Los receptores P2X , también conocidos como la familia de canales catiónicos de receptores P2X regulados por ATP , [1] son una familia de proteínas que consiste en canales iónicos regulados por ligandos permeables a cationes que se abren en respuesta a la unión del adenosín 5'-trifosfato (ATP) extracelular. Pertenecen a una familia más grande de receptores conocida como la superfamilia ENaC/P2X. [1] Los receptores ENaC y P2X tienen estructuras tridimensionales similares y son homólogos. [2] Los receptores P2X están presentes en una amplia variedad de organismos, incluidos los humanos , ratones , ratas , conejos , pollos , peces cebra , ranas toro , duelas y amebas . [3]
Los receptores P2X están involucrados en una variedad de procesos fisiológicos, [3] [4] incluidos:
Los receptores P2X se expresan en células de una amplia variedad de tejidos animales . En las terminales nerviosas presinápticas y postsinápticas y en las células gliales de todo el sistema nervioso central , periférico y autónomo , se ha demostrado que los receptores P2X modulan la transmisión sináptica . [3] [12] Además, los receptores P2X pueden iniciar la contracción en las células del músculo cardíaco , el músculo esquelético y varios tejidos musculares lisos , incluidos los de la vasculatura , los conductos deferentes y la vejiga urinaria . Los receptores P2X también se expresan en los leucocitos , incluidos los linfocitos y los macrófagos, y están presentes en las plaquetas sanguíneas . Existe cierto grado de especificidad de subtipo en cuanto a qué subtipos de receptores P2X se expresan en tipos de células específicos, siendo los receptores P2X 1 particularmente prominentes en las células musculares lisas y los P2X 2 estando muy extendidos en todo el sistema nervioso autónomo. Sin embargo, estas tendencias son muy generales y existe una superposición considerable en la distribución de subunidades, ya que la mayoría de los tipos de células expresan más de una subunidad. Por ejemplo, las subunidades P2X 2 y P2X 3 se encuentran comúnmente coexpresadas en las neuronas sensoriales , donde a menudo se coensamblan para formar receptores P2X 2/3 funcionales .
Hasta la fecha, se han identificado siete genes separados que codifican subunidades P2X, y se han denominado P2X 1 a P2X 7 , según sus propiedades farmacológicas. [3] [13]
Las proteínas de los receptores P2X son bastante similares en secuencia (>35% de identidad), pero poseen 380-1000 residuos de aminoacilo por subunidad con variabilidad en longitud. Todas las subunidades comparten una topología común, poseen dos dominios transmembrana (uno a unos 30-50 residuos de sus N-terminales, el otro cerca de los residuos 320-340), un gran bucle extracelular y extremos carboxilo y amino intracelulares (Figura 1) [3] Los dominios extracelulares del receptor entre estos dos segmentos (de unos 270 residuos) están bien conservados con varios residuos de glicilo conservados y 10 residuos de cisteilo conservados. Los extremos amino contienen un sitio de consenso para la fosforilación de la proteína quinasa C , lo que indica que el estado de fosforilación de las subunidades P2X puede estar involucrado en el funcionamiento del receptor. [14] Además, existe una gran variabilidad (25 a 240 residuos) en los extremos C, lo que indica que podrían tener propiedades específicas de la subunidad. [15]
En términos generales, la mayoría de las subunidades pueden formar receptores homoméricos o heteroméricos funcionales . [16] La nomenclatura de los receptores dicta que la denominación está determinada por las subunidades constituyentes; por ejemplo, un receptor P2X homomérico formado únicamente por subunidades P2X 1 se denomina receptor P2X 1 , y un receptor heteromérico que contiene subunidades P2X 2 y P2X 3 se denomina receptor P2X 2/3 . El consenso general es que P2X 6 no puede formar un receptor homomérico funcional y que P2X 7 no puede formar un receptor heteromérico funcional. [17] [18]
Topológicamente, se parecen a las proteínas del canal de Na + epitelial al poseer (a) extremos N y C localizados intracelularmente, (b) dos supuestos segmentos transmembrana, (c) un dominio de bucle extracelular grande y (d) muchos residuos cisteílicos extracelulares conservados. Los canales del receptor P2X transportan pequeños cationes monovalentes, aunque algunos también transportan Ca2 + . [19]
La evidencia de los primeros estudios funcionales y de biología molecular ha indicado firmemente que la proteína receptora P2X funcional es un trímero , con las tres subunidades peptídicas dispuestas alrededor de un poro de canal permeable a iones. [20] Esta visión fue confirmada recientemente mediante el uso de cristalografía de rayos X para resolver la estructura tridimensional del receptor P2X 4 del pez cebra [21] (Figura 2). Estos hallazgos indican que el segundo dominio transmembrana de cada subunidad recubre el poro conductor de iones y, por lo tanto, es responsable de la activación del canal . [22]
La relación entre la estructura y la función de los receptores P2X ha sido objeto de considerable investigación mediante mutagénesis dirigida al sitio y canales quiméricos , y se han identificado dominios proteicos clave responsables de regular la unión de ATP, la permeación de iones, la dilatación de poros y la desensibilización. [23] [24]
Se cree que se requieren tres moléculas de ATP para activar un receptor P2X, lo que sugiere que el ATP debe unirse a cada una de las tres subunidades para abrir el poro del canal, aunque la evidencia reciente sugiere que el ATP se une en las interfaces de las tres subunidades. [25] [26] Una vez que el ATP se une al bucle extracelular del receptor P2X, evoca un cambio conformacional en la estructura del canal iónico que da como resultado la apertura del poro permeable a los iones. La teoría más comúnmente aceptada de la apertura del canal implica la rotación y separación de las hélices del segundo dominio transmembrana (TM), lo que permite que los cationes como Na + y Ca 2+ accedan al poro conductor de iones a través de tres fenestraciones laterales por encima de los dominios TM. [27] [28] La entrada de cationes conduce a la despolarización de la membrana celular y la activación de varios procesos intracelulares sensibles al Ca 2+ . [29] [30] El tiempo de apertura del canal depende de la composición de la subunidad del receptor. Por ejemplo, los receptores P2X 1 y P2X 3 se desensibilizan rápidamente (unos cientos de milisegundos) en presencia continua de ATP, mientras que el canal del receptor P2X 2 permanece abierto mientras el ATP esté unido a él.
La reacción de transporte generalizada es:
La farmacología de un receptor P2X determinado está determinada en gran medida por la composición de sus subunidades. [13] Diferentes subunidades exhiben diferentes sensibilidades a agonistas purinérgicos como ATP, α,β-meATP y BzATP; y antagonistas como ácido piridoxalfosfato-6-azofenil-2',4'-disulfónico (PPADS) y suramina . [3] De interés continuo es el hecho de que algunos receptores P2X (P2X 2 , P2X 4 , P2X 5 humano y P2X 7 ) exhiben múltiples estados abiertos en respuesta a ATP, caracterizados por un aumento dependiente del tiempo en las permeabilidades de iones orgánicos grandes como N -metil- D -glucamina (NMDG + ) y colorantes de unión a nucleótidos como yoduro de propidio (YO-PRO-1). Si este cambio en la permeabilidad se debe a un ensanchamiento del propio poro del canal del receptor P2X o a la apertura de un poro separado permeable a iones es tema de investigación continua. [3]
Los receptores P2X se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso . Después de una glicosilación compleja en el aparato de Golgi , se transportan a la membrana plasmática, donde se acoplan a través de miembros específicos de la familia de proteínas SNARE . [16] Un motivo YXXXK en el extremo C es común a todas las subunidades P2X y parece ser importante para el tráfico y la estabilización de los receptores P2X en la membrana. [31] La eliminación de los receptores P2X se produce a través de la endocitosis mediada por clatrina de los receptores a los endosomas, donde se clasifican en vesículas para su degradación o reciclaje. [32]
La sensibilidad de los receptores P2X al ATP está fuertemente modulada por los cambios en el pH extracelular y por la presencia de metales pesados (p. ej., zinc y cadmio). Por ejemplo, la sensibilidad al ATP de los receptores P2X 1 , P2X 3 y P2X 4 se atenúa cuando el pH extracelular <7, mientras que la sensibilidad al ATP de P2X 2 aumenta significativamente. Por otro lado, el zinc potencia las corrientes controladas por ATP a través de P2X 2 , P2X 3 y P2X 4 , e inhibe las corrientes a través de P2X 1 . La modulación alostérica de los receptores P2X por el pH y los metales parece ser conferida por la presencia de cadenas laterales de histidina en el dominio extracelular. [3] A diferencia de los otros miembros de la familia de receptores P2X, los receptores P2X 4 también son muy sensibles a la modulación por la lactona macrocíclica, ivermectina . [33] La ivermectina potencia las corrientes reguladas por ATP a través de los receptores P2X 4 al aumentar la probabilidad de apertura del canal en presencia de ATP, lo que parece hacer al interactuar con los dominios transmembrana desde dentro de la bicapa lipídica. [34]
P2RX1 ; P2RX2 ; P2RX3 ; P2RX4 ; P2RX5 ; P2RX7 ; P2RXL1 ; TAX1BP3
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