1.1 A nukleotidok és nukleozidok lehetséges fiziológiai forrásai
Az ATP és más leírt nukleotidok mind a metabotróp (P2Y), mind az ionotróp (P2X) receptorokat kezelik. A P2X receptorok alegységei (P2X1-P2X7) ligandumkapcsolt kationcsatornákat alkotnak, mint homomultimerek vagy heteromultimerek. A P2X3 alegységek az egyes alegységek mezőinek összekapcsolásával járulnak hozzá az ionáteresztő útvonalhoz. A P2X3R rendelkezik a család legalacsonyabb regisztrált relatív Ca2+-permeabilitással. A P2X7 a kationcsatornákon kívül azzal is társul, hogy nagy citolitikus pórusokat tartalmaz; amelyek makrofágokban és agyi mikrogliasejtekben találhatók. A P2Y-receptorok az altípus és következésképpen a kapcsolt G-fehérje típusa szerint aktiválhatják vagy gátolhatják az adenilát-ciklázt. Adenilát-cikláz és különösen a Ca2+ csatorna gátlásához jelenik meg. A P2Y-receptorok a G-fehérjéhez kapcsolt receptorok alcsoportját alkotják; a legtöbbjük a G-fehérjén keresztül a foszfolipáz C-hez párosul, de előfordul az adenilát-cikláz és az N-típusú Ca2+-csatornák gátlása és a K+-csatornák aktiválása is. A kifejezett P2Y-receptorokat farmakológiailag általában az agonisták rangsora különbözteti meg; egyesek a pirimidineket részesítik előnyben a purinokkal szemben. Több P2Y receptornak nagyon gyakori a szöveti eloszlása . Az ATP és a BzATP molekulaszerkezete az 1. ábrán látható.
1. ábra
Az ATP és a BzATP molekulaszerkezete .
Adeninnukleotidok gátolják az izoproterenol és a forskolin által kiváltott ciklikus AMP felhalmozódást C6-2B patkány glióma sejtekben. Ez a gátlás foszfodiészteráz inhibitor jelenlétében következik be. Az adeninnukleotidok nem okoztak hatást az intakt sejtekben a közvetlen foszfodiészteráz-aktivitás mérése során. A C6-2B glióma sejtek pertussis toxinnal történő előkezelése blokkolta a P2Y-purinerg receptor agonisták gátló hatását. Számos ATP- és ADP-analóg eredményezett rangsorolt hatáserősséget (2-metil-tioadenozin-5′-trifoszfát> vagy = 2-metil-tioadenozin-5′-difoszfát > adenozin-5′-O-(2-tiodifoszfát) > 2-klór-adenozin ADP = adenozin 5′-O-(3-tio- trifoszfát) > ATP > UTP) P2Y-purinerg receptor aktivációtól várható; és a P2X-purinerg receptor agonisták, az alfa, béta-metilén-adenozin 5′-trifoszfát és a béta, gamma-metilén-adenozin 5′-trifoszfát nem volt hatással. A foszfolipáz C aktivitás a P2-purinerg receptor aktiválódására válaszul számos célszövetben előfordul, ezért C6-2B sejtekben megmértük a P2Y receptor agonisták hatását az inozitol-foszfát felhalmozódására. Nem találtunk bizonyítékot a P2Y-purinerg receptor által közvetített inozitol-lipid-metabolizmus szabályozására olyan körülmények között, amikor a muszkarinikus kolinerg receptor vagy az AIF4 aktiválása növelte az inozitol-foszfát felhalmozódását. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a C6-2B patkány glióma sejteken egy eltérő jelátviteli jellemzőkkel rendelkező P2-purinerg receptor altípus van jelen. Bár ez a receptor a foszfolipáz C-hez kötött P2Y-purinerg receptor általános farmakológiai tulajdonságait fejezi ki, egyedi receptor altípust képviselhet, mivel gátolja az adenil-ciklázt.
A purinokról azt gondolták, hogy az intracelluláris kompartmentre korlátozódnak, amelyben az energia feldolgozásához, a nukleinsavszintézishez és számos biokémiai reakcióhoz használják őket. Karl Lohmann 1929-ben izolálta az ATP-t, amely a legfontosabb intracelluláris energia valuta . Az adenozin és az adenozin-trifoszfát azonban (i) a tumor mikrokörnyezetének bőséges biokémiai összetevői, (ii) az immunsejtválaszok és a citokin felszabadulás erős modulátorai, és (iii) a gazdatest-tumor interakció kulcsszereplői. Ezenkívül mindkét nukleotid közvetlenül befolyásolja a tumorsejtek növekedését. Az adenozin erős immunszuppresszáns (főként az A2A receptorokon hat) és sejtnövekedés-modulátor (főként az A3 receptorokon hat). Az ATP proinflammatorikus szer (a P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6 és P2Y12, valamint a P2X4 és P2X7 receptorokban hatékony), immunszuppresszáns (a P2Y11 receptorokban hatékony) és növekedésserkentő (a P2Y1, P2Y2 és P2X7 receptorokban hatékony). Ez a komplex jelátviteli hálózat számos gátló és serkentő választ hoz létre, amelyek befolyásolják az immunsejtek működését, a tumor növekedését és a metasztatikus terjedést.
A számos család által képviselt purinerg receptorok az élő szervezetekben a legnagyobb mennyiségben előforduló receptorok, amelyek valószínűleg már az evolúció korai szakaszában megjelentek. A purinerg jelátvitel a perifériás és központi idegrendszerben gyorsan fejlődő terület. E receptorok vizsgálata lehetővé teszi, hogy új hatásmechanizmusú terápiás stratégiákat dolgozzunk ki ezekre a rendellenességekre, beleértve a purinergikus, patogén állapotokat, beleértve a fájdalmat, traumát, iszkémiát, epilepsziát, migrént, pszichiátriai zavarokat és gyógyszerfüggőséget .
Mikromoláris/nanomoláris koncentrációban az extracelluláris adenozin-trifoszfát (ATP) jelentős funkcionális változásokat idéz elő a legkülönbözőbb normális és transzformált sejttípusokban. Bár az ATP specifikusan felszabadulhat a sérült sejtek citoszoljából, a hagyományos neurotranszmittereket és hormonokat tartalmazó egyes exocitotikus vezikulákban/granulátumokban is csomagolva van. Az ATP-re adott különböző biológiai válaszokat különböző P2-purinerg sejtfelszíni receptorok közvetítik, amelyek az ATP és más nukleotidok megkötésére aktiválódnak. A legújabb fiziológiai, biokémiai és farmakológiai vizsgálatok kimutatták, hogy többféle ATP-receptor altípus létezik. Ezek közé tartoznak a következők: (1) G-fehérjéhez kötött ATP-receptorok, amelyek inozitol-foszfolipid-hidrolízist, Ca2 +-mobilizációt és a protein kináz C aktiválását indukálják; (2) ATP-receptorok, amelyek közvetlenül aktiválják a különböző sejttípusok plazmamembránjaiban a nem szelektív kationcsatornákat, és (3) ATP-receptorok, amelyek képesek citotoxikus vagy aktivációs válaszokat kiváltani a T-limfocitákban és más immunhatású sejtekben az ionok és endogén metabolitok számára áteresztő felszíni membránpórusok gyors indukciójával (900 Da molekulatömegig). E funkcionális kritériumokon túlmenően ezek az alapértelmezett ATP-receptor altípusok farmakológiailag megkülönböztethetők a különböző szerkezetileg módosított ATP-analógokra gyakorolt jellegzetes hatásuk alapján.
Az intracelluláris nukleotidok alapvető és mindenütt jelenlévő szerepet játszanak az energiaanyagcserében, a nukleinsavszintézisben és az enzimszabályozásban. Széles körben elfogadott, hogy az extracelluláris nukleotidok és nukleozidok számos szövetben és sejtben fontos biológiai hatást fejtenek ki . A GLUT-ok (elősegítik a glükóz sejtekbe történő szállítását), az SGLT-ok (elősegítik a glükóz visszaemésztését a keringésbe) és a KATP-ok (ATP-érzékeny káliumcsatornák) metabolikus érzékelők fontos szerepet játszanak a glükóz-homeosztázisban és az anyagcserében a szervezetben és számos speciális szervben (pl, bél, hasnyálmirigy, szív, vázizomzat és agy) .
A KATP metabolikus jeleket kötnek a sejtek ingerlékenységéhez, és számos szövetben fontos szerepet játszanak, beleértve az inzulinszekréció szabályozását, az érrendszeri tónus szabályozását és a neuronok és izmok iszkémiával szembeni védelmét. A KATP-csatornák oktamer komplexek, amelyek négy szulfonilurea-receptorból (SUR.x) és négy befelé egyenirányító káliumcsatornából (Kir6.x) állnak. Ezeket az intracelluláris ATP és ADP szabályozza. Míg az ATP gátolja a csatorna aktivitását, addig az ADP Mg2+ jelenlétében antagonizálja az ATP gátló hatását, és serkenti a csatorna aktivitását. Ezek a kaputulajdonságok elengedhetetlenek ahhoz, hogy ez a csatorna érzékelje a sejtek anyagcsere-változásait. Így a hasnyálmirigy β-sejtjeiben a / arány a vércukorszint növekedésére válaszul megnő, ami a KATP-csatorna záródásához, membrándepolarizációhoz, a feszültségkapcsolt Ca2+-csatornák aktiválódásához és az inzulin felszabadulásához vezet. Amikor azonban a vércukorszint alacsony, a / arány csökken, a KATP csatornák megnyílnak és az inzulinszekréció csökken .
A hasnyálmirigyben a katasztrófacsatornák a következőképpen aktiválódnak; a β-sejtek glükózszintjének növekedése esetén az ATP és ADP intracelluláris aránya is megnő, ami a KATP csatorna záródásához, a sejtek depolarizációjához és az inzulin felszabadulásához vezet .
A P-érzékeny K′(K + ) folyamot feltehetően GTP-kötő fehérjék (G fehérjék) szabályozzák, de a receptort, a G fehérjét és a csatornát összekötő útvonalakat nem azonosították. A tolbutamid-érzékeny K′-áram szabályozásának meghatározása újszülött patkány kamrai szívizomsejtekben. Aktivált ATP-érzékeny K+ (K+ ) csatornák vannak jelen a sejtekben, amikor az intracelluláris ATP-szint csökken. Az intracelluláris ATP-szintek csökkenésekor a sejtben, a vázizomzatban, az agyban és a hasnyálmirigyben intracelluláris ATP-szintek találhatók. A K + -csatornák szívsejtekben való működéséről keveset tudunk, bár a hasnyálmirigy P-sejtek inzulinszekréciójának szabályozásában betöltött fontos szerepük jól ismert. Farmakológiai aktiválás esetén ezek a csatornák nagymértékben csökkentik az akciós potenciál időtartamát, és azt javasolták, hogy felelősek az akciós potenciál lerövidüléséért a metabolikusan veszélyes iszkémiás izmokban. Az ATP-koncentráció azonban a metabolikusan blokkolt kasztban a szint felett marad, ami megakadályozza a csatornák működését a kimetszett membránfoltokban. Ennek az eltérésnek az egyik lehetséges magyarázata az, hogy a csatornák ATP-érzékenysége intracelluláris mechanizmusokkal modulálható .
Az ATP-re reagáló K+-csatornák, az úgynevezett KATP-csatornák kapcsolatot biztosítanak a sejtek anyagcseréje és a membrán elektromos aktivitása között a különböző szövetekben. A csatornák izoformái olyan vegyületek célpontjai, amelyek stimulálják és gátolják aktivitásukat, ami membránhiperpolarizációt, illetve depolarizációt eredményez. Az érrendszeri simaizomzat és az inzulinszekréció serkentő lazítása példák ezekre a fenti helyzetekre . Az adenozin agonisták és az ATP-érzékeny kálium (KATP) csatorna nyitói az infarktus méretének (IS) korlátozásáról számoltak be . Az ATP-érzékeny kálium (KATP) csatornák mind elektrofiziológiailag, mind farmakológiailag jól definiáltak a szívben, a csontvázban és a simaizomzatban, a hasnyálmirigy sejtjeiben, az agyalapi mirigyben, a központi és a perifériás idegrendszerben. Aktivitásukat és ezáltal a különböző sejtfunkciókat a sejtanyagcsere szabályozza. Általában az ATP (csatornazáródást okozó) és az MgADP (csatornaaktiváló) változásainak feltételezhetően kettős anyagcseréje van a csatornaaktivitás szempontjából 6 . Leírták, hogy két mRNS transzkriptum sejtes lokalizációja, amely várhatóan ATP-érzékeny K+ csatornákat hoz létre az egér agyában. Bizonyított, hogy a KATP csatorna a hasnyálmirigy sejtekben egy Kir6.2 és egy SUR1 alegységekből álló komplexből áll. Hasonló tulajdonságokkal rendelkező (I. típusú) KATP-csatornákat írtak le különböző neuronokban, többek között az agykéreg, a nigra basa, a caudate és a hippokampusz .
Majdnem minden tumorsejt és minden immunsejt plazmamembrán-receptorokat expresszál az extracelluláris nukleozidok (adenozin) és nukleotidok (ATP, ADP, UTP, UDP és cukor UDP) számára. A tumor mikrokörnyezetét az ATP és az adenozin szokatlanul magas koncentrációja jellemzi. Az adenozin az immunszuppresszív tumorkörnyezet fontos meghatározója. Az extracelluláris ATP CD39 és CD73 által katalizált sorozatos hidrolízise a tumor interstitiumban az adenozin képződésének fő útvonala. Az extracelluláris ATP és az adenozin penész mind a gazdaszervezet, mind a tumor válasza. Az aktivált specifikus receptortól függően az extracelluláris purinok közvetítik a gazdaszervezet oldali immunszuppressziót vagy immunstimulációt és a tumor oldali növekedési stimulációt vagy citotoxicitást. Az e területen elért legújabb fejlemények kulcsot adnak e komplex forgatókönyv megfejtéséhez, felhasználva a terápia lehetséges előnyeit. Preklinikai adatok azt mutatják, hogy az adenozin-termelő útvonal vagy az adenozinerg receptorok célzott kezelése mérsékli az immunszuppressziót és erősen gátolja a tumor növekedését. Másrészt a kísérleti daganatok növekedését erősen gátolja a P2X7 ATP szelektív rák- és immunsejtek P2X7 receptorának célzása. Az extracelluláris purinok (purinerg jelátvitel) szerepe a gazdatest-tumor kölcsönhatásban játszik szerepet, és kiemeli a legújabb fejlesztésekből származó új kezelési lehetőségeket. Ma már konszenzus van abban, hogy az ATP és az adenin a tumor mikrokörnyezet (TME) fő összetevői, amelyben a TME különböző módon befolyásolja a tumor növekedését, az immunsejtek működését és a tumor-gazda interakciót. Tekintettel arra a széles körben elterjedt megfigyelésre, hogy számos rosszindulatú daganat több P1R vagy P2R altípust túlreprezentál, egy egyszerű megközelítés szerint ezeket a receptorokat szelektív receptorokkal kellene megcélozni a tumorreceptorok növekedésének elnyomása érdekében. Ugyanezen a beavatkozási vonalon az extracelluláris nukleotidok és nukleozidok metabolizmusában részt vevő enzimeket (CD39, CD73 és adenozin-deamináz) tekintjük át. Bár számos egyszerű preklinikai modell hatékonyságát bizonyították, ez az egyszerű megközelítés egyértelműen nagyon tiszta. A P1R-ek, P2R-ek és ATP/adenozinbontó enzimek a gazdaszervezet immunstimuláló és stromális sejtjeivel együtt fejeződnek ki, amelyeknek nagyon fontos funkciójuk van a daganat körüli gazdaszervezet integrált komplexképzésében. A jelölt purinerg receptor gondos kiválasztása az extracelluláris adenozinerg útvonalak modulátoraival kombinálva lehetővé teheti a tumorsejtek növekedésének gátlását és ezzel egyidejűleg a daganatellenes gazdaszervezeti válasz fokozását. Ez a rákellenes szer további erőteljes fegyvert jelent majd a kombinatív kezelésekhez .
A nukleotidok és receptoraik a gazdatest-tumor kölcsönhatás potenciális szereplőiként, például új és fontos gyulladás- és immunmodulátorként jelennek meg. A tumor- és gyulladásos sejtek által expresszált P2 és P1 receptorok nagy számát, amelyek különböző ligandum-affinitást mutatnak a P2 és P1 receptor altípusokhoz, az ektonukleotidokból és az ADA-ból származó helyi tényezők modulálják a nukleotid és az adenozin koncentrációját. Az in vivo adatok alátámasztják az in vitro bizonyítékokat arra vonatkozóan, hogy az intratumorális adenozinkoncentráció csökkentése és a P2X7 receptor célba juttatása erős tumorellenes hatással bír. Ezért a purinerg jelátvitel vizsgálata a rákban ígéretes perspektívákat nyit az innovatív terápiák fejlesztése előtt.
A purinerg jelátvitel eddig a tumorhoz kapcsolódó immunválaszra összpontosított; a nukleotidok és nukleozidok erős közvetlen hatással vannak magukra a tumorsejtekre. A P2Y receptorok (P2Y1 és P2Y2) stimulálása elősegíti a növekedést, ezért a kifejezett P2Y receptor altípusoktól függően az ATP felhalmozódása a tumor mikrokörnyezetében valószínűleg elősegíti a tumor növekedését. A P2Y receptorok mellett a P2X7 is szerepet játszik a tumor növekedésében. Régóta fennálló megfigyelés, hogy a legtöbb rosszindulatú daganat túlexprimálja a P2X7-et. Ismert, hogy ez a receptor erős citotoxikus választ közvetít . Ezért meghatározható, hogy egy tumor miért expresszál túl egy “öngyilkos” receptort. A citotoxicitást azonban leggyakrabban farmakológiai (azaz közel millimoláris) ATP-dózisok váltják ki. Ezzel szemben a P2X7 endogén módon felszabaduló ATP általi aktiválása trofikus, növekedésserkentő hatást fejt ki.
A légúti felszíni folyadékban lévő nukleotidok és nukleozidok szabályozzák a mucociliaris clearance (MCC) tevékenységet, az elsődleges természetes védelmi mechanizmust, amely eltávolítja az idegen részecskéket és kórokozókat a légúti felszínről. Ezeket a hatásokat a légutakban elsősorban két purinerg receptor altípus, a Gq-kapcsolt ATP/UTP-érzékelő P2Y2 receptor és a Gs-konjugált A2b adenozin receptor közvetíti. Az A2b receptor aktiválása a cisztás fibrózis transzmembrán regulátor (CFTR) Cın1 csatornájának ciklikus AMP-függő aktiválását és a ciliáris impulzusfrekvencia stimulálását eredményezi. A P2Y2 receptor agonista aktiválása elősegíti a CFTR-függő és CFTR-független Cl-szekréció, a ciliáris lüktetés és a mucinszekréció, valamint a Na+ -felszívódás gátlását .
A folyamatról szóló jelenség egy biológiai kaszkád részvételéről árulkodik. Ebben az összefüggésben az adenozin agonisták és az ATP-érzékeny K+-csatorna (KATP) nyitók utánozzák az előkondicionáló folyamat egyes védőhatásait. Továbbá, ezeket a hatásokat az adenozin antagonisták és a KATP blokkolók visszafordítják; ez arra utal, hogy az adenozin felszabadulása és a KATP csatornák aktiválása az adenozin Al receptorokon keresztül az ischaemiás agyi prekondicionálás korai lépését jelentheti .
Az adenozin receptor, a protein kináz C (PKC) és az ATP-érzékeny kálium (KATP) csatorna aktiválása ismert az prekondicionálás kiváltására. Az adatok közvetlen bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy nem az adenozinreceptor, hanem a KATP-csatorna a PKC után következő effektor a PKC által közvetített prekondicionálás elindításában. Mind az adenozinreceptor, mind a KATP-csatorna szükséges a tényleges védőhatás elősegítéséhez a folyamatos hipoxia során . A KA-indukált epilepsziás tolerancia vagy a KA-indukált epilepszia és a globális iszkémia közötti kereszttoleranciához kapcsolódó adenozin A1 receptorok és KATP-csatornák védőeseményben való részvételének biológiai szakaszához való csatlakozás lehetőségét értékelik .