Huszti Zsuzsanna

Cink az agyban

3.4.1. A cink hatása az asztrogliális glutamátfelvételre

A Zn2+ és a glutamát közötti kapcsolat a „cinkerg” idegsejtek felfedezése óta foglalkoztatja a kutatókat, és ebbe a glutamát-felvételrendszer felé irányuló vizsgálatok is beletartoznak. Bizonyítást nyert, hogy a Zn2+ az asztrogliális glutamátfelvételt gátolja, valószínűsíthető, hogy a Zn2+ a glutamátfelvétel endogén inhibitora.

Vizsgálatok igazolták, hogy a glutamáterg idegsejtből kiáramló glutamát, a preszinaptikus idegsejtbe történő visszavétel helyett, nagyrészt az asztrogliába vevődik fel. Ezt erősíti, hogy a glutamáttanszporterek elsősorban az asztrogliasejtekben, és csak kisebb mértékben az idegsejtekben mutathatók ki. Az asztrogliába felvett glutamát közvetve hasznosítható, előbb glutaminná alakul, majd a glutamin az idegsejtbe jutva glutamáttá reszintetizálódik. A felvétel mechanizmusa az asztrocitákban és az idegsejtekben többnyire azonos, de ez nem jelenti a transzporterek azonosságát is (Huszti, 2008).

Az asztrogliális glutamátfelvétel funkciója többszintű. Túlmutat a neuronális felvétel/visszavétel alapfunkcióin, ugyanis az alapfunkciók mellett aktív résztvevője az asztrogliában folyó glutamát-metabolizmusnak, a GABA-szintézisnek és az energiatermelésnek.

A glutamátfelvétel kizárólagos szubsztrátja a glutamát és az aszpartát. A felvétel energiafüggő, energiáját közvetve a Na+- és K+-gradiens fenntartásával az ATP szolgáltatja. 1 glutamát 3 Na+-ionnal lép be a sejtbe, melyet egy H+-belépés követ, míg 1 K+ lép ki a sejtből. A Na+ a glutamát transzporterhez való kötődését segíti, depolarizálja a plazmamembránt, míg a K+ a nettó glutamátfelvételhez szükséges. A glutamáttranszportot anion- (leginkább Cl–) beáramlás is kíséri, amely nem kapcsolódik a transzporthoz, de aktiválja azt. A folyamat elektrogén, nettó pozitív töltés mozog a sejt belseje felé, és ehhez a hajtóerőt a membránpotenciál szolgáltatja (elektrokémiai gradiens). A befelé mozgó glutamát és a Na+ egy ciklust indít el, amelyben a glutamát és a Na+ belép a sejtbe, míg a K+ (vagy ennek hiányában a glutamát + Na+) kilép a sejtből, és ez a folyamat ismétlődik

A glutamáttranszport nagy affinitású és meglehetősen nagy kapacitású felvétel. A Michaelis–Menten-konstans (KM) 10–90 μM, a maximális sebesség (Vmax) 4–75 (nmol/mg fehérje)/perc között változik. A felvétel sebességét az anion- (Cl–) beáramlás is befolyásolja (Huszti, 2008).

A glutamáttranszporter 10 hidrofób (transzmembrán-) doménből álló fehérjestruktúra, besorolását tekintve a Na+/K+-függő, excitációs (serkentő) aminosav-transzporterek csoporjábatba tartozik (Amara–Kuhar, 1993).

A transzporter és a transzporter izoformák struktúráinak meghatározása tisztítás és aminosavszekvencia-analízis után, klónozással történt. Ily módon öt, 50–60%-ban eltérő aminosav-szekvenciájú izoformát különítettek el. Ezek név szerint: a GLAST vagy EAAT1, a GLT vagy EAAT2, az EAAC vagy EAAT3, az EAAT4 és az EAAT5. A GLAST és a GLT patkányeredetre, az EAAC nyúleredetre, az EAAT valamennyi esetben humán eredetre utal. A GLAST/EAAT1 és a GLT /EAAT2 a legelterjedtebb, csak asztrogliasejtekben található. Az elterjedtség nagyságrendi fölénye az asztrogliális glutamátfelvétel fölényére mutat. A retina esetében néhány idegsejtben GLT/EAAT2 identifikálható, de a legelterjedtebb neuronális glutamáttranszporter az EAAC/EAAT3. A különböző szerkezetű transzporter izoformáktól függően a felvétel kinetikája eltérő is lehet.

Mint már ismertettük, a Zn2+ jelen van különböző idegi struktúrák glutamáterg idegsejtjeiben, a sejtek vezikuláiban, elsősorban a hippokampusz CA1–CA3 szinaptikus termináljaiban és a retina fotoreceptoraiban. Kimutatható a vezikulákból történő Zn2+-kiáramlás és a kiáramló Zn2+ moduláló hatása a posztszinaptikus glutaminerg receptorokon (3.3.1. alfejezet)

A glutamátfelvétel esetében is felmerült a Zn2+ lehetséges modulációs hatása. Megállapították, hogy agyszeleteken és a szinaptoszóma-preparátumon a μM-os Zn2+-koncentráció a glutamátfelvételt gátolja (Balcar–Johnston, 1972; Gabrielsson et al., 1986). A Zn2+ glutamátfelvételt gátló hatását részletesen vizsgálták a szalamanderretina Müller- (glia-) és a fotoreceptor „csap” (ideg)sejtjein (Spiridon et al., 1998). Igazolták, hogy a Zn2+ mind a Müller-sejtek, mind a „csapsejtek” glutamátfelvételét jelentősen gátolja, és ez a megállapítás mind a „befelé”, mind a „kifelé” irányuló glutamátmozgásra érvényesnek muatkozott (11. ábra). A gátló hatás nem kompetitív jellegű, és már 10–6 M-os koncentrációknál kimutatható (IC50 < 1μM). A vizsgálatok jelezték, hogy a Zn2+ a glutamátfelvétellel egy időben jelentkező Cl–-beáramlást is modulálja: a Müller-sejteken stimuláló, a fotoreceptor „csapsejtek”-en gátló hatást mutat (Spiridon et al., 1998). Megállapítást nyert, hogy a Zn2+ hatása az egyes glutamáttranszporter-altípusok vonatozásában egyedi, és ez a transzporterszerkezetek különbözőségére utal. A vizsgálatok igazolták, hogy a szalamandra Müller-sejtjeinek plazmamembránján a GLAST/EAAT1, míg fotoreceptor-sejtjenek plazmamembránján a humán idegsejtekre jellemző, EAAT5 altípus található (Mitrovic et al., 2001).

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1310cink_305/#m1310cink_305 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1310cink_305/#m1310cink_305)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1310cink_305/#m1310cink_305)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1310cink_306/#m1310cink_306 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1310cink_306/#m1310cink_306)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1310cink_306/#m1310cink_306)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

11. ábra. a) A glutamát felvétele az asztrogliasejtekbe: Zn-gátlás. b) Glutamátmetabolizmus az asztrogliasejtekben

Forrás: Scofield, Kalivas (2014 )

A humán EAAT1-en mért Zn2+-hatást Vandenberg és munkacsoportja mérései alátámasztották. A gátlás IC50-értéke 9,9 + 3,2 μM-nak adódott. Ez megközelítően egy nagyságrenddel kisebbnek mutatkozott, mint a patkány-szinaptoszómán mért, de nagyságrendileg nagyobbnak, mint a retina Müller-sejtein mért érték. Azonosságot mutatott az is, hogy a Müller-sejtekhez hasonlóan a Zn2+ a glutamátfelvétellel egyidejűleg a Cl–-beáramlást aktiválja. Szerkezeti különbözőségekkel magyarázható, hogy az EAAT1/GLAST-tal ellentétben az EAAT2/GLT a Zn2+-re érzéketlen, Zn2+-gátlás ezen az altípuson nem mutatható ki (Vanderberg et al., 1998).

A direkt Zn2+–transzporterfehérje kötést a transzporter Zn2+-kötőhelyeinek a felismerése igazolta. Bebizonyosodott, hogy a gátlásért az GLAST/EAAT1 hármas doménjének az extracelluláris hurok végén identifikálható 146-os és 156-os hisztidinje a felelős. A gátlásban a 156-os hisztidin csaknem kizárólagos szerepét az a felismerés is mutatta, hogy a Zn2+-re inszenzitív GLT/EAAT2-n, a 156-os hisztidin helyén glicin található. A vizsgálatok azt is bizonyították, hogy a csapsejtekben előforduló GLT1-ben ezen a helyen a hisztidint glutamát helyettesíti. Vanderberg és Spiridon csapsejteken nyert eredményei szerint a glutamát szintén rendelkezik Zn2+-kötő képességgel (Spiridon et al., 1998; Vandenberg et al., 1998). Feltételezhető, hogy ezekben az esetekben a Zn2+-kötés a hármas transzmembrándoménen olyan konformációváltozást eredményez, amely befolyásolja a szubsztrát (glutamát) és az anion (Cl–) megkötéséért felelős karboxilterminál (pórus) konfigurációját is.

A glutamátfelvétel in vivo szabályozása a neuronális transzmissziót közvetve változtatja meg. A retinában, ahol a Müller-sejtek EAAT1/GLAST transzportere szinte kizárólagos résztvevője a fotoreceptorok szinaptoszómájából kiáramló glutamátfelvételnek, a Zn2+-gátlás kimutatható. A gátlás következménye az extracelluláris glutamátkoncentráció emelkedése, amely végül a neurotranszmisszió progresszióját eredményezi. A Zn2+ gátló hatása ugyanis a Müller-sejteken belül a glutamát-glutamin átalakulás mértékét is csökkenti, és ily módon csökken az idegsejtekbe visszavett glutamin mennyisége és az újraszintetizálódott glutamát-pool az idegsejtekben.

Más oldalról, a gátlást követő extracelluláris glutamátkoncentráció-emelkedés azt is eredményezheti, hogy a Zn2+-re érzéketlen glutamáttranszporterek a glutamátfelesleget más idegsejtekbe juttatják, megváltoztatva ezzel a glutamát-poolok arányát a különböző idegi struktúrákban. Feltehető tehát, hogy azokban az idegi struktúrákban, ahol a glutamáterg idegsejtek vezikuláiban a glutamát és a Zn2+ együttesen fordul elő („cinkerg” idegsejtek) és ahol a közeli gliasejtekben a Zn2+-érzékeny GLAST/EAAT1 transzporter a meghatározó (mint pl. a retinában), a Zn2+ neuromodulátorként működik.

Ischémiákban a Zn2+-hatás felerősödik. Az extracelluláris glutamátkoncentráció nagymértékű emelkedéséhez hozzájárul a gliasejtekbe felvett glutamát „kifelé” irányuló (outward) transzportja is, az eredmény a glutamát neurotoxicitásának a megjelenése. A neurotoxikus hatást ellensúlyozhatja, hogy a Zn2+-re érzékeny glutamáttranszporteren a Zn2+ gátló hatása a „kifelé” irányuló transzporton is érvényesül. A hatás ellensúlyozásához hozzájárul a Zn2+-re érzékeny posztszinaptikus glutamát (NMDA) receptorgátlása is. Megjegyzendő, hogy a toxikus hatás kialakulását a Zn2+–transzporter kötés önmagában is kisebbíti, mivel megakadályozza, hogy a Zn2+ nagy mennyiségben jusson az idegsejtekbe. A közepesen súlyos, átmeneti ischémiás állapotokban tehát a Zn2+ közvetve neuroprotektív hatást eredményezhet (Spiridon et al., 1998).

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

Nyomtatott megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 087 3

Orvostudomány

A cink az élő szervezetek esszenciális mikroeleme. Nagy mennyiségben megtalálható az emberi agyban, az izmokban, a csontokban, a vesében, a májban, a prosztatában és a szemben is. Több száz enzim működésében vesz részt – részben közvetlenül a katalitikus reakciókban, részben az enzimfehérjék koordinátoraként. Jelentős strukturális funkciót tölt be számos transzkripciós faktor szerkezetének kialakításában és a sejtek közötti kommunikációban. Huszti Zsuzsa vizsgálódásának tárgya ezúttal az agy. A kötet külön fejezetekben tárgyalja a cink szerepét az idegsejtekben, a neurofziológiában, a neuoropatológiában, az Alzheimer-kórban (a betegség terápiájában), a memóriában. A szerző széles szakirodalmi bázisra támaszkodva összegzi az ismeretanyagot, és gazdag hivatkozási listával látja el a fejezeteket.

Hivatkozás: https://mersz.hu/huszti-cink-az-agyban//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero