Az izomösszehúzódást az izomsejtek membránjában lévő receptorok irányítják, amelyek a motoros neuronokból felszabaduló acetilkolin neurotranszmitterre reagálnak. Az acetilkolinreceptorok az idegsejteken is megtalálhatók, ahol számos fontos funkciót látnak el, többek között a megismerés és a függőség modulálását. A PLoS Biology című folyóiratban megjelent új tanulmányában Yishi Jin és munkatársai azonosítottak és jellemeztek egy neuronális acetilkolin-receptort a Caenorhabditis elegansban, amely lehetővé teszi az apró féreg számára a vonaglást. A receptor szabályozza az izmok gerjesztése és gátlása közötti egyensúlyt, és így hozzájárul a test ellentétes oldalán lévő izmok koordinált összehúzódásához és ellazulásához, ami a helyváltoztatást eredményezi.
Az acetilkolinreceptor öt alegységből áll, és számos alegységtípus létezik (a C. elegansban 29), amelyekből egy receptor összeállítható. A receptor alegység-összetétele, és különösen a transzmembrán pórusa, amelyet minden alegységből egy-egy transzmembrán domén bélel ki, meghatározza, hogyan reagál az acetilkolinra, és milyen hatással van ez a válasz a sejtre. A lehetséges alegység-kombinációk száma miatt nagyon nehéz azonosítani egy acetilkolinreceptor sejtspecifikus összetételét.
Ebben a tanulmányban a szerzők a C. elegans egy olyan mutáns törzsének azonosításával kezdték, amelyben az izmokat túlstimulálták, ami miatt a férgek “összezsugorodtak”, mivel minden izmuk összehúzódott, amikor megérintették őket. A mutáció molekuláris jellemzése kimutatta, hogy az ACR-2 nevű acetilkolinreceptor-alegység aktiváló mutációjából állt. Konkrétan a mutáció a pórusképző transzmembrán doménben található, egy olyan pozícióban, amely feltételezhetően befolyásolja a csatorna ionszelektivitását.
Amikor a szerzők olyan riportergéneket használtak, amelyekben a fluoreszcens fehérjéket az acr-2 promóterrel irányították, felfedezték, hogy az ACR-2 alegység a féreg hasúszójában lévő kolinerg motoros neuronokban fejeződik ki. A vad típusú acr-2 vagy a gén egy részét tartalmazó “minigén” kifejezése a mutáns férgekben visszafordította a “zsugorodási” hibát, ami megerősítette, hogy a hiba az acr-2 mutációjából ered. Azok a férgek, amelyekben az acr-2 funkcióvesztéses vagy nullmutációt tartalmazott, nem mutatták az izmok hiperkontrakcióját, hanem inkább lassan mozogtak, és az elektrofiziológiai elemzés azt mutatta, hogy ezekben az állatokban csökkent az acetilkolin felszabadulása a motoros neuronokból.
Az acr-2 aktiváló mutációjával rendelkező férgekben az acetilkolin felszabadulása a motoros neuronokból megnőtt. Emellett csökkent a gátló GABA-t felszabadító motoros neuronok neurotranszmissziója. Az ACR-2 azonban nem található meg a GABAerg neuronokban, így a GABA neurotranszmissziónak ez a csökkenése valószínűleg a mutációnak a kolinerg neuronokra gyakorolt hatásának közvetett következménye.
A szerzők annak kiderítésére, hogy az ACR-2-vel együtt mely más alegységek alkotnak funkcionális receptort a kolinerg motoros neuronokon, olyan mutációkat kerestek más génekben, amelyek elnyomják az aktiváló acr-2 mutáció hatását. Több ilyen mutációt találtak, és a legtöbb ilyen mutáció három másik acetilkolinreceptor-alegység génjéhez – az acr-12, az unc-38 és az unc-63 génhez – kapcsolódott. Más szuppresszor mutációk olyan génekre térképeződtek, amelyek az acetilkolinreceptor sejtfelszínre szállításához szükségesek.
Az acetilkolinreceptor alegység-összetételének megerősítésére a szerzők Xenopus oocitákban rekonstruálták a receptort, és felfedezték, hogy az ACR-2, ACR-12, UNC-38 és UNC-63 alegységeken kívül a funkcionális receptorhoz az ACR-3 is szükséges. Az acr-3 gén nagyon közel van az acr-2 génhez, így a két alegység valószínűleg együttesen fejeződik ki.
Ezek az eredmények összességében azt mutatják, hogy az ACR-2 neuronális acetilkolin-receptor irányítja a C. elegans izmaiban az izmok gerjesztése és gátlása közötti kölcsönhatást. Azt is bizonyítják, hogy a receptor alegység pórusképző doménjének gain-of-function mutációja befolyásolhatja a receptorcsatorna farmakológiai funkcióját úgy, hogy a receptort hordozó neuronból történő transzmitter-felszabadulás fokozódik. Végül a szerzők bemutatják, hogy a szuppresszormutációk elemzése hogyan használható fel egy heteromer receptor alegység-összetételének meghatározásával kapcsolatos kihívás kezelésére.
Az ACR-2 izmok gerjesztésének és gátlásának modulálásának további vizsgálata betekintést nyújthat abba, hogy ez az egyensúly más neuronális kontextusokban hogyan tartható fenn, és hogyan zavarható meg, például az epilepszia egyes formáiban. Különösen érdekes lesz annak vizsgálata, hogy egy kolinerg neuron receptorának aktiváló mutációja hogyan befolyásolhatja a mutáns csatornát nem hordozó GABAerg neuronok aktivitását.
Jospin M, Qi YB, Stawicki TM, Boulin T, Schuske KR, et al. (2009) A Neuronal Acetylcholine Receptor Regulates the Balance of Muscle Excitation and Inhibition in C. elegans. doi:10.1371/journal.pbio.1000265.