Huszti Zsuzsanna

Cink az agyban

3.4.3. A cink hatása a neuronális dopamin-visszavételre

A Zn2+-kutatás egyik legeredményesebb területe a dopamintranszporter (DAT) és a Zn2+ kapcsolatának a vizsgálata. Az eredményesség megmutatkozik a vizsgálatok újdonságában és az adatok sokszínűségében, de a szerzők és a közlemények gazdagságában. is. A vizsgálati eredmények szerint a Zn2+ a DAT jelentős gátlószere, a gátlás kialakulása nagymértékben a transzporter aminosav-összetételének, -szekvenciájának és konfigurációjának a függvénye.

A dopaminerg idegsejtekből kiáramló dopamin (DA) visszavételét a neuronális DA-felvételi rendszer biztosítja, amely kizárólagos szerepet játszik a dopaminerg szignalizáció leállításában és az extracelluláris tér homeosztázisának a helyreállításában. Jogosan mondhatjuk, hogy a DA-visszavétel meghatározó tényező a DA élettani funkcióiban, a lokomotoros aktivitásban, a kognitív funkciókban és a neuroendokrin rendszer szabályozásában.

A DA-felvétel elektrogén, a DA mellett 2 Na+- és 1 Cl–-ion is felvevődik az idegsejtbe. A felvétel transzportere a DAT, amelynek szerkezetét 1993-ban írták le (Giros–Caron, 1993; Amara– Kuhar, 1993). A DAT szerkezetében 12 transzmembránszegmenst (domén) mutattak ki, a harmadik és a negyedik domén közötti nagy extracelluláris hurokkal. Feltételezték, hogy a felvételt egy kifelé (outward), az extracelluláris tér felé irányuló és egy befelé (inward), a sejt belseje felé irányuló konformáció működteti. A szubsztrátkötő hely az extracelluláris tér felé (otward) irányuló konformáción stabilizálódik.

A feltételezések szerint a ciklus első lépése a Na+ transzporterhez való kötődése. Ebben az állapotban a transzporter az „outward” konformációban van. A szubsztrát–transzporter kötés létrejötte indítja el a transzlokációt, és ez átmenetileg az „inward” konformációt hozza létre, amely a Na+, valamint a szubsztrát „felszabadulását” és sejtbe jutását eredményezi. A feltételezett szerkezeti modell valódiságát néhány éve bizonyították; és az is bizonyítást nyert, hogy a transzporter „outward” konformációban történő stabilizálásához egy „gating domain” szükséges, amely a szubsztrát kötődésénél felszabadul, stabilizálva a transzlokációs ciklus konformációjának egyensúlyi állapotát (Rudnick, 1997).

A DAT működése kétirányú, a transzmembránfelvételt és az effluxot is képes működtetni. A Ca2+-tól független DA-efflux depolarizációs állapotoknál vagy magas extracelluláris szubsztrátkoncentrációknál észlelhető. Egyes idegsejtek aktiválásánál a „nem exocitózissal történő”, Ca2+-független DA-transzport („reverse transport”) ezzel a jelenséggel magyarázható (Falkenburger et al., 2001).

A DAT a pszichostimuláns-kutatás célpontja. Jelentős szerepet játszik a kokain és az amfetamin hatásában, bár a két vegyület hatásmechanizmusa különböző. A kokain a DAT-hoz kötődve gátolja a DA-felvételt, míg az amfetamin a DAT szubsztrátja és a DA-val együtt az idegsejt vezikulájába transzportálódik, ahol a DA-kiáramlás gátlását biztosítja.

A DAT szerkezetének megismerése a kutatások új fejezetét jelentette. A DAT fehérjeszerkezetének ismeretében feltételezhető volt a DAT Zn2+-kötő képessége, valamint az is, hogy a Zn–DAT kötés befolyásolja a DAT működését.

Richfield patkány-szinaptoszómán végzett in vitro vizsgálataiban kimutatta, hogy 0,5–100 μM koncentrációtartományban a Zn2+ gátolja a DA-felvételt, és már egészen alacsony (0,5–1μM) koncentrációkban fokozza a kokain gátló hatását A kezdeti vizsgálati adatok arra mutattak, hogy a gátlás nem kompetitív jellegű, és a gátlásban a szulfhidrilcsoportok elsődleges szerepet játszanak (Richfield, 1993), (13. ábra).

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1310cink_335/#m1310cink_335 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1310cink_335/#m1310cink_335)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1310cink_335/#m1310cink_335)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

13. ábra. Neuronális DA-visszavétel: a Zn hatása a befelé és kifelé irányuló DA-transzportra

Norregaard és munkatársainak vizsgálatai humán DAT-on igazolták az előzetes in vitro vizsgálatok eredményeit, és két Zn2+-kötő egységet is sikerült kimutatniuk a transzporteren. Megállapították, hogy a Zn2+ a 3. és a 4. transzmembránszegmenst (TM3 és TM4) összekötő nagy extracelluláris hurok 193-as hisztidinjéhez, valamint a TM7-et és TM8-at összekötő extracelluláris hurok 375-ös hisztidinjéhez kötődik, és olyan konformációváltozást eredményez, amely gátolja a szubsztrát transzlokalizációját (Norregaard et al., 1998). Későbbi vizsgálatok eredményei szerint ebben a szerkezeti változásban a TM8 extracelluláris végén található 396-os glutamát is érintett, és a gátlásban egy glutamát–Zn kötés is szerepet játszik (Loland et al., 1999). Továbbá az is bizonyítást nyert, hogy a TM6-ot és a TM7-et összekötő intracelluláris hurok 335-ös tirozinjának mutációja olyan konformációváltozást hoz létre, amely a Zn2+ hatására a gátlás helyett nagymértékű stimulációt eredményez. A DA-felvétel Vmax-értéke a kontroll 30-szorosára emelkedik (Loland et al., 2002). Ez a változás azt is bizonyította, hogy a szubsztrát transzlokalizációjában a TM7 kitüntető szerepet játszik.

A legutóbbi eredmények azt mutatták, hogy a nagy extracelluláris hurok (EL2) 206-os helyén lévő aszparaginsav (D206) is részese annak a szerkezeti változásnak, amelyet a Zn2+-kötés okoz és a DAT gátlásához vezet. A mai ismereteink szerint tehát a DAT Zn2+-kötőhelyeinek a száma 3-ról 4-re bővült (Stockner et al., 2013).

Mivel a neurofiziológiában a befelé irányuló (inward) dopamintranszport mellett a kifelé irányuló (outward) transzport is jelentőséggel bír, a Zn2+ hatását vizsgálva a kifelé irányuló, „outward” DA-transzporton lényeges az a megállapítás, hogy a Zn2+ (μM-os koncentrációban) a dopamineffluxot potencírozza. Scholze és munkatársai hDAT-ot expresszáló HEK 293-as sejteken és striátumszeleteken végzett kísérletsorozatában a Zn2+ a DA-effluxot jelentősen megemelte, bizonyítva, hogy a Zn2+ ellentétesen (differenciáltan) modulálja a befelé és a kifelé irányuló DA-transzportot. Az eddigi felfogással ellentétben ez a kísérleti eredmény azt is bizonyítja, hogy a kiáramlás nem egyszerűen a transzporter fordított irányú működésének a kovetkezménye, hanem egy egészében más, kifelé irányuló transzportmechanizmus (Schulze et al., 2002).

Más oldalról az is megerősítést nyert, hogy a Zn2+ potencírozza a DAT-tal együtt mozgó, független Cl–-beáramlást, és ez a membrándepolarizáció jelentős emelkedéséhez vezet. A Cl–-beáramlás okozta membrándepolarizáció egyaránt befolyásolja a Zn2+-indukált DA-gátlást és a Zn2+-indukált, hordozófüggő DA-kiáramlást, vagyis a Zn2+speciális iontranszporton keresztül szabályozza a DA-transzportot (Meinwild et al., 2004; Pifl et al., 2009).

Feltételezhető, hogy a Zn2+ DA-transzportot gátló hatása in vivo is érvényesül, és a Zn2+ a dopaminerg ingerületátvitel szabályozásának aktív résztvevője. Ebből a feltételezésből kiindulva a kérdés az, hogy vajon a Zn2+ mint DA-felvétel-gátló besorolható-e a pszichostimulánsok (lásd kokain) sorába, vagy például étrend-kiegészítőként javíthatja-e a DA-transzport diszfunkcióját mutató ADHD-s (figyelemhiányos hiperaktív) betegek állapotát (Leping–Huber, 2010). Figyelembe véve a kérdések komplexitását és a Zn2+ hatásának sokoldalúságát, ezekre a kérdésekre ma még nem adható egyértelműen megnyugtató válasz. Mindenesetre a cinkkészítmények alkalmazásánál figyelembe kell venni, hogy a Zn2+ a DA-felvétel gátlásán keresztül a dopaminerg funkciót befolyásolja, és ez, a készítmény felszívódásától függően, mellékhatásként jelentkezhet.

Kutatássorozat vizsgálta a Zn2+ hatását a szerkezetileg rokon noradrenalin- (NE-) felvétel/visszavétel transzporterére, a NET-re. A humán noradrenalin-transzporterrel (hNET) történt felvételméréseknél a Zn2+ fiziológiás koncenrációkban hatástalannak bizonyult. Hasonlóan hatástalannak mutatkozott a kifelé irányuló transzport- (reversed transport) vizsgálatokban is. Kísérleti tény tehát, hogy a Zn2-hatás a NET-transzporton nem érvényesül (Scholze et al., 2002). Nem lehet azonban figyelmen kívül hagyni, hogy a noradrenerg idegsejtekben a noradrenalin-visszavétel a DAT közvetítésével is létrejöhet, és ebben az esetben a Zn2+ hatásával feltétlenül számolni kell.

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