Funcțiile receptorilor purinergici

1.1. Posibilele surse fiziologice de nucleotide și nucleozide

ATP și alte nucleotide descrise tratează atât receptorii metabotropi (P2Y) cât și pe cei ionotropi (P2X). Subunitățile receptorilor P2X (P2X1-P2X7) formează canale cationice portate de ligand, ca homomultimeri sau heteromultimeri. Subunitățile P2X3 contribuie la calea de permeabilitate ionică prin unirea câmpurilor fiecărei subunități. P2X3R are cea mai mică permeabilitate relativă la Ca2+ înregistrată din familie. P2X7, în plus față de canalele cationice, este asociat pentru a conține pori citolitici mari; care se găsesc în macrofage și în celulele microgliale cerebrale. Receptorii P2Y pot activa sau inhiba adenilatciclaza în funcție de subtip și, în consecință, de tipul de proteină G cuplată. Apare adenilat ciclaza și mai ales pentru inhibarea canalului Ca2+. Receptorii P2Y formează un subset de receptori legați de proteina G; majoritatea se cuplează la fosfolipaza C prin intermediul proteinei G, dar apare și inhibarea adenilatciclazei și a canalelor Ca2+ de tip N și activarea canalelor K+. Receptorii P2Y exprimați se disting în general din punct de vedere farmacologic prin ordinea de rang a agoniștilor; unii preferă pirimidina în locul purinei. Mai mulți receptori P2Y au o distribuție tisulară foarte comună . Structurile moleculare ale ATP și BzATP sunt prezentate în figura 1.

Nucleotidele de adenină inhibă acumularea de AMP ciclic indusă de izoproterenol și forskolină în celulele de gliom de șobolan C6-2B. Această inhibiție are loc în prezența unui inhibitor de fosfodiesterază. Nucleotidele de adenină nu au provocat efecte în măsurătorile activității directe a fosfodiesterazei în celule intacte. Pretratarea celulelor de gliom C6-2B cu toxină pertussis a blocat efectele inhibitoare ale agoniștilor receptorilor P2Y-purinergici. Un număr de analogi ai ATP și ADP au produs o ordine de potență de rang (2-metiltioadenozină 5′-trifosfat> sau = 2-metiltioadenozină 5′-difosfat > adenozină 5′-O-(2-tidiodifosfat) > 2-cloro-adenozină ADP = adenozină 5′-O-(3-tio-trifosfat) > ATP > UTP) așteptată de la o activare a receptorului P2Y-purinergic; iar agoniștii receptorilor P2X-purinergici, alfa, beta-metilenadenozina 5′-trifosfat și beta, gama-metilenadenozina 5′-trifosfat nu au avut niciun efect. Activitatea fosfolipazei C apare ca răspuns la activarea receptorilor P2-purinergici în multe țesuturi țintă, prin urmare, efectele agoniștilor receptorilor P2Y asupra acumulării de fosfat de inositol au fost măsurate în celulele C6-2B. Nu s-a găsit nicio dovadă pentru reglarea receptorului P2Y-purinergic mediată de metabolismul lipidelor inositolului în condițiile în care activarea receptorului colinergic muscarinic sau AIF4 a crescut acumularea de fosfat de inositol. Aceste rezultate indică faptul că un subtip de receptor P2-purinergic cu caracteristici de semnalizare diferite este prezent pe celulele de gliom de șobolan C6-2B. Deși acest receptor exprimă proprietățile farmacologice generale ale unui receptor P2Y-purinergic legat de fosfolipaza C, acesta poate reprezenta un subtip de receptor unic, deoarece inhibă adenililciclaza.

Se credea că purinele sunt limitate la compartimentul intracelular în care erau utilizate pentru procesarea energiei, sinteza acizilor nucleici și un număr mare de reacții biochimice. Karl Lohmann a izolat ATP, care este principala monedă energetică intracelulară, în 1929 . Cu toate acestea, adenozina și adenozin trifosfatul (i) sunt componente biochimice abundente ale micro-mediului tumoral, (ii) sunt puternici modulatori ai răspunsurilor celulelor imune și ai eliberării de citokine și (iii) sunt actori-cheie în interacțiunea gazdă-tumor. În plus, ambele nucleotide afectează în mod direct creșterea celulelor tumorale. Adenozina este un puternic imunosupresor (eficace în principal la nivelul receptorilor A2A) și un modulator al creșterii celulare (eficace în principal la nivelul receptorilor A3). ATP este un agent proinflamator (eficient la nivelul receptorilor P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6 și P2Y12 și la receptorii P2X4 și P2X7), un imunosupresor (eficient la nivelul receptorilor P2Y11) și un promotor al creșterii (eficient la nivelul receptorilor P2Y1, P2Y2 și P2X7). Această rețea complexă de semnalizare produce o serie de răspunsuri inhibitorii și stimulatoare care afectează funcția celulelor imune, creșterea tumorală și răspândirea metastatică.

Receptorii purinergici, reprezentați de numeroase familii, sunt cei mai abundenți receptori din organismele vii, apărând probabil încă din primele etape ale evoluției. Semnalizarea purinergică în sistemele nervoase periferice și centrale este un domeniu în expansiune rapidă. Examinarea acestor receptori face posibilă dezvoltarea de strategii terapeutice pentru aceste afecțiuni cu noi mecanisme de acțiune, inclusiv purinergice, condiții patogene, inclusiv durere, traume, ischemie, epilepsie, migrenă, tulburări psihiatrice și dependență de droguri .

În concentrații micromolare/nanomolare, s-a demonstrat că adenozin trifosfatul (ATP) extracelular produce modificări funcționale semnificative într-o mare varietate de tipuri de celule normale și transformate. Deși ATP poate fi eliberat în mod specific din citosolul celulelor deteriorate, acesta este, de asemenea, ambalat în unele vezicule/granule exocitotice care conțin neurotransmițători și hormoni convenționali. Diferite reacții biologice la ATP sunt mediate de diverși receptori P2-purinergici de suprafață celulară activați la legarea ATP și a altor nucleotide. Studii fiziologice, biochimice și farmacologice recente au arătat că există mai multe tipuri de subtipuri de receptori ATP. Printre acestea se numără: (1) receptorii ATP legați de proteina G care induc hidroliza inositolului fosfolipidic, mobilizarea Ca2 + și activarea proteinei kinazei C; (2) receptorii ATP care activează direct canalele cationice neselective din membranele plasmatice ale diferitelor tipuri de celule și (3) receptorii ATP capabili să producă răspunsuri citotoxice sau de activare în limfocitele T și alte celule efectoare imune prin inducerea rapidă a porilor membranari de suprafață permeabili la ioni și metaboliți endogeni (cu greutăți moleculare de până la 900 Da). În plus față de aceste criterii funcționale, aceste subtipuri de receptori ATP impliciți pot fi distinse farmacologic prin potența caracteristică pentru diverși analogi ATP modificați structural .

Nucleotidele intracelulare joacă un rol fundamental și omniprezent în metabolismul energetic, sinteza acizilor nucleici și reglarea enzimelor. Se știe pe scară largă că nucleotidele și nucleozidele extracelulare desfășoară acțiuni biologice importante în multe țesuturi și celule . Senzorii metabolici GLUTs (facilitează transportul glucozei în celule), SGLTs (facilitează reabsorbția glucozei înapoi în circulație) și KATP (canale de potasiu sensibile la ATP) joacă un rol important în homeostazia și metabolismul glucozei în organism și în multe organe specifice (de ex, intestin, pancreas, inimă, mușchi scheletici și creier) .

KATP leagă semnalele metabolice de excitabilitatea celulară și joacă un rol important în multe țesuturi, inclusiv în reglarea secreției de insulină, controlul tonusului vascular și protecția neuronilor și a mușchilor de ischemie. Canalele KATP sunt complexe octamerice formate din patru receptori de sulfoniluree (SUR.x) și patru canale de potasiu cu rectificare interioară (Kir6.x). Acestea sunt reglementate de ATP și ADP intracelular. În timp ce ATP inhibă activitatea canalului, ADP antagonizează efectul inhibitor al ATP în prezența Mg2+ și stimulează activitatea canalului. Aceste proprietăți de poartă sunt esențiale pentru ca acest canal să detecteze modificările metabolice din celule. Astfel, în celulele β pancreatice, raportul / crește ca răspuns la creșterea nivelului de glucoză din sânge, ceea ce duce la închiderea canalului KATP, la depolarizarea membranei, la activarea canalelor de Ca2+ portate de tensiune și la eliberarea de insulină. Cu toate acestea, atunci când nivelurile de glucoză din sânge sunt scăzute, raportul / scade, canalele KATP se deschid și secreția de insulină scade .

Canalele catastrofale din pancreas sunt activate după cum urmează; în cazul în care nivelul de glucoză din celulele β este crescut, raportul intracelular dintre ATP și ADP crește, de asemenea, ceea ce duce la închiderea canalului KATP, depolarizarea celulelor și eliberarea de insulină .

Se crede că fluxul K′(K + ) sensibil la P este reglat de proteinele de legare a GTP (proteine G), dar nu sunt identificate căile care combină receptorul, proteina G și canalul. Se determină reglarea curentului K′ sensibil la tolbutamidă în miocitele ventriculare de șobolan neonatale. Canalele K + (K + ) sensibile la ATP activate sunt prezente în celule atunci când nivelurile intracelulare de ATP scad. Nivelurile de ATP intracelular se găsesc atunci când nivelurile de ATP intracelular sunt reduse în celulă, în mușchiul scheletic intracelular, în creier și în pancreas. Se cunosc puține lucruri despre funcția canalelor K + în celulele cardiace, deși rolul lor important în controlul secreției de insulină din celulele P pancreatice a fost bine stabilit. Atunci când sunt activate farmacologic, aceste canale reduc foarte mult durata potențialului de acțiune și s-a propus să fie responsabile de scurtarea potențialului de acțiune în mușchii ischemici periculoși din punct de vedere metabolic. Cu toate acestea, concentrația de ATP în casta blocată metabolic rămâne peste nivelul, ceea ce împiedică apariția canalelor în patch-urile de membrană excizate. O posibilă explicație pentru această discrepanță este că sensibilitatea ATP a canalelor poate fi modulată de mecanisme intracelulare .

Canalele K+ sensibile la ATP, numite canale KATP, asigură o legătură între metabolismul celular și activitatea electrică membranară în diverse țesuturi. Izoformele canalelor sunt ținte pentru compușii care stimulează și inhibă activitatea lor, având ca rezultat hiperpolarizarea și respectiv depolarizarea membranei. Mușchii netezi vasculari și stimularea slăbirii secreției de insulină sunt exemple pentru aceste situații de mai sus . Agoniștii adenozinei și deschizătorii canalului de potasiu sensibil la ATP (KATP) au fost raportate pentru a limita dimensiunea infarctului (IS) . Canalele de potasiu sensibile la ATP (KATP) sunt bine definite în inimă, schelet și mușchi neted, celule pancreatice, hipofiză, sistemul nervos central și periferic, atât din punct de vedere electrofiziologic, cât și farmacologic. Activitățile și, prin urmare, diferitele funcții celulare sunt controlate de metabolismul celular. În general, se consideră că modificările ATP (care determină închiderea canalului) și cele ale MgADP (care activează canalul) au un metabolism dublu față de activitatea canalului 6. Este descrisă localizarea celulară a două transcripții de ARNm care este de așteptat să genereze canale K+ sensibile la ATP în creierul murin. Există dovezi că canalul KATP din celulele pancreatice este alcătuit dintr-un Kir6.2 și un complex de subunități SUR1. Canalele KATP cu caracteristici similare (tip I) au fost descrise în diverși neuroni, inclusiv în cei din cortexul cerebral, nigra de bază, caudat și hipocampus .

Chiar toate celulele tumorale și toate celulele imune exprimă receptori ai membranei plasmatice pentru nucleozidele extracelulare (adenozină) și nucleotide (ATP, ADP, UTP, UDP și UDP de zahăr). Micro-mediul tumoral este caracterizat de o concentrație neobișnuit de mare de ATP și adenozină. Adenozina este un factor determinant important al mediului tumoral imunosupresor. Hidroliza în serie a ATP extracelular catalizată de CD39 și CD73 este principala cale de formare a adenozinei în interstițiul tumoral. ATP extracelular și mucegaiul de adenozină sunt atât răspunsuri ale gazdei, cât și ale tumorii. În funcție de receptorul specific activat, purinele extracelulare mediază imunosupresia sau imunostimularea din partea gazdei și stimularea creșterii sau citotoxicitatea din partea tumorii. Evoluțiile recente în acest domeniu oferă cheia pentru descifrarea acestui scenariu complex, folosind potențialele beneficii ale terapiei. Datele preclinice indică faptul că țintirea căii producătoare de adenozină sau a receptorilor adenozinergici atenuează imunosupresia și inhibă puternic creșterea tumorală. Pe de altă parte, creșterea tumorilor experimentale este puternic inhibată prin direcționarea receptorului de P2X7 ATP selectiv al celulelor canceroase și imunitare. Rolul purinelor extracelulare (semnalizarea purinergică) acționează în interacțiunea gazdă-tumor și evidențiază noi opțiuni de tratament din progresele recente. Există în prezent un consens asupra faptului că ATP și adenina sunt principalele componente ale micro-mediului tumoral (TME), în care TME afectează creșterea tumorală, funcțiile celulelor imune și interacțiunea tumoră-gazdă în diferite moduri. Având în vedere observația larg răspândită conform căreia multe tumori maligne supraexprimă mai multe subtipuri P1R sau P2R, o abordare simplă ar necesita direcționarea acestor receptori cu receptori selectivi pentru a suprima creșterea receptorilor tumorali. Pe aceeași linie de interferență, sunt privite enzimele implicate în metabolismul nucleotidelor și nucleozidelor extracelulare (CD39, CD73 și adenozină deaminaza). Deși eficacitatea mai multor modele preclinice simple a fost dovedită, această abordare simplă este în mod clar foarte pură. P1Rs, P2Rs și enzimele care perturbă ATP/adenozina sunt exprimate împreună cu celulele imunostimulatoare și stromale ale gazdei, care au funcții foarte importante pentru formarea complexului integrat al gazdei în jurul tumorii. Selectarea atentă a receptorului purinergic candidat, în combinație cu modulatori ai căilor adenozinerice extracelulare, poate permite inhibarea creșterii celulelor tumorale și creșterea concomitentă a răspunsului antitumoral al gazdei. Acest agent anticanceros va oferi o armă puternică suplimentară pentru tratamentele combinative .

Nucleotidele și receptorii lor apar ca potențiali actori în interacțiunea gazdă-tumor, cum ar fi noi și importanți modulatori inflamatori și imuni. Un număr mare de receptori P2 și P1 exprimați de celulele tumorale și inflamatorii care prezintă diferite afinități de ligand pentru subtipurile de receptori P2 și P1 sunt modulate de factori locali obținuți din ectonucleotide și ADA pe concentrația de nucleotide și adenozină. Datele in vivo susțin dovezile in vitro conform cărora reducerea concentrației de adenozină intratumorală și direcționarea receptorului P2X7 au un puternic efect antitumoral. Prin urmare, investigarea semnalizării purinergice în cancer deschide perspective promițătoare pentru dezvoltarea unor terapii inovatoare .

Semnalizarea purinergică a fost concentrată asupra răspunsului imunitar asociat tumorii; nucleotidele și nucleozidele au efecte directe puternice asupra celulelor tumorale însele. Stimularea receptorilor P2Y (P2Y1 și P2Y2) promovează creșterea, prin urmare, în funcție de subtipurile de receptori P2Y exprimate, acumularea de ATP în micro-mediul tumoral este susceptibilă de a promova creșterea tumorală. În plus față de receptorii P2Y, P2X7 joacă un rol în creșterea tumorală. Este o observație de lungă durată că majoritatea tumorilor maligne supraexprimă P2X7 . Se știe că acest receptor mediază un răspuns citotoxic puternic . Prin urmare, se determină de ce o tumoare ar trebui să supraexprime un receptor „sinucigaș”. Cu toate acestea, citotoxicitatea este cel mai frecvent declanșată de doze farmacologice (adică aproape milimolare) de ATP. În schimb, activarea P2X7 de către ATP eliberat endogen produce un efect trofic, de promovare a creșterii.

Nucleotidele și nucleozidele din lichidul de la suprafața căilor respiratorii reglează activitățile de clearance mucociliar (MCC), principalul mecanism natural de apărare care îndepărtează particulele străine și agenții patogeni de la suprafața căilor respiratorii. Aceste efecte la nivelul căilor respiratorii sunt mediate în principal de două subtipuri de receptori purinergici, receptorul P2Y2 cuplat la ATP/UTP și cuplat la Gq și receptorul de adenozină A2b conjugat la Gs. Activarea receptorului A2b are ca rezultat activarea dependentă de AMP ciclic a canalului Cın1 al regulatorului transmembranar al fibrozei chistice (CFTR) și stimularea frecvenței pulsului ciliar. Activarea agonistă a receptorului P2Y2 promovează inhibarea secreției de Cl dependentă de CFTR și independentă de CFTR, a bătăilor ciliare și a secreției de mucină, precum și a absorbției de Na+ .

Fenomenul despre proces relevă participarea unei cascade biologice. În acest context, agoniștii adenozinei și deschizătorii canalului K+ sensibil la ATP (KATP) mimează unele efecte protectoare ale procesului de precondiționare. Mai mult, aceste efecte sunt inversate de antagoniștii de adenozină și de blocantele KATP; acest lucru sugerează că eliberarea adenozinei și activarea canalelor KATP prin intermediul receptorilor de adenozină Al poate constitui o etapă timpurie în precondiționarea cerebrală ischemică .

Se știe că activarea receptorului de adenozină, a protein kinazei C (PKC) și a canalului de potasiu sensibil la ATP (KATP) declanșează precondiționarea. Datele oferă dovezi directe că canalul KATP, mai degrabă decât receptorul de adenozină, este efectorul din aval de PKC în inițierea precondiționării mediate de PKC. Atât receptorul de adenozină, cât și canalul KATP sunt necesare pentru a promova efectul protector real în timpul hipoxiei continue . Se evaluează posibilitatea unirii etapei biologice de implicare a receptorilor de adenozină A1 și a canalelor KATP în evenimentul protector, asociat cu toleranța încrucișată între toleranța epileptică indusă de KA sau epilepsia indusă de KA și ischemia globală .

.