F, Gomez-Hernandez JM, Lund PE, Stühmer W (enero de 1997). "La caracterización del receptor P2X4 humano recombinante revela diferencias farmacológicas con el homólogo de rata". Farmacología molecular . 51 (1): 109–118. doi :10.1124/mol.51.1.109. PMID  9016352.
  7. ^ "Gen Entrez: receptor purinérgico P2RX4 P2X, canal iónico controlado por ligando, 4".
  8. ^ abc North RA (octubre de 2002). "Fisiología molecular de los receptores P2X". Physiological Reviews . 82 (4): 1013–1067. doi :10.1152/physrev.00015.2002. PMID  12270951.
  9. ^ North RA (octubre de 2002). "Fisiología molecular de los receptores P2X". Physiological Reviews . 82 (4): 1013–1067. doi :10.1152/physrev.00015.2002. PMID  12270951.
  10. ^ Shigetomi E, Kato F (marzo de 2004). "La liberación de glutamato independiente del potencial de acción por la entrada de Ca2+ a través de los receptores P2X presinápticos provoca la activación postsináptica en la red autónoma del tronco encefálico". The Journal of Neuroscience . 24 (12): 3125–3135. doi :10.1523/JNEUROSCI.0090-04.2004. PMC 6729830 . PMID  15044552. 
  11. ^ Koshimizu TA, Van Goor F, Tomić M, Wong AO, Tanoue A, Tsujimoto G, Stojilkovic SS (noviembre de 2000). "Caracterización de la señalización de calcio por canales de receptores purinérgicos expresados ​​en células excitables". Farmacología molecular . 58 (5): 936–945. doi :10.1124/mol.58.5.936. PMID  11040040.
  12. ^ abcdefghijklmnopq Kanellopoulos JM, Almeida-da-Silva CL, Rüütel Boudinot S, Ojcius DM (25 de marzo de 2021). "Características estructurales y funcionales del receptor P2X4: una perspectiva inmunológica". Frontiers in Immunology . 12 : 645834. doi : 10.3389/fimmu.2021.645834 . PMC 8059410 . PMID  33897694. 
  13. ^ Bo X, Kim M, Nori SL, Schoepfer R, Burnstock G, North RA (agosto de 2003). "Distribución tisular de los receptores P2X4 estudiada con un anticuerpo de ectodominio". Cell and Tissue Research . 313 (2): 159–165. doi :10.1007/s00441-003-0758-5. PMID  12845522. S2CID  18060944.
  14. ^ Kawano A, Tsukimoto M, Noguchi T, Hotta N, Harada H, Takenouchi T, et al. (marzo de 2012). "Participación del receptor P2X4 en la muerte celular dependiente del receptor P2X7 de macrófagos de ratón". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 419 (2): 374–380. doi :10.1016/j.bbrc.2012.01.156. PMID  22349510.
  15. ^ Solini A, Santini E, Chimenti D, Chiozzi P, Pratesi F, Cuccato S, et al. (mayo de 2007). "Múltiples receptores P2X están involucrados en la modulación de la apoptosis en células mesangiales humanas: evidencia de un rol de P2X4". American Journal of Physiology. Renal Physiology . 292 (5): F1537–F1547. doi :10.1152/ajprenal.00440.2006. hdl :11573/412000. PMID  17264311. S2CID  18668753.
  16. ^ Shen JB, Pappano AJ, Liang BT (febrero de 2006). "Corriente extracelular estimulada por ATP en miocitos ventriculares de ratones transgénicos con receptor P2X4 y de tipo salvaje: implicaciones para una función fisiológica cardíaca de los receptores P2X4". FASEB Journal . 20 (2): 277–284. doi : 10.1096/fj.05-4749com . PMID  16449800. S2CID  7174797.
  17. ^ Baxter AW, Choi SJ, Sim JA, North RA (julio de 2011). "Función de los receptores P2X4 en el fortalecimiento sináptico en neuronas hipocampales CA1 de ratón". The European Journal of Neuroscience . 34 (2): 213–220. doi :10.1111/j.1460-9568.2011.07763.x. PMC 3763203 . PMID  21749490. 
  18. ^ de Rivero Vaccari JP, Bastien D, Yurcisin G, Pineau I, Dietrich WD, De Koninck Y, et al. (febrero de 2012). "Los receptores P2X4 influyen en la activación del inflamasoma después de una lesión de la médula espinal". The Journal of Neuroscience . 32 (9): 3058–3066. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4930-11.2012 . PMC 6622016 . PMID  22378878. 
  19. ^ abcdefghijklm Mansoor SE (2022). "Cómo la biología estructural ha impactado directamente nuestra comprensión de la función y la activación del receptor P2X". En Nicke A (ed.). El receptor P2X7 . Métodos en biología molecular. Vol. 2510. Nueva York, NY: Springer US. págs. 1–29. doi :10.1007/978-1-0716-2384-8_1. ISBN 978-1-0716-2384-8. Número de identificación personal  35776317.
  20. ^ ab Sophocleous RA, Ooi L, Sluyter R (mayo de 2022). "El receptor P2X4: características celulares y moleculares de un objetivo neuroinflamatorio prometedor". Revista internacional de ciencias moleculares . 23 (10): 5739. doi : 10.3390/ijms23105739 . PMC 9147237 . PMID  35628550. 
  21. ^ Kaczmarek-Hájek K, Lörinczi E, Hausmann R, Nicke A (septiembre de 2012). "Propiedades moleculares y funcionales de los receptores P2X: progreso reciente y desafíos persistentes". Señalización purinérgica . 8 (3): 375–417. doi :10.1007/s11302-012-9314-7. PMC 3360091 . PMID  22547202. 
  22. ^ Kawate T, Michel JC, Birdsong WT, Gouaux E (julio de 2009). "Estructura cristalina del canal iónico P2X(4) controlado por ATP en estado cerrado". Nature . 460 (7255): 592–598. Bibcode :2009Natur.460..592K. doi :10.1038/nature08198. PMC 2720809 . PMID  19641588. 
  23. ^ Qureshi OS, Paramasivam A, Yu JC, Murrell-Lagnado RD (noviembre de 2007). "Regulación de los receptores P2X4 mediante la focalización lisosomal, la protección de los glicanos y la exocitosis". Journal of Cell Science . 120 (Pt 21): 3838–3849. doi : 10.1242/jcs.010348 . PMID  17940064.
  24. ^ Tsuda M, Masuda T, Kitano J, Shimoyama H, Tozaki-Saitoh H, Inoue K (mayo de 2009). "La señalización del receptor IFN-gamma media la activación de la microglia espinal que provoca dolor neuropático". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (19): 8032–8037. Bibcode :2009PNAS..106.8032T. doi : 10.1073/pnas.0810420106 . PMC 2683100 . PMID  19380717. 
  25. ^ Biber K, Tsuda M, Tozaki-Saitoh H, Tsukamoto K, Toyomitsu E, Masuda T, et al. (mayo de 2011). "La CCL21 neuronal regula positivamente la expresión de P2X4 en la microglía e inicia el desarrollo del dolor neuropático". The EMBO Journal . 30 (9): 1864–1873. doi :10.1038/emboj.2011.89. PMC 3101996 . PMID  21441897. 
  26. ^ Toyomitsu E, Tsuda M, Yamashita T, Tozaki-Saitoh H, Tanaka Y, Inoue K (junio de 2012). "CCL2 promueve el tráfico del receptor P2X4 a la superficie celular de la microglia". Señalización purinérgica . 8 (2): 301–310. doi :10.1007/s11302-011-9288-x. PMC 3350584 . PMID  22222817. 
  27. ^ Tsuda M, Tozaki-Saitoh H, Masuda T, Toyomitsu E, Tezuka T, Yamamoto T, Inoue K (enero de 2008). "La tirosina quinasa Lyn es necesaria para la regulación positiva del receptor P2X(4) y el dolor neuropático después de una lesión del nervio periférico". Glia . 56 (1): 50–58. doi :10.1002/glia.20591. PMID  17918263. S2CID  8834339.
  28. ^ Tsuda M, Toyomitsu E, Kometani M, Tozaki-Saitoh H, Inoue K (septiembre de 2009). "Mecanismos subyacentes a la regulación positiva inducida por fibronectina de la expresión de P2X4R en la microglia: funciones distintas de las vías de señalización PI3K-Akt y MEK-ERK". Journal of Cellular and Molecular Medicine . 13 (9B): 3251–3259. doi :10.1111/j.1582-4934.2009.00719.x. PMC 4516482 . PMID  19298529. 
  29. ^ Royle SJ, Bobanović LK, Murrell-Lagnado RD (septiembre de 2002). "Identificación de un motivo endocítico no canónico basado en tirosina en un receptor ionotrópico". The Journal of Biological Chemistry . 277 (38): 35378–35385. doi : 10.1074/jbc.M204844200 . PMID  12105201.
  30. ^ Ulmann L, Hirbec H, Rassendren F (julio de 2010). "Los receptores P2X4 median la liberación de PGE2 por los macrófagos residentes en los tejidos e inician el dolor inflamatorio". The EMBO Journal . 29 (14): 2290–2300. doi :10.1038/emboj.2010.126. PMC 2910276 . PMID  20562826. 
  31. ^ Tsuda M, Kuboyama K, Inoue T, Nagata K, Tozaki-Saitoh H, Inoue K (junio de 2009). "Fenotipos conductuales de ratones que carecen de receptores purinérgicos P2X4 en ensayos de dolor agudo y crónico". Molecular Pain . 5 : 28. doi : 10.1186/1744-8069-5-28 . PMC 2704200 . PMID  19515262. 
  32. ^ Ulmann L, Hatcher JP, Hughes JP, Chaumont S, Green PJ, Conquet F, et al. (octubre de 2008). "La regulación positiva de los receptores P2X4 en la microglia espinal después de una lesión de los nervios periféricos media la liberación de BDNF y el dolor neuropático". The Journal of Neuroscience . 28 (44): 11263–11268. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2308-08.2008 . PMC 6671487 . PMID  18971468. 
  33. ^ Trang T, Beggs S, Wan X, Salter MW (marzo de 2009). "La síntesis y liberación del factor neurotrófico derivado del cerebro en la microglia mediada por el receptor P2X4 depende de la activación de la proteína quinasa activada por el mitógeno p38 y del calcio". The Journal of Neuroscience . 29 (11): 3518–3528. doi :10.1523/JNEUROSCI.5714-08.2009. PMC 3589565 . PMID  19295157. 
  34. ^ Coull JA, Beggs S, Boudreau D, Boivin D, Tsuda M, Inoue K, et al. (diciembre de 2005). "El BDNF de la microglía provoca el cambio en el gradiente de aniones neuronales subyacente al dolor neuropático". Nature . 438 (7070): 1017–1021. Bibcode :2005Natur.438.1017C. doi :10.1038/nature04223. PMID  16355225. S2CID  4403946.
  35. ^ Tsuda M, Shigemoto-Mogami Y, Koizumi S, Mizokoshi A, Kohsaka S, Salter MW, Inoue K (agosto de 2003). "Los receptores P2X4 inducidos en la microglia espinal regulan la alodinia táctil después de una lesión nerviosa". Nature . 424 (6950): 778–783. Bibcode :2003Natur.424..778T. doi :10.1038/nature01786. PMID  12917686. S2CID  4358793.

Lectura adicional

Enlaces externos

Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .