Svalová kontrakce je řízena receptory v membránách svalových buněk, které reagují na neurotransmiter acetylcholin při jeho uvolňování z motorických neuronů. Acetylcholinové receptory se nacházejí také na neuronech, kde plní řadu důležitých funkcí, včetně modulace poznávání a závislosti. V nové studii v časopise PLoS Biology Yishi Jin a jeho kolegové identifikovali a charakterizovali neuronální acetylcholinový receptor u Caenorhabditis elegans, který tomuto drobnému červovi umožňuje kroutit se. Receptor reguluje rovnováhu mezi excitací a inhibicí ve svalech, a přispívá tak ke koordinované kontrakci a relaxaci svalů na opačných stranách těla, která vede k lokomoci.
Acetylcholinový receptor se skládá z pěti podjednotek a existuje mnoho typů podjednotek (u C. elegans 29), z nichž lze receptor sestavit. Složení podjednotky receptoru, a zejména jeho transmembránového póru, který je vystlán jednou transmembránovou doménou z každé podjednotky, určuje, jak reaguje na acetylcholin a jaké účinky má tato reakce na buňku. Vzhledem k množství možných kombinací podjednotek je velmi obtížné určit buněčně specifické složení acetylcholinového receptoru.
V této studii autoři začali identifikací mutantního kmene C. elegans, u něhož byly svaly nadměrně stimulovány, což způsobilo, že se červi „smrskli“, protože se všechny jejich svaly při dotyku stáhly. Molekulární charakterizace mutace odhalila, že se jedná o aktivační mutaci v podjednotce acetylcholinového receptoru zvané ACR-2. Konkrétně se mutace nachází v transmembránové doméně tvořící póry, v pozici, o které se předpokládá, že ovlivňuje iontovou selektivitu kanálu.
Když autoři použili reportérové geny, v nichž byly fluorescenční proteiny řízeny promotorem acr-2, zjistili, že podjednotka ACR-2 je exprimována v cholinergních motorických neuronech v břišní míše červa. Exprese divokého typu acr-2 nebo „minigenu“ obsahujícího část genu u mutantních červů zvrátila defekt „smršťování“, což potvrdilo, že defekt je důsledkem mutace acr-2. Červi, u nichž acr-2 obsahoval ztrátovou nebo nulovou mutaci, nevykazovali hyperkontrakci svalů, ale spíše se pohybovali pomalu a elektrofyziologická analýza ukázala, že u těchto zvířat bylo sníženo uvolňování acetylcholinu z motorických neuronů.
U červů s aktivační mutací acr-2 bylo uvolňování acetylcholinu z motorických neuronů zvýšeno. Kromě toho byla snížena neurotransmise z inhibičních motorických neuronů uvolňujících GABA. ACR-2 se však nenachází v GABAergních neuronech, takže toto snížení GABA neurotransmise je pravděpodobně nepřímým důsledkem účinků mutace na cholinergní neurony.
Aby autoři zjistili, které další podjednotky se kombinují s ACR-2 a vytvářejí funkční receptor na cholinergních motorických neuronech, hledali mutace v jiných genech, které potlačují účinky aktivační mutace acr-2. V případě, že by se tyto mutace objevily v jiných genech, autoři hledali mutace v jiných genech. Takových mutací bylo nalezeno několik a většina z nich byla mapována na tři další geny pro podjednotky acetylcholinového receptoru – acr-12, unc-38 a unc-63. Další supresorové mutace byly mapovány na geny, které jsou nutné pro transport acetylcholinového receptoru na povrch buňky.
Pro potvrzení složení podjednotek acetylcholinového receptoru autoři rekonstituovali receptor v oocytech Xenopus a zjistili, že kromě podjednotek ACR-2, ACR-12, UNC-38 a UNC-63 vyžaduje funkční receptor také podjednotku ACR-3. Gen acr-3 je velmi blízký genu acr-2, takže obě podjednotky jsou pravděpodobně koexprimovány.
Souhrnně tyto výsledky ukazují, že neuronální acetylcholinový receptor ACR-2 řídí souhru mezi excitací a inhibicí ve svalech u C. elegans. Ukazují také, že mutace se ziskem funkce v doméně tvořící póry podjednotky receptoru může ovlivnit farmakologickou funkci receptorového kanálu tak, že se zvýší uvolňování transmiteru z neuronu nesoucího receptor. Nakonec autoři ukazují, jak lze analýzu supresorových mutací využít k řešení problému definování složení podjednotek heteromerního receptoru.
Další studium toho, jak ACR-2 moduluje excitaci a inhibici svalů, by mohlo poskytnout vhled do toho, jak je tato rovnováha udržována v jiných neuronálních kontextech a jak může být narušena, například u některých forem epilepsie. Zvláště zajímavé bude zkoumat, jak může aktivační mutace v receptoru na cholinergním neuronu ovlivnit aktivitu GABAergních neuronů, které nenesou mutovaný kanál.
Jospin M, Qi YB, Stawicki TM, Boulin T, Schuske KR, et al. (2009) Neuronální acetylcholinový receptor reguluje rovnováhu svalové excitace a inhibice u C. elegans. doi:10.1371/journal.pbio.1000265