Frontiers in Cellular Neuroscience

Introduction

A szerotonin (5-HT) egy olyan kémiai közvetítő, amely triptofánból szintetizálódik, és az evolúció során fennmaradt. Az emlősökben a neurotranszmitter szerepén túlmenően az 5-HT-t a neuronális konnektivitás szabályozójaként írták le a fejlődés során a sejtvándorlás és a citoarchitektúra modulálásával (Lauder, 1993). Valóban, az 5-HT abnormális szintje az idegrendszer aberrált morfológiáját és huzalozását eredményezi emlősökben (áttekintésért lásd Gaspar et al., 2003). A felnőtteknél megfigyelt idegi áramkörök megváltozása összefügghet az 5-HT működésének és/vagy szintjének diszfunkciójával a fejlődés kulcsfontosságú szakaszaiban, ami a fiatalkorú és felnőtt egyedeket különböző mentális betegségekre hajlamosíthatja (Hornung, 2003). Így számos olyan tényező, amely a terhesség alatt módosíthatja az 5-HT szintjét, megváltoztathatja az agy fejlődését: a triptofán elérhetőségét befolyásoló táplálkozási változások (Serfaty et al., 2008), a stresszorokkal szembeni kihívások (Papaioannou et al., 2002), fertőzések (Winter és mtsai., 2009) és szerotonin visszavétel gátlóként ható antidepresszáns gyógyszerek (SSRI-k; Xu és mtsai., 2004).

A szerotoninreceptorokat 5-HT1A-F, 5-HT2A-C; 5-HT3, 5-HT4, 5-HT5, 5-HT6 és 5-HT7 kategóriákba sorolták. Az 5-HT3 receptortól eltérően, amely ionotróp (Mattson és mtsai., 2004), a többi receptor különböző G-fehérjékhez kapcsolódik (Albert és Tiberi, 2001). Az 5-HT receptorok sokfélesége miatt nehéz volt pontosan meghatározni az agy fejlődésében betöltött szerepüket, akár önállóan, akár más receptorokkal kombinálva. Mindazonáltal immunhisztokémiai vizsgálatok azt mutatják, hogy ezek a receptorok már az embrionális fejlődés korai szakaszában kifejeződnek, és posztnatálisan dinamikusan szabályozódnak, ami kulcsfontosságú szerepre utal az agyfejlődés során (Gaspar és mtsai., 2003). Jelen cikkben részletesen áttekintjük az 5-HT1A receptor (5-HT1AR) által közvetített neuronokban, főként a hippokampusz agyterületén zajló jelátvitelről szóló meglévő irodalmat. Fontos kiemelni, hogy az 5-HT1AR-ral kapcsolatos jelátviteli útvonalak nagy része nem neuronális sejteken végzett vizsgálatokból származik, ami rávilágít ennek az áttekintésnek a fontos hozzájárulására az idegtudományok területén.

5-HT1AR eloszlás a hippokampuszban a fejlődés és a felnőttkor során

Az 5-HT1AR transzkriptuma a rágcsálók magzati agyában az E12-es stádiumban észlelhető, E15-ben éri el a maximális szintet, majd a születés előtt fokozatosan alacsony szintre csökken az expressziója (E20; Hillion et al., 1993). Az 5-HT1AR expressziója egybeesik a fiatal neuronok megfelelő neuronrétegbe történő migrációjával az embrionális fejlődés során (Patel és Zhou, 2005). A hippokampuszban a neuronok E16 körül kezdik expresszálni az 5-HT1AR-t; mindössze 1-2 nappal a mitózis megvalósulása után és a lamináris rétegbe való vándorlás előtt (Patel és Zhou, 2005). A fejlődő hippokampuszban E18-ban ez a receptor a stratum radiatumban és a stratum oriensben elhelyezkedő interneuronokban detektálható (Patel és Zhou, 2005). Továbbá az 5-HT1AR a fiatal neuronok szómájában és a kialakulóban lévő neuritokban is kimutatható, amelyek éppen csak elérték a stratum pyramidale-t (Patel és Zhou, 2005). Nemrégiben 5-HT1AR mRNS-t és fehérjét detektáltunk 2 és 3 napos in vitro (DIV) állapotban E18 magzatokból nyert hippokampusz primer kultúrákban (Rojas és mtsai., 2014). Ezenkívül a posztnatális fejlődés során az 5-HT1AR átrendeződik a szómából a bazális és apikális dendritekbe; ez a jelenség a hippokampusz piramidális és szemcsés neuronjaiban egyaránt megfigyelhető (Patel és Zhou, 2005). Érdekes módon az agyi neuronokban az Ypt1p interakciós faktor homológ B-t (Yif1B) olyan vezikuláris membránhoz kötött állványozó fehérjeként azonosították, amely közvetlenül kölcsönhatásba lép a patkány 5-HT1AR C-terminális doménjével, hogy közvetítse e receptor intracelluláris mozgását a dendritek felé (Carrel és mtsai., 2008). Emellett a hippokampuszban korán észlelt 5-HT1AR szomato-dendritikus eloszlása felnőtt állatokban is érvényesül; szintén a dendritikus gerinceknél való elhelyezkedést mutat (Riad és mtsai., 2000). Továbbá, e receptor szomatikus-dendritikus redisztribúciója összefügghet az 5-HT differenciált hatásával; azaz a szomában a receptor aktivációja a sejtnövekedés szabályozásához kapcsolódhat a génexpresszió és a neuronális ingerlékenység szabályozásával; de a dendritekben ez a receptor szabályozhatja a neuronális morfológiát (Patel és Zhou, 2005). Felnőtt állatokban érdekes módon az 5-HT1AR a gyrus dentatus subgranularis rétegében kimutatható, és aktiválása növeli a szemcsesejt-elődsejtek proliferációját ezen a hippokampuszterületen (Gould, 1999).

Az 5-HT1AR aktivációja modulálja a neuronális izgathatóságot és a neurotranszmitterekre való válaszkészséget

A neuronokban és az agyszövetekben egyaránt kevés, az 5-HT receptorok aktivitásához kapcsolódó jelátviteli kaszkádot írtak le. A szerotonerg rostok diffúzan terjednek az agyban, és gyakran nincsenek közvetlen szinaptikus kapcsolataik; az 5-HT felszabadulása azonban fontos szerepet játszhat a neuronális kommunikáció finomhangolásában a hippokampuszban (Vizi és Kiss, 1998). Az 5-HT1AR aktivitása a neuronális tüzelés megváltoztatásával moduláló hatást tesz lehetővé. Elektrofiziológiai vizsgálatok kimutatták, hogy az 5-HT1AR stimulálása a raphe magok szerotonerg neuronjaiban (autoreceptor) a sejtek hiperpolarizációját és az 5-HT felszabadulásának csökkenését idézi elő (Polter és Li, 2010). Továbbá az 5-HT1AR aktiválása hiperpolarizáló hatást fejt ki a hippokampusz neuronjaiban (Dong és mtsai., 1997; Salgado-Commissariat és Alkadhi, 1997; Tokarski és mtsai., 2002; Tada és mtsai., 2004). Mindazonáltal a ventrális hippokampuszban az 5-HT1AR aktivitás a hiperpolarizáció által kiváltott GABAerg interneuron-aktivitás gátlásán keresztül közvetett gerjesztő választ hoz létre (Schmitz és mtsai., 1995b).

Másrészt a CA3 és CA1 piramissejtek közötti glutamátreceptor-közvetített transzmissziót az 5-HT1AR aktivitás nyomhatja le (Costa és mtsai., 2012). Az 5-HT1AR által közvetített sejtpolaritás-változás a Gαi/o aktiválásával és az azt követő βγ-komplex felszabadulásával történik, ami a befelé egyenirányító káliumcsatornák (GIRK; 1. ábra) kapuzását váltja ki. Érdekes módon, ellentétben az 5-HT1A autoreceptorok deszenzitizációjával (Riad és mtsai., 2001), a GIRK-hoz kapcsolt 5-HT1AR-ok tartós aktivációja a hippokampuszban nem segíti elő az internalizációt (Dong és mtsai., 1998). Ezen bizonyítékok alapján úgy tűnik, hogy az 5-HT1AR-ok deszenzitizációja attól a sejttípustól függ, amelyben a receptorok kifejeződnek. Továbbá leírták, hogy az 5-HT1AR csökkentheti a gerjesztő transzmissziót a patkány CA1 hippokampusz területén egy feltételezett preszinaptikus mechanizmus révén, amely csökkenti a Ca2+ belépést és a glutamát felszabadulást (Schmitz és mtsai., 1995a).

A 5-HT1A receptor aktivációja ellentétes hatásokat közvetít az adenilát-cikláz aktivitásra nem neuronális és neuronális sejtekben

A humán 5-HT1AR transzfekciós technikák alkalmazása különböző sejtvonalakban további betekintést tett lehetővé e receptor és specifikus G-protein transzduktorok, valamint a kapcsolódó jelátviteli útvonalak társulásáról. A HEK293 sejtvonalban az 5-HT1AR aktiválása aktiválja a Gαi/o-t, ami az adenil-cikláz (AC) I. típusú gátlásán keresztül a cAMP-szint csökkenéséhez vezet (Albert és mtsai., 1999; 2. ábra). Amikor azonban a HEK293 sejteket az 5-HT1AR-t a II. típusú AC-vel együtt transzfektálták, az agonista (8OH-DPAT) növelte a cAMP-szintet, amely hatást az enzimaktivitást serkentő Gβγ-komplex közvetíti (Albert és mtsai., 1999). Hasonló hatásokat figyeltek meg hipofízis sejtvonalakkal végzett ko-transzfekciós kísérletekben (Liu és mtsai., 1999). Érdekes módon a II-es típusú AC és a Gαi2, de nem a Gαi1, Gαi3 vagy Gαo együttes transzfekciója a bazális cAMP szint agonista-független növekedését eredményezte, ami arra utal, hogy a Gαi2 izoforma elősegíti a receptor konstitutív aktivációját (Albert et al., 1999). Ezzel szemben mind a Gαi2, mind a Gαi3 jelenléte csökkent cAMP-szintet eredményez, ami arra utal, hogy a Gαi3 hatása dominál a Gαi2 hatásával szemben (Liu és mtsai., 1999; 2. ábra).

In vivo mikrodialízis kísérletek azt mutatták, hogy a 8OH-DPAT, egy olyan agonista szisztémás beadása, amely az 5-HT1AR-hoz képest nagy affinitást mutat (0,65 nM) az 5-HT7R-hez képest (35 nM; Sprouse et al, 2004), növeli a cAMP kiáramlását a ventrális hippokampuszban (Cadogan és mtsai., 1994). Ennek az in vivo vizsgálatnak az értelmezése rendkívül összetett, mivel a 8OH-DPAT szisztémás beadása magában foglalhatja a raphe mag szerotonerg neuronjaiban található 5-HT1AR részvételét (autoreceptorok), ami csökkentheti az 5-HT felszabadulását a célterületeken. Így az 5-HT1AR aktivitás csökkenése több struktúrában, beleértve a hippokampuszt is, az AC I típusú AC-hez való csökkent αi-kapcsolódáshoz társulhat, ami a cAMP effuxus következetes fokozódásával jár (1. ábra). Másrészt valószínű, hogy a 8OH-DPAT nemcsak az 5-HT1AR-t, hanem az AC-t aktiváló 5-HT7R-t is érinti (Ruat és mtsai., 1993). Mindazonáltal Cadogan és munkatársai (1994) tanulmánya azt is kimutatta, hogy a 8OH-DPAT által indukált cAMP-kiáramlást blokkolja a WAY-100135 antagonistával való előkezelés, amely nagy szelektivitással rendelkezik az 5-HT1AR-ra (IC50 = 15 nM) az 5-HT1B, 1C, α1 és α2 adrenoceptorokkal és a D2 receptorokkal szemben (IC50 > 1000 nM; Fletcher és munkatársai, 1993). Másrészt az 5-HT1AR aktivitásának néhány közvetlen meghatározását végezték emlős tengerimalac és patkány hippokampusz membránokban. Ezek a vizsgálatok kimutatták, hogy az 5-HT és a 8OH-DPAT serkenti a cAMP termelését, bár az utóbbi vegyület csökkent hatékonyságot mutatott, ami más receptorok, például az 5HT7R hozzájárulására utal (De Vivo és Maayani, 1986). Ezzel szemben ugyanez a vizsgálat kimutatta, hogy a 8OH-DPAT csökkenti a Forskolin által stimulált cAMP-termelést egy olyan receptoron keresztül, amelynek farmakológiai jellemzői az 5-HT1AR-ra utalnak (De Vivo és Maayani, 1986). Továbbá, a tenyésztett hippokampusz neuronok 8OH-DPAT-nak való hosszan tartó expozíciója nem befolyásolta jelentősen a cAMP-termelés 5-HT1AR által kiváltott gátlását, ami arra utal, hogy ez a receptor ebben a modellben nem deszenzitizálódik (Varrault et al, 1991).

A tárgyalt bizonyítékok szerint az 5-HT1AR-hoz kapcsolódó jelátviteli útvonalat valószínűleg a sejtekben létező pontos Gα izoforma határozza meg, még akkor is, ha más G-fehérje transzduktorok jelenléte a jelátvitelt más létező útvonalakra irányíthatja át. Továbbá, figyelembe véve, hogy a hippokampusz neuronok szomájában és dendritjeiben nagymértékben expresszálódik a II-es típusú AC (Baker et al, 1999), elképzelhető, hogy a hippokampusz korlátozott területein az 5-HT1AR a Gβγ komplexen keresztül aktiválja az AC II típust (1. ábra), hasonlóan a transzfektált HEK sejthez (2. ábra).

5-HT1AR és MAPK aktiváció bonyolult utakon keresztül történik nem neuronális sejtmodellekben

A humán 5-HT1AR-ral transzfektált kínai hörcsög petefészek (CHO) sejteken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy az 5-HT-vel és az 5-HT1AR agonistával, 8OH-DPAT-tal történő stimuláció elősegíti az ERK foszforilációját (Cowen et al, 1996; Hsiung és mtsai., 2005). Kimutatták, hogy ezt a választ pertussis toxin blokkolja, és így megerősítette a Gαi és Gαo részvételét (Cowen és mtsai., 1996; Garnovskaya és mtsai., 1996; Hsiung és mtsai., 2005). Az 5-HT1A-mediált MAPK aktivációt CHO sejtekben specifikus 5-HT1AR antagonisták (Cowen et al., 1996; Errico et al., 2001) vagy a GRK, β-arrestin és dynamin; az agonista által indukált receptor endocitózisban résztvevő fehérjék domináns negatív mutánsai (Della Rocca et al., 1999) blokkolják. Továbbá CHO-1A-27-ben az 5-HT által indukált foszfo-ERK1/2 szint növekedését intracelluláris kalcium kelátor (BAPTA) és fenotiazin, a kalmodulin (CaM) inhibitorának hozzáadása megakadályozza, ami a Ca2+/CaM részvételét mutatja (Della Rocca és mtsai., 1999; 2. ábra). Továbbá az ERK1/2 aktiváció érzékeny a Src típusú kinázok gátlására (Garnovskaya és mtsai., 1998). CHO sejtekben az 5-HT1AR által közvetített ERK aktivációban a βγ alegység mint transzducer vesz részt (Garnovskaya és mtsai., 1996). Az 5-HT1AR aktivitás által indukált βγ alegységek felszabadulása egy multimolekuláris komplex kialakulását váltja ki, beleértve a Grb2-t, p46Shc-t, p52Shc-t, amely szükséges a Son-of-sevenless (SOS) cserefaktor aktiválásához, amely viszont aktiválja a Ras/Raf/MEK útvonalat (Garnovskaya és mtsai., 1996; 2. ábra). Hasonlóképpen, a CaM gátlása csökkenti mind a Src tirozinkináz, mind a kis GTP-áz Ras aktivitását, de nem csökkenti a Raf-kináz és a mitogén-aktivált protein kináz (MEK; Della Rocca és mtsai., 1999) aktivitását. Ezek a bizonyítékok arra utalnak, hogy a Ca2+/CaM komplex a Ras aktiváció után, de a Raf és a MEK aktiváció előtt szükséges (Della Rocca és mtsai., 1999; 2. ábra). Megállapították, hogy az 5-HT1AR harmadik hurokja két kötőhelyet tartalmaz a CaM számára (Turner és mtsai., 2004); kölcsönhatás, amely HEK293 sejtekben közvetíti az 5-HT1AR CaM-indukált klatrin-mediált endocitózisát, ami a MEK és ERK aktiválásának egyik lépése (Della Rocca és mtsai., 1999; 2. ábra). Így a mechanizmus, amellyel az 5-HT1AR a Gβγ-n keresztül aktiválja a RAS-MAPK útvonalat, még mindig bizonytalan; úgy tűnik, hogy magában foglalja a GRK toborzását a receptor foszforilálásához, és mind a β-arrestin-mediált internalizációt, mind a Src-szerű kinázok aktiválódását a receptor internalizálásakor.

CHO sejtekben az ERK 5-HT1AR-indukált aktiválása a foszfatidil-kolin-specifikus foszfolipáz C (PC-PLC) és a foszfoinozit-3-kináz (PI3K; Cowen et al, 1996; Garnovskaya et al., 1996, 1998; Hsiung et al., 2005). Ugyanezen a sejttípuson vizsgálatok azt mutatták, hogy az 5-HT1AR agonisták megakadályozzák a kaszpáz-3 szérumhiány által indukált aktiválódását, amely jelenség a PI3K-PKB (Akt) és ERK útvonalak aktiválódásával jár együtt (Hsiung és mtsai., 2005; 2. ábra). Továbbá ugyanez a vizsgálat kimutatta, hogy a PI3K-Akt aktivitás elősegíti az IKBα, a nukleáris faktor κB (NF-κB) transzkripciós aktivitását gátló fehérje degradációját a citoszolban való megtartásával, az ezt követő NF-κB transzlokációval a sejtmagba (Hsiung és mtsai., 2005; 2. ábra).

5-HT1AR és MAPK bevonás neuronális sejtekben: Possible Implication in Neuronal Morphology

Az 5-HT1AR-t túlreprezentáló HN2-5 immortalizált hippokampusz sejtvonalon végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a 8OH-DPAT-tal történő stimuláció lassan növeli az ERK foszforilációját, egy olyan mechanizmuson keresztül, amely Gαi/o fehérje és PI3K aktivációt foglal magában (Adayev és mtsai., 1999; 1. ábra). Emellett HN2-5 sejtekben az 5-HT1AR aktiválja a PLCβ-t és növeli a Ca2+ szintet, ami PKCα és ERK aktivációhoz, valamint a kaszpáz-3 aktiváció és az apoptózis gátlásához vezet (Adayev et al, 1999, 2003; 1. ábra).

Az ERK1/2 és a PI3K/PKB jelátviteli útvonalak aktivációja nemcsak a neuronális differenciálódást és túlélést szabályozza, hanem a citoszkeleton átrendeződésének modulálásával a neuritok kinövését és elágazását is szabályozza (Kim et al., 2004; Jaworski et al., 2005; Kumar et al., 2005). Egyes tanulmányok kimutatták, hogy az 5-HT-hiány a korai posztnatális időszakban (P3) a hippokampusz szemcsés neuronjainak dendrithosszának és gerinc-sűrűségének csökkenését okozza, és ezeket a hatásokat megakadályozza egy 5-HT1AR agonista adása (Yan és mtsai., 1997). Ezekkel az eredményekkel összhangban a hippokampusz 5-HT1AR stimulálása egerek hippokampuszának organotípusos kultúráiban a posztnatális időszakban (P15) – ami egybeesik a szinaptogenezis csúcspontjával – növeli a dendritikus gerincek sűrűségét és a szinapszisképződést az ERK1/2 és a PKC szekvenciális aktiválásán keresztül (Mogha és mtsai., 2012); a pontos mechanizmus azonban nem jellemezhető. In vitro vizsgálatok azt mutatták, hogy az 5-HT1AR aktiválása mind a neuritok számának, mind a neuritok hosszának növekedését indukálja egér neuroblastomában (Fricker és mtsai., 2005). A közelmúltban publikált tanulmányunk patkány hippokampusz primer kultúrákkal azt mutatta, hogy az 5-HT1AR 2 DIV-on történő stimulálása elősegíti a másodlagos neuritok növekedését (Rojas és mtsai., 2014). Az 5-HT1AR által közvetített neurit kinövés szabályozásának hátterében álló molekuláris mechanizmusok még tisztázásra várnak.

Az 5-HT1AR in vivo farmakológiai blokkolása WAY-100635-tel a posztnatális fejlődés 3-5 hete alatt jelentősen növeli az apikális dendritikus fa elágazási pontjait CA1 neuronokban (Ferreira és mtsai., 2010). Továbbá, az egér hippokampusz primer kultúrájában (5 DIV) az 5-HT-vel történő stimuláció leírása szerint elősegíti a filamentózus aktin depolimerizációját a kúpok növekedésében, amely hatást WT egereknél megfigyelték, de az 5-HT1AR KO egereknél nem (Ferreira és mtsai., 2010). Ezért azt feltételezték, hogy az 5-HT1AR szabályozza az aktin dinamikáját és korlátozza a dendritikus növekedést, és így modulálja a neuronális konnektivitást a fejlődés egy bizonyos időszakában (Ferreira és mtsai., 2010). A bizonyítékokat összességében figyelembe véve az 5HT1AR elősegíti a szinapszisok kialakulását, de korlátozza a dendritek arborizációját.

Az 5-HT1AR aktiválása nem neuronális és neuronális sejtekben és kapcsolata a PI3K-AKT-GSK-3β útvonallal

A 8OH-DPAT szisztémás beadása egerekben növeli az Akt Thr308 és kisebb mértékben a Ser473 foszforilációját a hippokampuszban (Polter et al, 2012). Ezek a változások a GSK-3β inaktiváló foszforilációjának (9Ser; Leemhuis és mtsai., 2004; Polter és Li, 2011) növekedésével korreláltak, mely hatásokat a specifikus 5-HT1AR antagonista, a WAY-100635 csillapítja. Az in vivo vizsgálatok értelmezése bonyolult, mivel a szisztémás beadás egyaránt érintheti a raphe magban lévő szerotonerg neuronokon elhelyezkedő autoreceptorok vagy a hippokampusztól eltérő más struktúrákban lévő heteroreceptorok aktiválását. Ezért lehetséges, hogy a GSK-3β foszforilációjában bekövetkező változások a különböző agyterületeken elhelyezkedő 5-HT-receptorok közvetett hatásainak hozzájárulásának termékei. Érdekes módon a GSK-3β aktivitása számos mikrotubulus-asszociált fehérje (MAP) aktivitását szabályozza, és a fejlődés során irányíthatja az axonok növekedését és irányítását, amely folyamat a mikrotubulusok dinamikáját igényli (Garrido és mtsai., 2007). Az 5-HT1AR aktivációja és az Akt és a GSK-3β foszforilációja közötti ok-okozati összefüggést tenyésztett neuronokban nem sikerült teljes mértékben dokumentálni. Az 5-7 DIV hippokampusz neuronokban az 5CT, a 8OH-DPAT és az 5-HT növeli az Akt foszforilációját Ser473-nál (Cowen és mtsai., 2005). Emellett egy érettebb hippokampuszkultúrában (17 DIV) az 5-HT vagy 8OH-DPAT stimuláció növeli az Akt foszforilációját Ser473-nál, és emelkedik a foszfo-GSK3β (Chen és mtsai., 2007). Érdekes módon az 5-HT1AR a hippokampusz neuronok axonjaiban 17 DIV-nál a mitokondriumok mozgásának elősegítéséről számoltak be, és ezt a hatást az Akt által elősegített GSK-3β gátlása közvetíti (Chen et al., 2007; 1. ábra).

Noha a korábbi bizonyítékok összefüggést mutatnak az 5-HT1AR aktivációja és az Akt foszforiláció között, még mindig nem világos, hogy ez a CHO sejtekben leírtakhoz hasonlóan a PI3K aktivitásától függ-e (Hsiung és mtsai., 2005; 2. ábra). A hippokampuszszövetben azonban az 5-HT1AR a Gαi/0-n keresztül transzdukál, ezért valószínű, hogy a βγ komplex nemcsak a GIRK-on keresztül szabályozza a neuronális aktivitást, hanem a PI3K-t is aktiválja, serkentve az Akt foszforilációját, ahogy azt nem neuronális sejtvonalakban kimutatták. Fontos lesz meghatározni – neuronális kultúrákban – a PI3K és az Akt aktiváció, valamint a downstream effektorok közötti ok-okozati összefüggést a neuronokban való sajátos 5-HT1AR eloszlásnak megfelelően. Továbbá patkánykérgi primer kultúrákban arról számoltak be, hogy az 5-HT1AR aktiválása elősegíti a mikrotubulusok destabilizálódását, csökkentve az NMDA receptor NR2B alegységeit tartalmazó vezikulák dendritekbe történő transzportját, és ezáltal csökkentve a csatornák vezetőképességét (Yuen és mtsai., 2005). Ezek a bizonyítékok arra utalnak, hogy az 5-HT1AR képes szabályozni a mikrotubulusok reorganizációját és mind az organellák, mind a receptorok mozgását.

5-HT1AR komplexet képez GPCR-ekkel: A jelátvitelének modulációs mechanizmusa

Sok jelentésben leírták, hogy a rekombináns sejtrendszerekben expresszált GPCR-ek széles választéka homodimereket és heterodimereket képezhet. Egyes bizonyítékok arra utalnak, hogy a GPCR dimer/oligomer fajok több szempontból is különbözhetnek a nem asszociált receptoroktól, beleértve a ligandkötési affinitást és a farmakológiai profilt, a G-fehérje csatolást, a receptorkereskedelmet és a deszenzitizációt (Milligan, 2007). Leírták, hogy az 5-HT1AR konstitutívan homodimereket képez transzfektált HEK 293 sejtekben; az agonista azonban kedvez a monomerek kölcsönhatásának, míg az antagonista jelenléte csökkenti a dimerképződést (Łukasiewicz és mtsai., 2007). Érdekes módon az 5HT1AR több GPCR-rel is képezhet heterodimert, új receptorfajokat hozva létre, amelyek az egyedi receptorokhoz képest eltérő viselkedést mutathatnak. Például az 5-HT1AR vagy a mu-opioid receptorokat expresszáló sejtek specifikus agonistákkal történő stimulálása mindkét esetben a MAPK, kaszkád aktiválódását váltja ki, amely 30 perc stimuláció után deszenzibilizálódik. Mindazonáltal, ha mindkét receptor együttesen expresszálódik, az 5-HT1AR/μ-opioid heterodimer egyik receptorának aktiválása gátolja a másik receptor MAPK-aktivációját (Cussac és mtsai., 2012). Másrészt a neuroblastoma N1E-115 sejteken végzett biokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy az 5-HT1AR dimereket és homo-oligomereket képez, a plazmamembránon a dimerek az uralkodó faj (Kobe et al., 2008; Woehler et al., 2009). Továbbá, az 5-HT1AR dimer disszociációjának vagy magas rendű homo-oligomerekbe való asszociációjának kinetikáját nem befolyásolja a ligandumkötés (Kobe és mtsai., 2008). Például az 5-HT1AR-5-HT7R heterodimerek specifikus kialakulását koimmunoprecipitációs és Forster rezonancia energia transzfer (FRET) megközelítésekkel igazolták transzfektált N1E-115 sejtekben, jelölt receptorokkal (Renner és mtsai., 2012). Továbbá ez a vizsgálat azt is jelezte, hogy amikor mindkét receptor hasonló szinten expresszálódik, az 5-HT1AR-5-HT7R fajok kialakulása előnyben részesül az 5-HT1AR-5-HT1AR homodimerrel szemben (Renner és mtsai., 2012). Xenopus oocitákban rekombináns fehérje expresszióval végzett funkcionális elemzések kimutatták, hogy az 5HT1AR és az 5HT7R együttes expressziója csökkenti a Gαi és a GIRK csatorna aktivációjának 5-HT1AR által közvetített aktivációját, anélkül, hogy befolyásolná a Gs 5-HT7R által közvetített aktivációját (Renner és mtsai., 2012). Ez a tanulmány azt is kimutatta, hogy mindkét receptor endogén módon expresszálódik a tenyésztett hippokampusz neuronokban, és hogy az 5-HT7R siRNS-sel történő knock down-ját követően a GIRK aktivitás 5-HT1AR agonista hatására csökken (Renner et al., 2012). Ez a bizonyíték, valamint a két receptor agyi lizátumokban történő koimmunoprecipitációja (Renner et al., 2012) arra utal, hogy az 5-HT1AR jelátvitel negatív szabályozását az 5-HT7R jelenléte vezérli. Továbbá az a megállapítás, hogy a fejlődés során az 5HT1AR expressziója és eloszlása változik (azaz szomato-dendritikus eltolódás; Patel és Zhou, 2005), és hogy az 5-HT7R csökkenti az expresszióját (Kobe et al., 2012), ésszerű azt gondolni, hogy in vivo változik a heterodimer receptorok aránya, ami hatással lehet az 5-HT1AR által közvetített 5HT jelátvitelre.

Záró megjegyzések

Összefoglalva, számos tanulmány kimutatta az 5-HT1AR kapcsolódását számos jelátviteli útvonallal heterológ rendszerekben, és ezek közül csak néhányat vizsgáltak neuronális rendszerekben, ahol elsősorban a neuronális fejlődéssel, a neuronális ingerlékenységgel és túléléssel kapcsolatosak. Továbbá valószínű, hogy a szomatikus receptorok részt vesznek a neuronális túlélés fenntartásában, a génexpresszió és a neuronális ingerlékenység szabályozásában. Ezzel szemben a dendritekben elhelyezkedő receptorok szorosabban kapcsolódnának a dendritikus kinövéshez és elágazáshoz. További vizsgálatokra van szükség az 5-HT1AR-ral összekapcsolt agyi régió- és neuron-specifikus jelátviteli mechanizmusok és a más receptorokkal való heterodimerizáció általi modulációjuk tisztázásához, olyan hatásokhoz, amelyek kulcsfontosságú szerepet játszhatnak az 5-HT hatásaiban a fejlődés során és egyes hangulatzavarokban is.

A szerzők hozzájárulása

PSR és JLF írta és szerkesztette a kéziratot.

Erdekütközésre vonatkozó nyilatkozat

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségként értelmezhetők.

Köszönet

Ezt a munkát a Fondo Central de Investigación, Universidad de Chile ; a CONICYT PhD ösztöndíja támogatta. A szerzők köszönetet mondanak Dr. Ana María Avalosnak a cikk lektorálásáért.