Functies van Purinerge Receptoren

1.1 De mogelijke fysiologische bronnen van nucleotiden en nucleosiden

ATP en andere beschreven nucleotiden behandelen zowel metabotrope (P2Y) als ionotrofe (P2X) receptoren. P2X-receptorsubeenheden (P2X1-P2X7) vormen ligand-gated kationkanalen, als homomultimeren of heteromultimeren. P2X3 subeenheden dragen bij tot de ion permeabiliteit door de velden van elke subeenheid te verbinden. P2X3R heeft de laagste geregistreerde relatieve Ca2+ permeabiliteit van de familie. P2X7 wordt, naast kationkanalen, geassocieerd met het bevatten van grote cytolytische poriën; die worden aangetroffen in macrofagen en hersenmicrogliacellen. P2Y-receptoren kunnen adenylaatcyclase activeren of afremmen, afhankelijk van het subtype en dientengevolge het type van het gekoppelde G-eiwit. Adenylaat cyclase en vooral voor de Ca2+ kanaal remming blijkt. P2Y-receptoren vormen als subset van G-eiwit gekoppelde receptoren; de meeste paren aan fosfolipase C via het G-eiwit, maar remming van adenylaat-cyclase en N-type Ca2+-kanalen en activering van K+-kanalen komt ook voor. De tot expressie gebrachte P2Y-receptoren worden in het algemeen farmacologisch onderscheiden door de rangorde van de agonisten; sommige verkiezen pyrimidine boven purine. Verscheidene P2Y-receptoren hebben een zeer gemeenschappelijke weefseldistributie . De moleculaire structuren van ATP en BzATP zijn weergegeven in figuur 1.

Adenine-nucleotiden remmen isoproterenol- en forskolin-geïnduceerde accumulatie van cyclisch AMP in C6-2B rat-glioma-cellen. Deze remming treedt op in aanwezigheid van een fosfodiësteraseremmer. Adenine nucleotiden veroorzaakten geen effecten bij metingen van de directe fosfodiësterase activiteit in intacte cellen. Voorbehandeling van C6-2B glioma cellen met pertussis toxine blokkeerde de remmende effecten van P2Y-purinerge receptor agonisten. Een aantal ATP- en ADP-analogen gaven een rangorde van potentie (2-methylthioadenosine 5′-trifosfaat > of = 2-methylthioadenosine 5′-difosfaat > adenosine 5′-O-(2-thiodifosfaat) > 2-chloor-adenosine ADP = adenosine 5′-O-(3-thio-trifosfaat) > ATP > UTP) verwacht van een P2Y-purinerge receptor activering; en de P2X-purinerge receptor agonisten, alfa, beta-methyleenadenosine 5′-trifosfaat en beta-, gamma-methyleen-adenosine 5′-trifosfaat hadden geen effect. Fosfolipase C activiteit treedt op als reactie op P2-purinerge receptor activering in vele doelweefsels, daarom werden de effecten van P2Y receptor agonisten op inositol fosfaat accumulatie gemeten in C6-2B cellen. Er werd geen bewijs gevonden voor de regulatie van de P2Y-purinerge receptor gemedieerd door het inositol lipide metabolisme onder omstandigheden waar de activatie van muscarine cholinerge receptor of AIF4 de inositol fosfaat accumulatie verhoogden. Deze resultaten tonen aan dat een P2-purinerge receptor subtype met verschillende signaalkarakteristieken aanwezig is op de C6-2B ratten glioma cellen. Hoewel deze receptor de algemene farmacologische eigenschappen vertoont van een fosfolipase C-gekoppelde P2Y-purinerge receptor, kan hij een uniek receptorsubtype vertegenwoordigen omdat hij adenylyl cyclase remt.

Purines werden geacht beperkt te zijn tot het intracellulaire compartiment waarin zij werden gebruikt voor energieverwerking, nucleïnezuursynthese en een groot aantal biochemische reacties. Karl Lohmann isoleerde ATP, dat de belangrijkste intracellulaire energievaluta is, in 1929. Echter, adenosine en adenosinetrifosfaat (i) zijn overvloedige biochemische componenten van de tumormicro-omgeving, (ii) zijn sterke modulatoren van immuuncelreacties en cytokine-afgifte, en (iii) zijn belangrijke spelers in de gastheer-tumor interactie. Bovendien beïnvloeden beide nucleotiden rechtstreeks de groei van tumorcellen. Adenosine is een krachtig immunosuppressivum (vooral werkzaam op A2A-receptoren) en een celgroeimodulator (vooral werkzaam op A3-receptoren). ATP is een ontstekingsbevorderende stof (werkzaam bij P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6 en P2Y12 en bij P2X4 en P2X7 receptoren), een immunosuppressivum (werkzaam bij P2Y11) en een groeibevorderaar (werkzaam bij P2Y1, P2Y2 en P2X7). Dit complexe signaleringsnetwerk produceert een aantal remmende en stimulerende reacties die de immuuncelfunctie, tumorgroei en metastatische verspreiding beïnvloeden.

Purinerge receptoren, vertegenwoordigd door vele families, zijn de meest overvloedige receptoren in levende organismen, die mogelijk al in de vroege stadia van de evolutie voorkwamen. Purinerge signalisatie in perifere en centrale zenuwstelsels is een snel groeiend gebied. Onderzoek van deze receptoren maakt het mogelijk om therapeutische strategieën te ontwikkelen voor deze aandoeningen met nieuwe werkingsmechanismen, waaronder purinerge, pathogene aandoeningen, waaronder pijn, trauma, ischemie, epilepsie, migraine, psychiatrische stoornissen en drugsverslaving .

In micromolaire/nanomolaire concentraties is aangetoond dat extracellulair adenosinetrifosfaat (ATP) significante functionele veranderingen teweegbrengt in een grote verscheidenheid van normale en getransformeerde celtypes. Hoewel ATP specifiek kan worden vrijgemaakt uit het cytosol van beschadigde cellen, wordt het ook verpakt in sommige exocytotische vesikels/granules die conventionele neurotransmitters en hormonen bevatten. Verschillende biologische reacties op ATP worden gemedieerd door verschillende P2-purinerge celoppervlakte-receptoren die geactiveerd worden bij binding van ATP en andere nucleotiden. Recente fysiologische, biochemische en farmacologische studies hebben aangetoond dat er verschillende soorten ATP-receptorsubtypes zijn. Deze omvatten: (1) G-eiwitgebonden ATP-receptoren die inositol-fosfolipidehydrolyse, Ca2+-mobilisatie en activering van proteïnekinase C induceren; (2) ATP-receptoren die rechtstreeks niet-selectieve kationkanalen activeren in plasmamembranen van diverse celtypes en (3) ATP-receptoren die cytotoxische of activeringsreacties kunnen teweegbrengen in T-lymfocyten en andere immuuneffectorcellen door snelle inductie van poriën in het oppervlaktemembraan die doorlaatbaar zijn voor ionen en endogene metabolieten (met een molecuulgewicht tot 900 Da). Naast deze functionele criteria kunnen deze standaard ATP-receptorsubtypes farmacologisch worden onderscheiden door karakteristieke potentie voor verschillende structureel gemodificeerde ATP-analogen.

Intracellulaire nucleotiden spelen een fundamentele en alomtegenwoordige rol in het energiemetabolisme, de synthese van nucleïnezuren en de regulering van enzymen. Het is algemeen bekend dat extracellulaire nucleotiden en nucleosiden belangrijke biologische functies vervullen in vele weefsels en cellen. GLUTs (vergemakkelijken het transport van glucose in de cellen), SGLTs (vergemakkelijken de reabsorptie van glucose terug in de circulatie) en KATP (ATP-gevoelige kaliumkanalen) metabolische sensoren spelen een belangrijke rol bij de glucose homeostase en het metabolisme in het lichaam en in vele specifieke organen (bijv, darm, pancreas, hart, skeletspieren en hersenen).

KATP binden metabolische signalen aan de exciteerbaarheid van cellen en spelen in vele weefsels een belangrijke rol, onder meer bij de regulering van de insulinesecretie, de controle van de vaattonus en de bescherming van neuronen en spieren tegen ischemie. KATP-kanalen zijn octamerische complexen bestaande uit vier sulfonylureumreceptoren (SUR.x) en vier inwardly rectifying kaliumkanalen (Kir6.x). Zij worden gereguleerd door intracellulair ATP en ADP. Terwijl ATP de kanaalactiviteit remt, antagoniseert ADP het remmende effect van ATP in aanwezigheid van Mg2+ en stimuleert het de kanaalactiviteit. Deze eigenschappen zijn essentieel voor dit kanaal om metabole veranderingen in cellen te detecteren. Zo neemt in pancreatische β-cellen de / ratio toe als reactie op een verhoging van de bloedglucosespiegel, wat leidt tot sluiting van het KATP-kanaal, membraandepolarisatie, activering van spanningsafhankelijke Ca2+-kanalen en afgifte van insuline. Wanneer de bloedglucosespiegels echter laag zijn, neemt de / ratio af, worden KATP kanalen geopend en neemt de insulineafgifte af .

De catastrofale kanalen in de alvleesklier worden als volgt geactiveerd; wanneer het glucoseniveau van de β-cel wordt verhoogd, neemt de intracellulaire verhouding van ATP tot ADP ook toe, wat leidt tot sluiting van het KATP kanaal, depolarisatie van de cellen en insulineafgifte .

De P-gevoelige K′(K + ) stroom wordt verondersteld te worden gereguleerd door GTP-bindende eiwitten (G-eiwitten), maar de paden die de receptor, G-eiwit en kanaal combineren zijn niet geïdentificeerd. De regulatie van tolbutamide-gevoelige K′-stroom in neonatale ventriculaire myocyten van de rat is bepaald. Geactiveerde ATP-gevoelige K+ (K+ ) kanalen zijn aanwezig in cellen wanneer de intracellulaire ATP-spiegels dalen. Wanneer de intracellulaire ATP-spiegels dalen, zijn deze kanalen aanwezig in de cel, de skeletspier, de hersenen en de pancreas. Er is weinig bekend over de functie van K+ kanalen in hartcellen, hoewel hun belangrijke rol bij de regeling van de insulinesecretie van pancreas-P-cellen goed is vastgesteld. Wanneer deze kanalen farmacologisch geactiveerd worden, wordt de duur van de actiepotentiaal aanzienlijk verkort en er is voorgesteld dat zij verantwoordelijk zijn voor de verkorting van de actiepotentiaal in metabolisch gevaarlijke ischemische spieren. De ATP-concentratie in de metabolisch geblokkeerde kaste blijft echter boven het niveau, dat de kanalen in de geëxciteerde membraanflarden verhindert. Een mogelijke verklaring voor deze discrepantie is dat de ATP-gevoeligheid van de kanalen kan worden gemoduleerd door intracellulaire mechanismen .

ATP-responsieve K+ kanalen, KATP-kanalen genoemd, zorgen voor een verband tussen cellulair metabolisme en membraan-elektrische activiteit in verschillende weefsels. Kanaal-isovormen zijn doelwitten voor verbindingen die hun activiteit stimuleren en inhiberen, hetgeen resulteert in respectievelijk membraanhyperpolarisatie en -depolarisatie. Vasculaire gladde spieren en het stimuleren van insulinesecretie zijn voorbeelden voor deze situaties hierboven . Adenosine agonisten en de openers van het ATP-gevoelige kalium (KATP) kanaal werden gerapporteerd om de infarctgrootte (IS) te beperken . ATP-gevoelige kalium (KATP)-kanalen zijn zowel elektrofysiologisch als farmacologisch goed gedefinieerd in het hart, het skelet en gladde spieren, pancreascellen, hypofyse, centraal en perifeer zenuwstelsel. De activiteiten en derhalve de verschillende cellulaire functies worden gecontroleerd door het cellulaire metabolisme. In het algemeen wordt aangenomen dat de veranderingen in ATP (waardoor het kanaal wordt gesloten) en in MgADP (waardoor het kanaal wordt geactiveerd) een tweeledig metabolisme hebben voor de kanaalactiviteit 6. Er wordt beschreven dat de cellulaire lokalisatie van twee mRNA-transcripten die ATP-gevoelige K+ kanalen moeten genereren in de muizenhersenen. Er zijn aanwijzingen dat het KATP-kanaal in pancreascellen bestaat uit een Kir6.2 en een complex van SUR1-subeenheden. KATP kanalen met vergelijkbare karakteristieken (type I) zijn beschreven in verschillende neuronen, waaronder die van de hersenschors, basale nigra, caudate, en hippocampus .

Nagenoeg alle tumorcellen en alle immuuncellen brengen plasmamembraan receptoren tot expressie voor extracellulaire nucleosiden (adenosine) en nucleotiden (ATP, ADP, UTP, UDP en suiker UDP). De tumor micro-omgeving wordt gekenmerkt door een ongewoon hoge concentratie ATP en adenosine. Adenosine is een belangrijke determinant van het immunosuppressieve tumormilieu. Seriële hydrolyse van extracellulair ATP gekatalyseerd door CD39 en CD73 is de voornaamste route voor de vorming van adenosine in het tumor interstitium. Extracellulair ATP en adenosine-vorming zijn zowel gastheer- als tumorreacties. Afhankelijk van de geactiveerde specifieke receptor mediëren extracellulaire purines aan gastheerzijde immunosuppressie of immunostimulatie en aan tumorzijde groeistimulatie of cytotoxiciteit. Recente ontwikkelingen op dit gebied bieden de sleutel tot het ontcijferen van dit complexe scenario, met gebruikmaking van de potentiële voordelen van therapie. Uit preklinische gegevens blijkt dat targeting van de adenosine producerende pathway of adenosinerge receptoren de immunosuppressie vermindert en de tumorgroei sterk afremt. Anderzijds wordt de groei van experimentele tumoren sterk geremd door zich te richten op de receptor van P2X7 ATP selectieve kanker- en immuuncellen. De rol van extracellulaire purines (purinerge signalisatie) werkt in op de interactie tussen gastheer en tumor en brengt nieuwe behandelingsmogelijkheden van recente vooruitgang aan het licht. Er is nu een consensus dat ATP en adenine de belangrijkste componenten zijn van tumor micro-omgeving (TME), waarbij TME de tumorgroei, immuun celfuncties en tumor-gastheer interactie op verschillende manieren beïnvloedt. Gezien de wijdverspreide waarneming dat vele kwaadaardige tumoren verschillende P1R of P2R subtypes overexpresseren, zou een eenvoudige benadering inhouden dat deze receptoren worden gericht met selectieve receptoren om de tumorreceptorgroei te onderdrukken. In dezelfde lijn van interferentie worden de enzymen bekeken die betrokken zijn bij het metabolisme van extracellulaire nucleotiden en nucleosiden (CD39, CD73 en adenosine deaminase). Hoewel de doeltreffendheid van verschillende eenvoudige preklinische modellen is aangetoond, is deze eenvoudige benadering duidelijk zeer zuiver. P1R’s, P2R’s en ATP/adenosine-verstorende enzymen worden tot expressie gebracht samen met immunostimulerende en stromale cellen van de gastheer, die zeer belangrijke functies hebben voor de geïntegreerde complexvorming van de gastheer rond de tumor. Zorgvuldige selectie van de kandidaat-purinerge receptor in combinatie met modulatoren van extracellulaire adenosinerge routes kan remming van tumorcelgroei mogelijk maken en gelijktijdig de anti-tumor gastheerrespons verhogen. Dit anti-kanker middel zal een extra krachtig wapen opleveren voor combinatieve behandelingen .

Nucleotiden en hun receptoren zijn in opkomst als potentiële actoren in de gastheer-tumor interactie, zoals nieuwe en belangrijke ontstekings- en immuunmodulatoren. Een groot aantal P2 en P1 receptoren tot expressie gebracht door tumor- en ontstekingscellen met verschillende ligand affiniteiten voor P2 en P1 receptor subtypes worden gemoduleerd door lokale factoren verkregen uit ectonucleotiden en ADA op de nucleotide en adenosine concentratie. In vivo gegevens ondersteunen het in vitro bewijs dat de vermindering van de intratumor adenosine concentratie en de targeting van de P2X7 receptor een krachtig antitumor effect hebben. Daarom opent het onderzoeken van de purinerge signalering bij kanker veelbelovende perspectieven voor de ontwikkeling van innovatieve therapeutica .

Purinerge signalering is vooral gericht op de tumor-geassocieerde immuunrespons; nucleotiden en nucleosiden hebben sterke directe effecten op de tumorcellen zelf. Stimulatie van P2Y receptoren (P2Y1 en P2Y2) bevordert de groei; afhankelijk van de tot expressie gebrachte P2Y receptor subtypes zal de accumulatie van ATP in de tumormicro-omgeving derhalve waarschijnlijk de tumorgroei bevorderen. Naast P2Y receptoren speelt ook P2X7 een rol bij tumorgroei. Het is een reeds lang bestaande observatie dat de meeste kwaadaardige tumoren P2X7 overexpresseren. Het is bekend dat deze receptor een sterke cytotoxische respons medieert. Daarom is het de vraag waarom een tumor een “zelfmoord” receptor zou overexpresseren. Cytotoxiciteit wordt echter meestal uitgelokt door farmacologische (d.w.z. bijna millimolaire) ATP doses. De activering van P2X7 door het endogeen vrijgemaakte ATP veroorzaakt daarentegen een trofisch, groeibevorderend effect.

Nucleotiden en nucleosiden in de vloeistof van het luchtwegoppervlak reguleren de mucociliaire klaringsactiviteiten (MCC), het primaire natuurlijke verdedigingsmechanisme dat vreemde deeltjes en ziekteverwekkers van het luchtwegoppervlak verwijdert. Deze effecten in de luchtwegen worden voornamelijk gemedieerd door twee purinerge receptor subtypes, de Gq-gekoppelde ATP/UTP-sensing P2Y2 receptor en de Gs-geconjugeerde A2b adenosine receptor. Activatie van de A2b receptor resulteert in cyclische AMP afhankelijke activatie van het Cın1 kanaal van de cystische fibrose transmembraan regulator (CFTR) en stimulatie van de ciliaire pulsfrequentie. Agonist activering van de P2Y2 receptor bevordert de remming van CFTR-afhankelijke en CFTR-onafhankelijke Cl secretie, ciliary slag en mucine secretie alsmede Na+ absorptie .

Het fenomeen over het proces onthult de deelname van een biologische cascade. In deze context bootsen adenosine agonisten en ATP-gevoelige K+ kanaal (KATP) openers enkele beschermende effecten van het preconditioneringsproces na. Bovendien worden deze effecten omgekeerd door adenosine antagonisten en KATP blokkers; dit suggereert dat het vrijkomen van adenosine en de activering van KATP kanalen via adenosine Al receptoren een vroege stap kan vormen in ischemische cerebrale preconditionering.

Activatie van de adenosine receptor, proteïne kinase C (PKC) en ATP-sensitief kalium (KATP) kanaal is bekend om preconditionering in gang te zetten. Deze gegevens leveren direct bewijs dat het KATP-kanaal, in plaats van de adenosinereceptor, stroomafwaarts van PKC de effector is bij het in gang zetten van PKC-gemedieerde preconditionering. Zowel de adenosinereceptor als het KATP-kanaal zijn nodig om het eigenlijke beschermende effect tijdens continue hypoxie te bevorderen. De mogelijkheid van het samengaan van de biologische fase van beschermende gebeurtenis betrokkenheid van adenosine A1 receptoren en KATP kanalen, geassocieerd met cross-tolerantie tussen KA-geïnduceerde epileptische tolerantie of KA-geïnduceerde epilepsie en globale ischemie, wordt geëvalueerd .