miniatura| Estrutura tridimensional do receptor nicotínico|374x374px O receptor nicotínico ou receptor de acetilcolina nicotínico (abreviado nAChR polo nome inglés Nicotinic acetylcholine receptors) é o receptor colinérxico que forma canles iónicos activados por ligandos na membrana plasmática dalgunhas neuronas e na porción postsináptica da unión neuromuscular. Como receptores ionotrópicos, os nAChR están unidos directamente á canle iónica e non usan segundos mensaxeiros (a diferenza dos receptores metabotrópicos como os colinérxicos muscarínicos). Os receptores nicotínicos representan o modelo de receptor ionotrópico máis estudado. Existen diferentes isoformas estruturais do receptor, por iso cando non nos referimos a ningunha isoforma específica, preferimos falar xenericamente de receptores nicotínicos.
Do mesmo xeito que outros tipos de receptores colinérxicos, como os muscarínicos, os receptores nicotínicos teñen a acetilcolina (moitas veces abreviada ACh) como o seu ligando endóxeno. A diferenciación das dúas clases de receptores produciuse mediante ligandos non endóxenos: muscarina e nicotina. Os receptores muscarínicos, de feito, son activados (alén da acetilcolina) tamén pola muscarina, pero non pola nicotina; os receptores nicotínicos, pola contra, son activados pola nicotina pero non pola muscarina, e isto explica a denominación.
Nos insectos, o sistema colinérxico está limitado ao sistema nervioso central (SNC). Nos mamíferos, porén, os receptores colinérxicos neuronais atópanse tanto no sistema nervioso central como no periférico, ademais os receptores nicotínicos da placa motora dos músculos somáticos permiten a contracción muscular .
Historia esquerda|miniatura| Acetilcolina: o ligando endóxeno dos receptores nicotínicos esquerda|miniatura| Nicotina: o ligando empregado para discriminar entre os receptores nicotínicos e muscarínicos. O nitróxeno da pirrolidina protonase a pH fisiolóxico, como a cabeza catiónica da acetilcolina.|220x220px En 1914 Henry Hallett Dale e os seus colaboradores propuxeron por primeira vez a posible acción do neurotransmisor pola acetilcolina. A idea da existencia de receptores como mediadores da transmisión química dos impulsos era relativamente recente: a "substancia receptiva " foi, de feito, proposta por Langley en 1905, precisamente estudando a acción da nicotina e do curaro sobre os receptores nicotínicos da placa motriz (unión neuromuscular).Despois, Otto Loewi definiu o papel da acetilcolina no sistema nervioso. Por estes descubrimentos, Dale e Loewi foron galardoados co Premio Nobel de Medicina en 1936.
O mecanismo de funcionamento fisiolóxico do receptor nicotínico da placa muscular foi posteriormente aclarado en detalle por Katz e Miledi en 1968 e despois confirmado por Neher e Sakmann en 1978 grazas ás medicións das correntes transmembrana con microelectrodos. Unha técnica pioneira que lles valeu o Premio Nobel de Medicina en 1991.
A identificación da estrutura das subunidades que constitúen o receptor nicotínico da Torpedo californica remóntase a 1976 e uns anos máis tarde (1982) tamén a determinación da secuencia de aminoácidos das subunidades. Utilizouse ese peixe porque o seu sistema nervioso é extremadamente sinxelo e o tamaño das neuronas permite medir facilmente o potencial electroquímico entre o interior e o exterior da célula mediante eléctrodos.
Estrutura dos receptores nicotínicos
Macroestrutura dos receptores Os receptores nicotínicos, cunha masa molecular de 290 kDa , están formados por cinco subunidades, dispostas simetricamente para circunscribir un poro polo que se produce o fluxo de ións. Cada unha das subunidades consta de catro dominios transmembrana, cos extremos N-terminal e C-terminal ambos no lado extracelular. Polo tanto, pola súa estrutura, os receptores nicotínicos pertencen á primeira familia de receptores ionotrópicos, coñecidos como receptores pentaméricos ou "Cys-loops". Os receptores GABA-A, os receptores de glicina e os receptores de serotonina tipo 3 (5HT-3) pertencen á mesma familia e, polo tanto, son estruturalmente similares.
Nos vertebrados, os receptores nicotínicos clasifícanse grosso modo en dous subtipos, en función do sitio principal de expresión: existen, de feito, receptores nicotínicos do tipo neuronal NN e do tipo muscular NM. Entre os receptores de tipo muscular están a forma embrionaria, composta polas subunidades α1, β1, δ e γ na proporción 2: 1: 1: 1, e a forma adulta, que ten as subunidades α1, β1, δ, e ε, sempre cunha proporción 2: 1: 1: 1. Os receptores de subtipos neuronais son diferentes. En particular, existen combinacións homopentámeras e heteropentámeras de doce subunidades diferentes: de α2 a α10 e de β2 a β4. Os exemplos inclúen (α4)3 (β2)2, (α4)2 (β2)3 e (α7)5. As subunidades dos receptores neuronais e musculares son similares entre si, especialmente nas rexións hidrófobas.
Historicamente, as subunidades dos receptores nicotínicos dividíronse en catro subfamilias (I a IV) en función da analoxía de secuencias na estrutura da proteína. Tipo neuronal Tipo muscular O II III IV α9, α7, α8 1 2 3 α1, β1, δ, γ, ε α2, α3, α4, α6 β2, β4 β3, α5 Esta clasificación, proposta en 1995, está agora incompleta á luz das novas subunidades identificadas, mesmo en humanos. A seguinte táboa mostra todas as subunidades actualmente coñecidas e calquera patoloxía relacionada coas súas mutacións. miniatura| Representación esquemática das subunidades do receptor nicotínico de tipo muscular (α1) 2 β1δγ e a súa disposición na canle.|320x320px +Subunidade do receptor nicotínicoSubunitàTipoUniProtLocusOMIMPatoloxía asociadaα1Muscular2q24-q32Miastenia gravis, Síndrome miasténica conxénita e forma letal da síndrome do pterixio múltipleα2Neuronal8p21Unha mutación atopada en 10 membros dunha familia sarda con epilepsia nocturna do lobo frontal autosómico dominanteα3Neuronal15Q24Correlacionouse un só polimorfismo de nucleótido coa adicción á nicotina, o risco de cancro de pulmón e a enfermidade oclusiva arterial periférica.α4Neuronal20Mutacións asociadas á epilepsia nocturna do lóbulo frontal autosómico dominante e á dependencia da nicotinaα5Neuronal15q24Asociación significativa entre unha variante desta subunidade e o tabaquismoα6Neuronal8P22α7Neuronal15Q13.3Mutación asociada a esquizofrenia e epilepsiaα8Neuronal -- --Non identificado en humanosα9Neuronal4p14Os antagonistas teñen acción analxésica en modelos animais.α10Neuronal11p15.4Os antagonistas teñen acción analxésica en modelos animais.α11Neuronal -- --Non identificado en humanosα12NeuronalNon identificado en humanosβ1Muscular17p12-p11Sindrome miastenica congenitaβ2Neuronal1q21.3Existen mutacións asociadas a epilessia autosómica dominante nocturna do lobo frontal de tipo 2 e 3β3Neuronal8 --β4Neuronal15q24As mutacións nun locus común coas subunidades α3 e α5 están correlacionadas cun maior risco de cancro de pulmón.γMuscular2q33-34Mutacións causan a síndrome EscobarδMuscular2q33-qterAs mutacións heterocigotas e homocigotas relacionáronse coa síndrome miasténica conxénica e a forma letal da síndrome de pterixión múltiple.εMuscular17p13.2 -- As diferentes subunidades poden así unirse entre si, formando potencialmente un número moi elevado de isoformas receptoras, para poder variar e modular a resposta dun xeito específico para cada tecido individual. A continuación indícanse as principais isoformas receptoras coñecidas actualmente xunto coa súa localización anatómica, o seu efecto e os seus agonistas e antagonistas específicos: Tipo de receptor Localización Efecto Agonista Antagonista Tipo de músculo: (α1) 2 β1δε ou (α1) 2 β1δγ Unión neuromuscular Potencial postsináptico excitativo, causado principalmente pola influencia de Na + e K + acetilcolina carbacol succinilcolina α-bungarotoxina α-conotoxina tubocurarina pancuronio atracurio Tipo ganglionar: (α3) 2 (β4) 3 ganglio Potencial postsináptico excitativo, causado principalmente pola influencia de Na + e K + acetilcolina carbacol nicotina epibatidina dimetilfenilpiperazina mecamilamina trimetafano hexametonio bupropión ibogaína 18-metoxicoronaridina dextrometorfano Tipo de SNC: (α4) 2 (β2) 3 Cerebro Potencial postsináptico excitativo, causado principalmente pola influencia de Na + e K + nicotina epibatidina acetilcolina citosina mecamilamina metilaconitina α-conotoxina Ademais do SNC: (α3) 2 (β4) 3 Cerebro Potencial excitativo post e presináptico nicotina epibatidina acetilcolina citisina hexametonio tubocurarina dextrometorfano mecamilamina Tipo homérico do SNC: (α7) 5 Cerebro Potencial postsináptico excitativo e potencial excitativo presináptico, causado principalmente polo influxo de Ca 2+ epibatidina dimetilfenilpiperazina mecamilamina α-bungarotoxina dextrometorfano amantadina memantina Independentemente das estruturas do receptor, a única subunidade capaz de unirse á acetilcolina é a subunidade α, que ten o peto específico no que se pode colocar o ligando. Isto significa que, para ser activado, o receptor da placa neuromuscular (que ten 2 subunidades α), debe unirse a 2 moléculas de acetilcolina (unha por cada subunidade α) ao mesmo tempo. Para o receptor do SNC, que en cambio ten 5 subunidades do tipo α7, son necesarias 5 moléculas de acetilcolina para poder transducir o sinal. Tras a interacción coa acetilcolina, o receptor cambia a súa conformación, permitindo a apertura da canle. Dado que a selectividade cara aos catións non é absoluta, poden fluír pola canle ións da mesma carga e radio atómico similar. Polo tanto, permítese o fluxo de ións Na en particular, pero tamén de Ca (ambos entrantes) e K saínte. Tras a variación das concentracións de ións celulares, hai unha variación no potencial de membrana que permite a despolarización da fibra.
Ultraestrutura dos receptores miniatura| Sección do receptor nicotínico da placa neuromuscular: aquí destácanse 3 das 5 subunidades constitutivas do receptor. A subunidade alfa, que une a acetilcolina, móstrase nas súas características fundamentais. Os dominios transmembrana, por comodidade, denomínanse aquí 1, 2, 3 e 4. Observe como o bucle (ou bucle) C, que une M3 e M4, é máis longo que os demais. Tamén ten unha lonxitude considerable o dominio terminal -NH2 (indicado aquí con N) que contén 2 moléculas de cisteína (indicadas con C) que forman enlaces disulfuro covalentes necesarios para manter a conformación da cadea. A figura tamén destaca a forma característica de funil da canle pola que flúen os ións Como se mencionou, os receptores nicotínicos están formados por 5 subunidades, que difiren segundo o subtipo de receptor. As subunidades están formadas por unha única cadea peptídica que, plegándose sobre si mesma, atravesa a membrana catro veces. Así, identifícanse 4 dominios transmembrana, denominados M1, M2, M3 e M4 unidos en 3 bucles (ou bucles segundo a terminoloxía anglosaxoa), dos cales dous son intracelulares e un extracelular. O segundo bucle intracelular (o que une M3 con M4) está formado por unha cadea de aminoácidos máis longa que a dos outros dous bucles. Os dominios M2 de cada subunidade son os que circunscriben o poro receptor ao nivel da sección transmembrana. Polo tanto o poro, a nivel de membrana, está delimitado só por M2. Os dominios aminoterminal (-NH2) e carboxiterminal (COOH) atópanse extracelularmente. En particular, o -NH2 consta dun maior número de aminoácidos que o terminal -COOH e contén o peto necesario para a unión coa acetilcolina. A cadea terminal -NH2, que se reprega sobre si mesma, pon en contacto dous residuos de cisteína que orixinan unha ponte disulfuro (SS) esencial para manter a adecuada conformación da cadea.
Organización estrutural e funcional do receptor nicotínico esquerda|miniatura| Estruturas de hélice-alfa e de folla-beta do receptor O receptor, que ten unha anchura duns 65 Å e unha lonxitude duns 110-120 Å, está formado por 3 partes fundamentais:
sección extracelular sección transmembrana sección intracelular