1.1 Nukleotidien ja nukleosidien mahdolliset fysiologiset lähteet
ATP ja muut kuvatut nukleotidit käsittelevät sekä metabotrooppisia (P2Y) että ionotrooppisia (P2X) reseptoreita. P2X-reseptorien alayksiköt (P2X1-P2X7) muodostavat ligandi-portoituja kationikanavia, kuten homomultimeerejä tai heteromultimeerejä. P2X3-alayksiköt osallistuvat ionien läpäisykanavaan yhdistämällä kunkin alayksikön kentät. P2X3R:llä on perheen alhaisin todettu suhteellinen Ca2+-läpäisevyys. P2X7 liittyy kationikanavien lisäksi siihen, että se sisältää suuria sytolyyttisiä huokosia; joita esiintyy makrofageissa ja aivojen mikrogliasoluissa. P2Y-reseptorit voivat aktivoida tai estää adenylaattisyklaasia alatyypin ja näin ollen kytketyn G-proteiinin tyypin mukaan. Adenylaattisyklaasin ja erityisesti Ca2+-kanavan estoon vaikuttaa. P2Y-reseptorit muodostavat G-proteiiniin kytkeytyneiden reseptorien alaryhmän; suurin osa mattaa fosfolipaasi C:tä G-proteiinin kautta, mutta myös adenylaattisyklaasin ja N-tyypin Ca2+-kanavien estoa ja K+-kanavien aktivaatiota esiintyy. Ilmaistut P2Y-reseptorit eroavat farmakologisesti yleensä agonistien järjestyksen perusteella; jotkut suosivat pyrimidiiniä puriiniin nähden. Useilla P2Y-reseptoreilla on hyvin yleinen kudosjakauma . ATP:n ja BzATP:n molekyylirakenteet on esitetty kuvassa 1.
Kuva 1.
ATP:n ja BzATP:n molekyylirakenteet .
Adeniininukleotidit estävät isoproterenolin ja forskoliinin aikaansaamaa syklisen AMP:n kumuloitumista rotan C6-2B- glioomasoluissa. Tämä esto tapahtuu fosfodiesteraasin estäjän läsnä ollessa. Adeniininukleotidit eivät aiheuttaneet vaikutuksia suoran fosfodiesteraasiaktiivisuuden mittauksissa ehjissä soluissa. C6-2B-glioomasolujen esikäsittely pertussis-toksiinilla esti P2Y-purinergisten reseptoriagonistien estävät vaikutukset. Useat ATP- ja ADP-analogit tuottivat tehojärjestyksen (2-metyylitioadenosiini 5′-trifosfaatti> tai = 2-metyylitioadenosiini 5′-difosfaatti > adenosiini 5′-O-(2-tiodifosfaatti) > 2-klooriadenosiini ADP = adenosiini 5′-O-(3-tiotrifosfaatti) > ATP > UTP), jota odotetaan P2Y-purinergisen reseptorin aktivaatiosta; ja P2X-purinergisen reseptorin agonisteilla, alfa-, beeta-metyleeniadenosiini-5′-trifosfaatilla ja beeta-, gammametyleeniadenosiini-5′-trifosfaatilla ei ollut vaikutusta. Fosfolipaasi C:n aktiivisuutta esiintyy vastauksena P2-purinergisen reseptorin aktivoitumiseen monissa kohdekudoksissa, joten P2Y-reseptoriagonistien vaikutuksia inositolifosfaatin kertymiseen mitattiin C6-2B-soluissa. P2Y-purinergisen reseptorin välittämästä inositolipidimetabolian säätelystä ei löytynyt todisteita olosuhteissa, joissa muskariinikolinergisen reseptorin tai AIF4:n aktivointi lisäsi inositolifosfaatin kertymistä. Nämä tulokset osoittavat, että rotan C6-2B-glioomisoluissa esiintyy P2-purinergisen reseptorin alatyyppiä, jolla on erilaiset signalointiominaisuudet. Vaikka tämä reseptori ilmentää fosfolipaasi C:hen sidotun P2Y-purinergisen reseptorin yleisiä farmakologisia ominaisuuksia, se saattaa edustaa ainutlaatuista reseptorin alatyyppiä, koska se estää adenylyylisyklaasia.
Puriinien ajateltiin rajoittuvan solunsisäiseen lokeroon, jossa niitä käytettiin energian prosessointiin, nukleiinihapposynteesiin ja lukuisiin biokemiallisiin reaktioihin. Karl Lohmann eristi ATP:n, joka on keskeinen solunsisäinen energiavaluutta, vuonna 1929 . Adenosiini ja adenosiinitrifosfaatti (i) ovat kuitenkin runsaasti kasvaimen mikroympäristön biokemiallisia komponentteja, (ii) ovat voimakkaita immuunisoluvasteiden ja sytokiinien vapautumisen modulaattoreita ja (iii) ovat keskeisiä toimijoita isännän ja kasvaimen vuorovaikutuksessa. Lisäksi molemmat nukleotidit vaikuttavat suoraan kasvainsolujen kasvuun. Adenosiini on voimakas immunosuppressantti (vaikuttaa pääasiassa A2A-reseptoreihin) ja solujen kasvun modulaattori (vaikuttaa pääasiassa A3-reseptoreihin). ATP on proinflammatorinen aine (vaikuttaa P2Y1-, P2Y2-, P2Y4-, P2Y6- ja P2Y12-reseptoreissa sekä P2X4- ja P2X7-reseptoreissa), immunosuppressantti (vaikuttaa P2Y11-reseptoreissa) ja kasvun edistäjä (vaikuttaa P2Y1-, P2Y2- ja P2X7-reseptoreissa). Tämä monimutkainen signaaliverkosto tuottaa useita estäviä ja stimuloivia vasteita, jotka vaikuttavat immuunisolujen toimintaan, kasvaimen kasvuun ja etäpesäkkeiden leviämiseen.
Purinergiset reseptorit, joita edustavat monet suvut, ovat elävien organismien runsaimpia reseptoreita, jotka esiintyvät mahdollisesti jo evoluution alkuvaiheessa. Purinerginen signalointi perifeerisissä ja keskushermostoissa on nopeasti laajeneva ala. Näiden reseptorien tutkiminen mahdollistaa terapeuttisten strategioiden kehittämisen näihin häiriöihin, joilla on uusia toimintamekanismeja, mukaan lukien purergiset, patogeeniset tilat, mukaan lukien kipu, trauma, iskemia, epilepsia, migreeni, psykiatriset häiriöt ja huumeriippuvuus .
Mikromolaarisissa/nanomolaarisissa konsentraatioissa solunulkoisen adenosiinitrifosfaatin (ATP:n) on osoitettu aiheuttavan huomattavia funktionaalisia muutoksia useissa erilaisissa normaaleissa ja muuntuneissa solutyypeissä. Vaikka ATP:tä voidaan spesifisesti vapauttaa vaurioituneiden solujen sytosolista, sitä on myös pakattu joihinkin eksosytoottisiin vesikkeleihin/granulaatioihin, jotka sisältävät tavanomaisia välittäjäaineita ja hormoneja. Erilaisia biologisia vasteita ATP:lle välittävät erilaiset P2-purinergiset solun pintareseptorit, jotka aktivoituvat ATP:n ja muiden nukleotidien sitoutuessa. Viimeaikaiset fysiologiset, biokemialliset ja farmakologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että ATP-reseptorien alatyyppejä on useita. Näitä ovat mm: (1) G-proteiiniin sitoutuneet ATP-reseptorit, jotka indusoivat inositolifosfolipidien hydrolyysiä, Ca2 + -mobilisaatiota ja proteiinikinaasi C:n aktivoitumista; (2) ATP-reseptorit, jotka aktivoivat suoraan ei-selektiivisiä kationikanavia eri solutyyppien plasmakalvoissa, ja (3) ATP-reseptorit, jotka kykenevät aikaansaamaan sytotoksisia tai aktivoivia reaktioita T-lymfosyyteissä ja muissa immuunijärjestelmän tehosteisiin vaikuttavissa soluisssa indusoimalla nopeasti pintakalvojen huokoset, jotka ovat läpäiseviä ioneille ja endogeenisille aineenvaihduntatuotteille (molekyylipainot enintään 900 Da:ta). Näiden toiminnallisten kriteerien lisäksi nämä oletusarvoiset ATP-reseptorin alatyypit voidaan farmakologisesti erottaa toisistaan ominaisella teholla erilaisille rakenteellisesti muunnetuille ATP-analogeille .
Intrasellulaarisilla nukleotideilla on perustavanlaatuinen ja kaikkialla läsnä oleva rooli energia-aineenvaihdunnassa, nukleiinihapposynteesissä ja entsyymien säätelyssä. On laajalti ymmärretty, että solunulkoiset nukleotidit ja nukleosidit suorittavat tärkeitä biologisia toimia monissa kudoksissa ja soluissa . GLUT- (helpottavat glukoosin kuljettamista soluihin), SGLT- (helpottavat glukoosin takaisinimeytymistä takaisin verenkiertoon) ja KATP- (ATP-herkät kaliumkanavat) aineenvaihduntasensoreilla on tärkeä rooli glukoosin homeostaasissa ja aineenvaihdunnassa elimistössä ja monissa erityisissä elimissä (esim, suolistossa, haimassa, sydämessä, luurankolihaksessa ja aivoissa) .
KATP:t sitovat aineenvaihduntasignaaleja solujen kiihtyvyyteen, ja niillä on tärkeä rooli monissa kudoksissa, muun muassa insuliinin erityksen säätelyssä, verisuonten tonuksen säätelyssä ja hermosolujen ja lihasten suojaamisessa iskemiaa vastaan. KATP-kanavat ovat oktameerisia komplekseja, jotka koostuvat neljästä sulfonyyliureareseptorista (SUR.x) ja neljästä sisäänpäin tasaavasta kaliumkanavasta (Kir6.x). Niitä säätelee solunsisäinen ATP ja ADP. ATP estää kanavan aktiivisuutta, mutta ADP antagonisoi ATP:n estävän vaikutuksen Mg2+:n läsnä ollessa ja stimuloi kanavan aktiivisuutta. Nämä porttiominaisuudet ovat välttämättömiä, jotta tämä kanava pystyy havaitsemaan metabolisia muutoksia soluissa. Siten haiman β-soluissa /-suhde kasvaa vastauksena veren glukoosipitoisuuden lisääntymiseen, mikä johtaa KATP-kanavan sulkeutumiseen, kalvon depolarisaatioon, jänniteohjattujen Ca2+-kanavien aktivoitumiseen ja insuliinin vapautumiseen. Veren glukoosipitoisuuden ollessa alhainen /-suhde kuitenkin pienenee, KATP-kanavat avautuvat ja insuliinin eritys vähenee .
Haiman katastrofaaliset kanavat aktivoituvat seuraavasti; β-solujen glukoosipitoisuuden kasvaessa myös ATP:n ja ADP:n solunsisäinen suhde kasvaa, mikä johtaa KATP-kanavan sulkeutumiseen, solujen depolarisaatioon ja insuliinin vapautumiseen .
P-herkän K′(K + ) -virran uskotaan olevan GTP:tä sitovien proteiinien (G-proteiinien) säätelemä, mutta reseptorin, G-proteiinin ja kanavan yhdistäviä reittejä ei ole tunnistettu. Määritetään tolbutamidiherkän K′-virran säätely vastasyntyneen rotan kammiomyosyyteissä. Soluissa on aktivoituneita ATP-herkkiä K + (K + ) -kanavia, kun solunsisäinen ATP-taso laskee. Solunsisäisiä ATP-tasoja esiintyy, kun solunsisäiset ATP-tasot vähenevät solussa, solunsisäisessä luurankolihaksessa, aivoissa ja haimassa. K + -kanavien toiminnasta sydänsoluissa tiedetään vähän, vaikka niiden tärkeä rooli haiman P-solujen insuliinin erityksen säätelyssä on todettu hyvin. Farmakologisesti aktivoituina nämä kanavat lyhentävät huomattavasti toimintapotentiaalin kestoa, ja niiden on ehdotettu olevan vastuussa toimintapotentiaalin lyhenemisestä metabolisesti vaarallisissa iskeemisissä lihaksissa. ATP-konsentraatio metabolisesti estyneessä kastissa pysyy kuitenkin korkeammalla tasolla, mikä estää kanavien toiminnan poistetuissa kalvopaikoissa. Mahdollinen selitys tälle ristiriidalle on, että kanavien ATP-herkkyyttä voidaan moduloida solunsisäisillä mekanismeilla .
ATP-herkät K+-kanavat, joita kutsutaan KATP-kanaviksi, tarjoavat yhteyden solun aineenvaihdunnan ja kalvon sähköisen aktiivisuuden välille eri kudoksissa. Kanavien isoformit ovat kohteita yhdisteille, jotka stimuloivat ja estävät niiden aktiivisuutta, mikä johtaa vastaavasti kalvon hyperpolarisaatioon ja depolarisaatioon. Verisuonten sileä lihas ja insuliinin erityksen irtoamisen stimulointi ovat esimerkkejä näistä edellä mainituista tilanteista . Adenosiiniagonistien ja ATP-herkän kaliumkanavan (KATP) avaajien on raportoitu rajoittavan infarktin kokoa (IS) . ATP-herkät kaliumkanavat (KATP-kanavat) on määritelty hyvin sydämessä, luustossa ja sileässä lihaksessa, haimasoluissa, aivolisäkkeessä sekä keskus- ja ääreishermostossa sekä elektrofysiologisesti että farmakologisesti. Niiden toimintaa ja siten erilaisia solutoimintoja ohjaa solun aineenvaihdunta. Yleisesti ottaen ATP:n (aiheuttaa kanavan sulkeutumisen) ja MgADP:n (aktivoi kanavan) muutoksilla uskotaan olevan kaksoisaineenvaihdunta kanavan aktiivisuuteen 6. On kuvattu, että kahden mRNA-transkriptin, joiden odotetaan tuottavan ATP-herkkiä K+-kanavia hiiren aivoissa, solulokalisoituminen. On näyttöä siitä, että haimasolujen KATP-kanava koostuu Kir6.2- ja SUR1-alayksiköiden kompleksista. KATP-kanavia, joilla on samanlaiset ominaisuudet (tyyppi I), on kuvattu erilaisissa neuroneissa, mukaan lukien aivokuorella, perusnigrassa, caudatessa ja hippokampuksessa .
Lähes kaikki kasvainsolut ja kaikki immuunisolut ilmentävät plasmakalvon reseptoreita solunulkoisille nukleosideille (adenosiini) ja nukleotideille (ATP, ADP, UTP, UTP, UDP ja sokeri-UDP). Kasvaimen mikroympäristölle on ominaista epätavallisen suuri ATP:n ja adenosiinin pitoisuus. Adenosiini on tärkeä immunosuppressiivisen kasvainympäristön määräävä tekijä. CD39:n ja CD73:n katalysoima solunulkoisen ATP:n sarjahydrolyysi on tärkein adenosiinin muodostumisreitti kasvainten välitilassa. Solunulkoinen ATP ja adenosiinimuotti ovat sekä isännän että kasvaimen vasteita. Aktivoituneesta spesifisestä reseptorista riippuen solunulkoiset puriinit välittävät isäntäpuolen immunosuppressiota tai immunostimulaatiota ja kasvainpuolen kasvun stimulointia tai sytotoksisuutta. Viimeaikainen kehitys tällä alalla tarjoaa avaimen tämän monimutkaisen skenaarion tulkitsemiseen terapian mahdollisten hyötyjen avulla. Prekliiniset tiedot osoittavat, että adenosiinia tuottavan reitin tai adenosinergisten reseptorien kohdentaminen heikentää immunosuppressiota ja estää voimakkaasti kasvaimen kasvua. Toisaalta kokeellisten kasvainten kasvua estetään voimakkaasti kohdistamalla P2X7-ATP-selektiivisten syöpä- ja immuunisolujen reseptoriin. Solunulkoisten puriinien (purinerginen signalointi) rooli toimii isännän ja kasvaimen vuorovaikutuksessa ja korostaa uusia hoitovaihtoehtoja viimeaikaisista edistysaskelista. Nyt ollaan yksimielisiä siitä, että ATP ja adeniini ovat kasvaimen mikroympäristön (TME) pääkomponentteja, joissa TME vaikuttaa kasvaimen kasvuun, immuunisolujen toimintaan ja kasvaimen ja isännän vuorovaikutukseen eri tavoin. Kun otetaan huomioon laajalle levinnyt havainto, että monet pahanlaatuiset kasvaimet yliekspressoivat useita P1R- tai P2R-alatyyppejä, yksinkertainen lähestymistapa edellyttäisi näiden reseptorien kohdentamista selektiivisillä reseptoreilla kasvainreseptorien kasvun tukahduttamiseksi. Samalla interferenssilinjalla tarkastellaan solunulkoisten nukleotidien ja nukleosidien metaboliaan osallistuvia entsyymejä (CD39, CD73 ja adenosiinideaminaasi). Vaikka useiden yksinkertaisten prekliinisten mallien tehokkuus on osoitettu, tämä yksinkertainen lähestymistapa on selvästi hyvin puhdas. P1R:t, P2R:t ja ATP:tä/adenosiinia hajottavat entsyymit ilmentyvät yhdessä isännän immunostimuloivien ja stroomaalisten solujen kanssa, joilla on erittäin tärkeitä tehtäviä isännän integroidun kompleksin muodostumisessa kasvaimen ympärille. Purinergisen reseptorikandidaatin huolellinen valinta yhdessä solunulkoisten adenosinergisten reittien modulaattoreiden kanssa voi mahdollistaa kasvainsolujen kasvun estämisen ja samalla lisätä isännän kasvainvastaista vastetta. Tämä syövänvastainen aine tarjoaa tehokkaan lisäaseen yhdistelmähoitoihin.
Nukleotidit ja niiden reseptorit ovat nousemassa potentiaalisiksi toimijoiksi isännän ja kasvaimen välisessä vuorovaikutuksessa, kuten uusiksi ja tärkeiksi tulehdus- ja immuunimodulaattoreiksi. Suuri määrä P2- ja P1-reseptoreita, joita kasvain- ja tulehdussolut ilmentävät, joilla on erilaiset ligandiaffiniteetit P2- ja P1-reseptorin alatyypeille, moduloidaan paikallisilla tekijöillä, jotka saadaan ektonukleotideista ja ADA:sta nukleotidin ja adenosiinin pitoisuudesta. In vivo -tiedot tukevat in vitro -näyttöä siitä, että kasvainsisäisen adenosiinipitoisuuden pienentämisellä ja P2X7-reseptorin kohdentamisella on voimakas kasvaimen vastainen vaikutus. Näin ollen purinergisen signaloinnin tutkiminen syövässä avaa lupaavia näkymiä innovatiivisten terapeuttisten lääkkeiden kehittämiselle.
Purinerginen signalointi on keskittynyt kasvaimeen liittyvään immuunivasteeseen; nukleotideilla ja nukleosideilla on voimakkaita suoria vaikutuksia itse kasvainsoluihin. P2Y-reseptorien (P2Y1 ja P2Y2) stimulointi edistää kasvua, joten riippuen ilmentyneistä P2Y-reseptorin alatyypeistä ATP:n kertyminen kasvaimen mikroympäristöön todennäköisesti edistää kasvaimen kasvua. P2Y-reseptorien lisäksi P2X7:llä on merkitystä kasvaimen kasvussa. On pitkäaikainen havainto, että useimmat pahanlaatuiset kasvaimet yliekspressoivat P2X7 . Tiedetään, että tämä reseptori välittää voimakasta sytotoksista vastetta . Siksi on selvitettävä, miksi kasvain yli-ilmentää ”itsemurhareseptoria”. Sytotoksisuus laukaistaan kuitenkin yleisimmin farmakologisilla (eli lähes millimolaarisilla) ATP-annoksilla. Sitä vastoin P2X7:n aktivoituminen endogeenisesti vapautuvan ATP:n avulla tuottaa trofisen, kasvua edistävän vaikutuksen.
Hengitysteiden pintanesteessä olevat nukleotidit ja nukleosidit säätelevät limakalvopuhdistustoimintaa, joka on ensisijainen luonnollinen puolustusmekanismi, joka poistaa vieraat hiukkaset ja taudinaiheuttajat hengitysteiden pinnalta. Näitä vaikutuksia hengitysteissä välittävät pääasiassa kaksi purinergisten reseptorien alatyyppiä, Gq-kytketty ATP/UTP-tunnistava P2Y2-reseptori ja Gs-kytketty A2b-adenosiinireseptori. A2b-reseptorin aktivoituminen johtaa kystisen fibroosin transmembraanireagenssin (CFTR) Cın1-kanavan syklisestä AMP:stä riippuvaiseen aktivoitumiseen ja sädekehän pulssitaajuuden stimuloitumiseen. P2Y2-reseptorin agonistinen aktivaatio edistää CFTR-riippuvaisen ja CFTR-riippumattoman Cl-erityksen, sädekehän sykkeen ja mukiinin erityksen sekä Na+-absorption estoa .
Prosessia koskeva ilmiö paljastaa biologisen kaskadin osallistumisen. Tässä yhteydessä adenosiiniagonistit ja ATP-herkät K+ -kanavan (KATP) avaajat jäljittelevät joitakin esivalmisteluprosessin suojaavia vaikutuksia. Lisäksi nämä vaikutukset kumoutuvat adenosiiniantagonisteilla ja KATP-salpaajilla; tämä viittaa siihen, että adenosiinin vapautuminen ja KATP-kanavien aktivoituminen adenosiini-Al-reseptorien kautta voi muodostaa varhaisen vaiheen iskeemisessä aivojen esivalmistelussa.
Adenosiinireseptorin, proteiinikinaasi C:n (PKC) ja ATP-herkän kaliumkanavan (KATP-kanava) aktivoitumisen tiedetään laukaisevan esivalmistelun. Nämä tiedot antavat suoraa näyttöä siitä, että KATP-kanava, ei niinkään adenosiinireseptori, on PKC:n jälkeinen vaikuttaja PKC-välitteisen prekonditionoinnin käynnistämisessä. Sekä adenosiinireseptoria että KATP-kanavaa tarvitaan edistämään varsinaista suojavaikutusta jatkuvan hypoksian aikana . Arvioidaan mahdollisuutta liittyä suojaavan tapahtuman biologisen vaiheen biologiseen vaiheeseen, johon osallistuvat adenosiini A1-reseptorit ja KATP-kanavat, jotka liittyvät KA:n aiheuttaman epilepsiatoleranssin tai KA:n aiheuttaman epilepsian ja globaalin iskemian väliseen ristisietokykyyn .