1.1 De möjliga fysiologiska källorna till nukleotider och nukleosider
ATP och andra beskrivna nukleotider behandlar både metabotropa (P2Y) och jonotropa (P2X) receptorer. P2X-receptorernas underenheter (P2X1-P2X7) bildar ligandstyrda katjonkanaler, som homomultimerer eller heteromultimerer. P2X3-underenheterna bidrar till jonpermeabilitetsvägen genom att förena fälten av varje underenhet. P2X3R har den lägsta registrerade relativa Ca2+permeabiliteten i familjen. P2X7, utöver katjonkanaler, är associerad till att innehålla stora cytolytiska porer; som finns i makrofager och mikrogliaceller i hjärnan. P2Y-receptorer kan aktivera eller hämma adenylatcyklas beroende på subtyp och följaktligen typen av kopplat G-protein. Adenylatcyklas och särskilt för inhibering av Ca2+-kanaler förekommer. P2Y-receptorer utgör en undergrupp av G-proteinkopplade receptorer; de flesta kopplar till fosfolipas C via G-proteinet, men hämning av adenylatcyklas och Ca2+-kanaler av N-typ och aktivering av K+-kanaler förekommer också. De uttryckta P2Y-receptorerna skiljer sig i allmänhet farmakologiskt åt genom agonisternas rangordning; vissa föredrar pyrimidin framför purin. Flera P2Y-receptorer har en mycket vanlig vävnadsdistribution. Molekylära strukturer för ATP och BzATP visas i figur 1.
Figur 1.
Molekylära strukturer för ATP och BzATP .
Adeninnukleotider hämmar isoproterenol- och forskolininducerad cyklisk AMP-ackumulering i C6-2B-råttgliomceller. Denna hämning sker i närvaro av en fosfodiesterashämmare. Adeninnukleotider orsakade inga effekter vid mätningar av den direkta fosfodiesterasaktiviteten i intakta celler. Förbehandling av C6-2B-gliomceller med pertussistoxin blockerade de hämmande effekterna av P2Y-purinerga receptoragonister. Ett antal ATP- och ADP-analoger gav upphov till en rangordning av potens (2-metylthioadenosin 5′-trifosfat> eller = 2-metylthioadenosin 5′-difosfat > adenosin 5′-O-(2-tiodifosfat) > 2-chlor-adenosin ADP = adenosin 5′-O-(3-thio-trifosfat) > ATP > UTP) som förväntas från en aktivering av P2Y-purinerga receptorer; och de P2X-purinerga receptoragonisterna alfa, beta-metylenadenosin 5′-trifosfat och beta, gamma-metylenadenosin 5′-trifosfat hade ingen effekt. Fosfolipas C-aktivitet uppträder som svar på aktivering av P2-purinerga receptorer i många målvävnader, och därför mättes effekterna av P2Y-receptoragonister på inositolfosfatackumulering i C6-2B-celler. Inga bevis hittades för en reglering av P2Y-purinerga receptorer med hjälp av inositollipidmetabolismen under förhållanden där aktivering av muskarin-kolinerga receptorer eller AIF4 ökade inositolfosfatackumulationen. Dessa resultat tyder på att det finns en P2-purinerga receptorsubtyp med olika signaleringsegenskaper i C6-2B-gliomceller från råttan. Även om denna receptor uttrycker de allmänna farmakologiska egenskaperna hos en fosfolipas C-kopplad P2Y-purinerg receptor, kan den representera en unik receptorsubtyp eftersom den hämmar adenylylcyklas .
Puriner ansågs vara begränsade till det intracellulära kompartmentet där de användes för energiprocessing, nukleinsyrasyntes och ett stort antal biokemiska reaktioner. Karl Lohmann isolerade ATP, som är den viktigaste intracellulära energivalutan, 1929 . Adenosin och adenosintrifosfat i) är emellertid rikliga biokemiska komponenter i tumörernas mikromiljö, ii) är starka modulerare av immuncellsresponser och cytokinfrisättning och iii) är nyckelaktörer i interaktionen mellan värd och tumör. Dessutom påverkar båda nukleotiderna direkt tumörcellstillväxten. Adenosin är en potent immunosuppressiv substans (främst verksamt vid A2A-receptorer) och en celltillväxtmodulator (främst verksamt vid A3-receptorer). ATP är ett proinflammatoriskt medel (verksamt i P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6 och P2Y12 samt vid P2X4- och P2X7-receptorer), ett immunsuppressivt medel (verksamt i P2Y11) och en tillväxtfrämjare (verksamt i P2Y1, P2Y2 och P2X7). Detta komplexa signalnätverk ger upphov till ett antal hämmande och stimulerande reaktioner som påverkar immuncellsfunktion, tumörtillväxt och metastatisk spridning.
Purinerga receptorer, som representeras av många familjer, är de vanligaste receptorerna i levande organismer och förekommer möjligen redan i evolutionens tidiga skeden. Purinerga signaler i perifera och centrala nervsystem är ett snabbt växande område. Undersökning av dessa receptorer gör det möjligt att utveckla terapeutiska strategier för dessa störningar med nya verkningsmekanismer, inklusive purinergiska, patogena tillstånd, inklusive smärta, trauma, ischemi, epilepsi, migrän, psykiatriska störningar och läkemedelsberoende .
I mikromolära/nanomolära koncentrationer har extracellulärt adenosintrifosfat (ATP) visat sig ge upphov till betydande funktionella förändringar i ett stort antal olika normala och transformerade celltyper. Även om ATP kan frigöras specifikt från cytosolen i skadade celler, är det också förpackat i vissa exocytotiska vesiklar/granuler som innehåller konventionella neurotransmittorer och hormoner. Olika biologiska reaktioner på ATP förmedlas av olika P2-purinerga receptorer på cellytan som aktiveras vid bindning av ATP och andra nukleotider. Nya fysiologiska, biokemiska och farmakologiska studier har visat att det finns flera typer av ATP-receptorsubtyper. Dessa inkluderar: (1) G-proteinbundna ATP-receptorer som inducerar inositolfosfolipidhydrolys, Ca2 + -mobilisering och aktivering av proteinkinas C, (2) ATP-receptorer som direkt aktiverar icke-selektiva katjonkanaler i plasmamembran i olika celltyper och (3) ATP-receptorer som kan framkalla cytotoxiska eller aktiveringsresponser i T-lymfocyter och andra immuna effektorceller genom att snabbt inducera porerna i ytmembranen som är genomsläppliga för joner och endogena metaboliter (med molekylvikter upp till 900 Da). Förutom dessa funktionella kriterier kan dessa standard ATP-receptorsubtyper särskiljas farmakologiskt genom karakteristisk potens för olika strukturellt modifierade ATP-analoger .
Intracellulära nukleotider spelar en grundläggande och allestädes närvarande roll i energimetabolismen, nukleinsyresyntesen och enzymregleringen. Det är allmänt känt att extracellulära nukleotider och nukleosider utför viktiga biologiska åtgärder i många vävnader och celler. Metaboliska sensorer som GLUT (underlättar transporten av glukos in i cellerna), SGLT (underlättar återabsorptionen av glukos tillbaka till cirkulationen) och KATP (ATP-känsliga kaliumkanaler) spelar en viktig roll för glukoshomeostas och metabolism i kroppen och i många specifika organ (t.ex, tarm, bukspottkörtel, hjärta, skelettmuskulatur och hjärna) .
KATP binder metaboliska signaler till cellens excitabilitet och spelar en viktig roll i många vävnader, bl.a. reglering av insulinutsöndring, kontroll av kärltonus och skydd av nervceller och muskler mot ischemi. KATP-kanaler är oktameriska komplex som består av fyra sulfonylurea-receptorer (SUR.x) och fyra inåtriktade kaliumkanaler (Kir6.x). De regleras av intracellulär ATP och ADP. Medan ATP hämmar kanalaktiviteten antagoniserar ADP den hämmande effekten av ATP i närvaro av Mg2+ och stimulerar kanalaktiviteten. Dessa grindegenskaper är viktiga för att denna kanal ska kunna upptäcka metaboliska förändringar i cellerna. I β-celler i bukspottkörteln ökar således /-förhållandet som svar på att blodglukosnivåerna ökar, vilket leder till stängning av KATP-kanalen, membrandepolarisering, aktivering av spänningsstyrda Ca2+-kanaler och insulinfrisättning. När blodglukosnivåerna är låga minskar dock /-förhållandet, KATP-kanalerna öppnas och insulinutsöndringen minskar .
De katastrofala kanalerna i bukspottkörteln aktiveras på följande sätt; i händelse av att β-cellernas glukosnivå ökar ökar även det intracellulära förhållandet mellan ATP och ADP, vilket leder till stängning av KATP-kanalen, depolarisering av cellerna och insulinfrisättning .
Den P-känsliga K′(K + ) strömmen tros regleras av GTP-bindande proteiner (G-proteiner), men de vägar som kombinerar receptor, G-protein och kanal är inte identifierade. Regleringen av den tolbutamidkänsliga K′-strömmen i neonatala ventrikelmyocyter från råttor har fastställts. Aktiverade ATP-känsliga K + (K + ) kanaler finns i cellerna när de intracellulära ATP-nivåerna minskar. Intracellulära ATP-nivåer finns när intracellulära ATP-nivåer minskar i cellen, intracellulär skelettmuskel, hjärna och bukspottkörtel. Man vet inte mycket om K + -kanalernas funktion i hjärtceller, även om deras viktiga roll i kontrollen av insulinutsöndringen från P-celler i bukspottkörteln är väletablerad. När de aktiveras farmakologiskt minskar dessa kanaler kraftigt aktionspotentialens varaktighet och har föreslagits vara ansvariga för förkortningen av aktionspotentialen i metaboliskt farliga ischemiska muskler. ATP-koncentrationen i den metaboliskt blockerade kasten förblir dock över den nivå som förhindrar kanalerna i de exciderade membranplattorna. En möjlig förklaring till denna diskrepans är att kanalernas ATP-känslighet kan moduleras av intracellulära mekanismer .
ATP-responsiva K+-kanaler, så kallade KATP-kanaler, utgör en länk mellan cellulär ämnesomsättning och membranens elektriska aktivitet i olika vävnader. Kanalisoformer är måltavlor för föreningar som stimulerar och hämmar deras aktivitet vilket resulterar i membranhyperpolarisering respektive depolarisering. Vaskulär glatt muskulatur och stimulering av insulinsekretionens lossning är exempel på dessa situationer ovan . Adenosinagonister och öppnare av den ATP-känsliga kaliumkanalen (KATP) har rapporterats begränsa infarktstorleken (IS) . ATP-känsliga kaliumkanaler (KATP) är väldefinierade i hjärtat, skelettet och glatt muskulatur, bukspottkörtelceller, hypofysen, det centrala och perifera nervsystemet, både elektrofysiologiskt och farmakologiskt. Aktiviteterna och därmed de olika cellfunktionerna styrs av den cellulära ämnesomsättningen. I allmänhet anses förändringarna i ATP (som orsakar kanalstängning) och i MgADP (som aktiverar kanalen) ha en dubbel metabolism för kanalaktivitet 6. Det beskrivs att den cellulära lokaliseringen av två mRNA-transkript som förväntas generera ATP-känsliga K+-kanaler i murinhjärnan. Det finns bevis för att KATP-kanalen i bukspottkörtelceller består av en Kir6.2 och ett komplex av SUR1-underenheter. KATP-kanaler med liknande egenskaper (typ I) har beskrivits i olika neuroner, bland annat i hjärnbarken, basic nigra, caudate och hippocampus .
Nästan alla tumörceller och alla immunceller uttrycker plasmamembranreceptorer för extracellulära nukleosider (adenosin) och nukleotider (ATP, ADP, UTP, UDP och socker UDP). Tumörens mikromiljö kännetecknas av en ovanligt hög koncentration av ATP och adenosin. Adenosin är en viktig bestämningsfaktor för den immunosuppressiva tumörmiljön. Seriell hydrolys av extracellulär ATP som katalyseras av CD39 och CD73 är den viktigaste vägen för adenosinbildning i tumörinterstitium. Extracellulär ATP och adenosinform är både värd- och tumörresponser. Beroende på den aktiverade specifika receptorn förmedlar extracellulära puriner immunosuppression eller immunstimulering på värdsidan och tillväxtstimulering eller cytotoxicitet på tumörsidan. Den senaste utvecklingen på detta område ger nyckeln till att dechiffrera detta komplexa scenario, med hjälp av terapins potentiella fördelar. Prekliniska data tyder på att målinriktning på den adenosinproducerande vägen eller adenosinerga receptorer dämpar immunosuppressionen och kraftigt hämmar tumörtillväxten. Å andra sidan hämmas tillväxten av experimentella tumörer kraftigt genom att rikta in sig på receptorn för P2X7 ATP selektiva cancer- och immunceller. Den roll som extracellulära puriner (purinerga signaler) spelar i interaktionen mellan värd och tumör och belyser nya behandlingsalternativ från de senaste framstegen. Det råder nu konsensus om att ATP och adenin är de viktigaste komponenterna i tumörmikromiljön (TME), där TME påverkar tumörtillväxt, immuncellsfunktioner och interaktion mellan tumör och värd på olika sätt. Med tanke på den utbredda observationen att många maligna tumörer överuttrycker flera P1R- eller P2R-subtyper skulle ett enkelt tillvägagångssätt kräva att man riktar in sig på dessa receptorer med selektiva receptorer för att undertrycka tumörreceptorns tillväxt. På samma linje av interferens betraktas de enzymer som är involverade i metabolismen av extracellulära nukleotider och nukleosider (CD39, CD73 och adenosindeaminas). Även om effektiviteten hos flera enkla prekliniska modeller har bevisats, är detta enkla tillvägagångssätt uppenbarligen mycket rent. P1Rs, P2Rs och ATP/adenosinstörande enzymer uttrycks tillsammans med värdens immunstimulerande och stromala celler, som har mycket viktiga funktioner för värdens integrerade komplexbildning runt tumören. Ett noggrant urval av den purinerga receptorn i kombination med modulatorer av extracellulära adenosinerga vägar kan göra det möjligt att hämma tumörcellstillväxten och samtidigt öka värdets anti-tumörrespons. Detta medel mot cancer kommer att ge ytterligare ett kraftfullt vapen för kombinationsbehandlingar.
Nukleotider och deras receptorer framträder som potentiella aktörer i växelverkan mellan värd och tumör, t.ex. som nya och viktiga inflammations- och immunmodulerare. Ett stort antal P2- och P1-receptorer som uttrycks av tumör- och inflammatoriska celler som uppvisar olika ligandaffiniteter för P2- och P1-receptorsubtyper moduleras av lokala faktorer som erhålls från ektonukleotider och ADA på nukleotid- och adenosinkoncentrationen. In vivo data stöder in vitro bevis för att minskningen av adenosinkoncentrationen i tumören och inriktningen på P2X7-receptorn har en potent antitumoreffekt. Att undersöka den purinerga signaleringen i cancer öppnar därför lovande perspektiv för utveckling av innovativa terapier .
Purinerga signaleringen har fokuserats på det tumörassocierade immunsvaret; nukleotider och nukleosider har starka direkta effekter på själva tumörcellerna. Stimulering av P2Y-receptorer (P2Y1 och P2Y2) främjar tillväxten, därför är det troligt att ackumulationen av ATP i tumörens mikromiljö främjar tumörtillväxten, beroende på de uttryckta P2Y-receptorsubtyperna. Förutom P2Y-receptorer spelar P2X7 en roll för tumörtillväxt. Det är en gammal observation att de flesta maligna tumörer överuttrycker P2X7 . Det är känt att denna receptor förmedlar ett starkt cytotoxiskt svar . Det är därför svårt att avgöra varför en tumör överuttrycker en ”självmordsreceptor”. Cytotoxicitet utlöses dock oftast av farmakologiska (dvs. nära millimolära) ATP-doser. Däremot ger aktivering av P2X7 genom endogent frigjord ATP en trofisk, tillväxtfrämjande effekt.
Nukleotider och nukleosider i vätska från luftvägarna reglerar den mukociliära rensningen, den primära naturliga försvarsmekanismen som avlägsnar främmande partiklar och patogener från luftvägarnas yta. Dessa effekter i luftvägarna förmedlas huvudsakligen av två purinerga receptorsubtyper, den Gq-kopplade ATP/UTP-sensorerande P2Y2-receptorn och den Gs-konjugerade A2b-adenosinreceptorn. Aktivering av A2b-receptorn resulterar i cykliskt AMP-beroende aktivering av Cın1-kanalen i CFTR (cystisk fibros transmembranregulator) och stimulering av den ciliära pulsfrekvensen. Agonistaktivering av P2Y2-receptorn främjar hämning av CFTR-beroende och CFTR-oberoende Cl-sekretion, ciliärslagning och mucinutsöndring samt Na+-absorption .
Fenomenet om processen avslöjar deltagandet av en biologisk kaskad. I detta sammanhang efterliknar adenosinagonister och öppnare av ATP-känsliga K+-kanaler (KATP) vissa skyddseffekter av prekonditioneringsprocessen. Dessutom upphävs dessa effekter av adenosinantagonister och KATP-blockerare; detta tyder på att frisättning av adenosin och aktivering av KATP-kanaler genom adenosin-Al-receptorer kan utgöra ett tidigt steg i ischemisk cerebral prekonditionering .
Aktivering av adenosinreceptorn, proteinkinas C (PKC) och ATP-känsliga kaliumkanaler (KATP) är känt för att utlösa prekonditionering. Uppgifterna ger direkta bevis för att KATP-kanalen, snarare än adenosinreceptorn, är effektorn nedströms PKC vid initiering av PKC-medierad prekonditionering. Både adenosinreceptorn och KATP-kanalen krävs för att främja den faktiska skyddseffekten vid kontinuerlig hypoxi . Möjligheten att förena det biologiska stadiet av den skyddande händelsens inblandning av adenosin A1-receptorer och KATP-kanaler, i samband med korstolerans mellan KA-inducerad epileptisk tolerans eller KA-inducerad epilepsi och global ischemi, utvärderas .