Regulacja komunikacji międzykomórkowej poprzez zewnątrzkomórkowy ATP w układzie nerwowym*

Transkrypt

1 N e u r o k o g n i t y w i s t y k a w p a t o l o g i i i z d r o w i u, P o m o r s k i U n i w e r s y t e t M e d y c z n y w S z c z e c i n i e Irena Baranowska Bosiacka Regulacja komunikacji międzykomórkowej poprzez zewnątrzkomórkowy ATP w układzie nerwowym* Adenozynotrójfosforan (ATP) jest nośnikiem energii w komórkach, łączy procesy, w których energia jest wytwarzana, z procesami takimi jak aktywny transport, skurcz mięśni, utrzymanie gradientu jonów, w których energia jest zużywana. Ponadto uczestniczy m.in. w regulacji aktywności enzymów, procesach fałdowania białek, transporcie pęcherzykowym czy plastyczności synaptycznej. Najmniej eksponowaną funkcją tego nukleotydu purynowego jest udział w przenoszeniu informacji w układzie nerwowym. Hipotezę o udziale pochodnych adenozyny (Ado) w przekazywaniu sygnałów przez neurony po raz pierwszy zaproponował Burnstock w latach 70. ubiegłego wieku. Stwierdził on, że w pewnych typach synaps ATP może być głównym neuroprzekaźnikiem oraz zasugerował istnienie specyficznych receptorów dla ATP i produktu jego degradacji adenozyny, proponując dla nich nazwę purynoreceptory (Burnstock 1998). Późniejsze badania potwierdziły obecność ATP w dużych (milimolarnych) stężeniach w pęcherzykach synaptycznych wielu komórek nerwowych. Wykazano ponadto, że ATP magazynowane jest wspólnie z acetylocholiną (Ach) lub noradrenaliną (NA). Pęcherzyki synaptyczne mogą zawierać także guanozynotrójfosforan (GTP), urydynotrójfosforan (UTP), adenozynodwufosforan (ADP) oraz polifosforany adenozyny (AP 4 A diadenozyno tetra fosforan i AP 5 A diadenozyno penta fosforan), jednakże stężenie ATP jest wyższe od stężeń pozostałych nukleotydów. Wykazano także, że neurony, które nie zostały rozpoznane jako cholinergiczne czy adrenergiczne, magazynują i uwalniają ATP (Edwards 1993). Dalsze badania wykazały, że komórki układu nerwowego uwalniają ATP oraz potwierdziły udział zewnątrzkomórkowego ATP w szybkim przekaźnictwie nerwowym oraz komunikacji między neuronami a komórkami glejowymi (Edwards 1994, Burnstock 2007, Skaper i wsp. 2010, Fields 2011). Adenozynotrójfosforan spełnia wszystkie kryteria neuroprzekaźników: jest syntezowany i magazynowany w zakończeniach presynaptycznych; jego uwalnianie do szczeliny synaptycznej następuje skutkiem stymulacji neuronów; uwolniony z komórki wyzwala odpowiedź postsynaptyczną neuronu; przerwanie stymulacji purynoreceptorów przez ATP następuje skutkiem działania specyficznych zewnątrzkomórkowych enzymów. Jednakże wykazano, że ATP może być uwalniany także pozasynaptycznie przez neurony, a udział w puli zewnątrzkomórkowego ATP mają przede wszystkim astrocyty i mikroglej (Fields i Stevens 2011). Mechanizmy uwalniania ATP W normalnych warunkach w przestrzeni zewnątrzkomórkowej ATP jest obecny w bardzo niskich stężeniach, natomiast w cytoplazmie komórek jego stężenie notowane jest w zakresie milimolowym (Traut 1994). W zdrowym mózgu ATP jest fizjologicznie uwalniany w bardzo niskich stężeniach przez neurony i astrocyty, jednakże w stanach patologicznych uwalnianie to się zwiększa (Volonte i wsp. 2003). Wykazano, że stężenie zewnątrzkomórkowego ATP wzrasta znacząco w stanach zapalnych (Lazarowski i wsp. 2000) oraz w ischemii/hipoksji (Nieber i wsp. 1999). Uszkodzone neurony, aktywny mikroglej oligodendrocyty i komórki Schwanna, a przede wszystkim astrocyty mogą uwalniać ATP w wysokich stężeniach do przestrzeni międzykomórkowej (Ferrari i wsp. 1997, Fields i Stevens 2000, Franke i wsp. 2006). Rozważa się kilka możliwych mechanizmów prowadzących do uwalniania ATP z komórek. Jednym z nich jest sekrecja z pęcherzyków synaptycznych. Wykazano, że ATP może być uwalniany wspólnie z ACh i NA w obwodowych neuronach (Zimmermann 1994) i z kwasem γ aminomasłowym (GABA) z neuronów zwojów korzeni grzbietowych (Jo i Schlichter 1999). Dotychczasowe wyniki przeprowadzone na synaptosomach wyizolowanych z całego mózgu, hipokampa i kory mózgowej wskazują, że uwalnianie ATP Irena Baranowska Bosiacka doktor biologii * Praca pod kierunkiem prof. dr. hab. n. med. Ireneusza Kojdera

2 120 Irena BaranowskA Bosiacka do szczeliny synaptycznej zachodzi dzięki depolaryzacji wywołanej gwałtownym wzrostem przepuszczalności błony komórkowej dla K +, której efektem jest wzrost stężenia Ca 2+ w komórce (Silinsky i wsp. 1999). Taki mechanizm uwalniania wykazano w kulturach neuronów siatkówki oka kurcząt (komórkach amakrynowych), w których sekrecja ATP była wywołana przez depolaryzację, zależną od zewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+, aktywacji zależnych od napięcia kanałów wapniowych (VDCC) typu L i P/Q oraz białka pęcherzyków synaptycznych SNAP 25 (Santos i wsp. 1999). W obwodowym układzie nerwowym, przy użyciu techniki patch clamp, Silinsky i wsp. (1999) wykazali, że uwalnianie ATP z synaptosomów nerwów ruchowych zachodzi w przeciągu milisekund po stymulacji neuronu i jest także zależne od stężenia Ca 2+. Adenozynotrójfosforan może być uwalniany także pozasynaptycznie, m.in. poprzez połączenia ścisłe (gap junctions) lub zbudowane z koneksyny półkanały (hemichannels) znajdujące się w błonie komórkowej oraz poprzez kanał receptora P2X 7 w astrocytach (Hamilton i wsp. 2008; Parpura i wsp. 2004). Półkanały zawierające koneksynę mogą otwierać się w odpowiedzi na zmieniający się potencjał błonowy lub spadek zewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ (Trexler i wsp. 1996) powodując wypływ ATP. Wykazano także, że zwiększonej ekspresji koneksyny w astrocytach towarzyszy wzrost uwalniania ATP (Cortina i wsp. 2000). W proces ten wydają się być zaangażowane takie białka, jak cystic fibrosis transmembrane conductance regulator CFTR (Reisin i wsp. 1994), glikoproteina P (Abraham i wsp. 1993) oraz inne białka z rodziny transporterów ABC (ATP Binding Cassette Transporters) (Fields i Stevens 2000). W ostatnich badaniach zwraca się uwagę na inny możliwy mechanizm uwalniania ATP przez półkanały zawierające koneksynę. Huckstepp i wsp. (2010) w badaniach astrocytów stwierdzili, że egzocytoza ATP jest odpowiedzią na obniżone ph komórki i otwarcie półkanałów w odpowiedzi na wzrost pco 2. Po uwolnieniu ATP podlega szybkiej enzymatycznej degradacji przez ektonukleotydazy do ADP i AMP (ecto nucleoside triphosphate diphosphohydrolase, E NTPDase i ecto nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase, E NPP) oraz przez ekto 5 nukleotydazę do adenozyny, która podlega degradacji przez deaminazę adenozyny lub jest metabolizowana przez fosforylazę nukleotydów purynowych (Yegutkin 2008). Podobnie do innych neurotransmiterów usunięcie ATP pomaga zakończyć działanie neuroprzekaźnika, jednakże pojawiająca się Ado może działać na presynaptyczne receptory adenozynowe, hamując uwalnianie neurotransmiterów i transmisję synaptyczną (Zimmerman 1994). Wykazano także, że ATP uwalniany przez zaktywowane astrocyty generuje tzw. międzyastrocytarny sygnał wapniowy tzw. falę wapniową rozprzestrzeniającą się w sieci komórek glejowych (Newman i Zahs 1997). W ten sposób rozwiązano kontrowersje, że sygnał wapniowy w sieci astrocytów pojawia się dopiero jako odpowiedź na wcześniejszą stymulację astrocytów glutaminianem (Guthrie i wsp. 1999, Cornell Bell i wsp. 1990). Receptory nukleotydowe Wspomniany już Burnstock (1998) wyodrębnił klasę receptorów purynergicznych i dokonał ich podziału na te, których głównym agonistą jest adenozyna (P1) w odróżnieniu od receptorów P2, które rozpoznają ADP i ATP. Weryfikacji nazwy dla całej klasy receptorów dokonano po odkryciu receptorów pirymidynowych (wrażliwych na UDP oraz UTP o charakterystyce farmakologicznej i molekularnej podobnej do poznanych wcześniej receptorów P2), stąd też obecnie tę klasę receptorów określa się receptorami nukleotydowymi (Fredholm i wsp. 1997). Klasyfikacja receptorów P2 Na podstawie badań nad mechanizmem przekazywania sygnałów oraz analizie sekwencji sklonowanych receptorów P2, dokonano ich podziału na dwa podstawowe typy (Abbracchio i Burnstock 1994): P2X receptory o charakterze kanałów jonowych P2Y receptory działające za pośrednictwem białek G. Ekspresję receptorów P2 dla zewnątrzkomórkowych nukleotydów wykazano we wszystkich typach komórek (Skaper i wsp. 2010). W mózgu i rdzeniu kręgowym stwierdzono obecność obu typów receptorów P2, jednakże w komórkach ośrodkowego układu nerwowego najliczniej występują receptory P2X. Badania molekularne pozwoliły na dalsze wyodrębnienie siedmiu podtypów receptora P2X i ośmiu P2Y (Franke i wsp. 2006). Receptory P2X Budowa molekularna W ośrodkowym układzie nerwowym stwierdzono obecność wszystkich podtypów receptorów P2X (P2X 1 7 ) w neuronach oraz komórkach glejowych (Burnstock 2007). Receptory mają budowę podjednostkową, na podstawie analizy cdna stwierdzono, że pojedyncza podjednostka składa się z reszt aminokwasowych (Surprenant i North 2009). Podjednostki receptorów P2X są zbudowane z dwóch domen transmembranowych połączonych zewnątrzkomórkową pętlą, koniec C oraz N znajdują się po stronie cytoplazmatycznej. Zewnątrzkomórkowa pętla ma 10 zachowanych ewolucyjnie reszt cysteinowych mogących uczestniczyć w tworzeniu mostków siarczkowych, czternaście reszt glicynowych, a także 2 6 miejsc glikozylacji. Sekwencja aminokwasów fragmentu łańcucha białkowego pomiędzy końcem N i końcem drugiej hydrofobowej domeny każdego z podtypów receptora jest identyczna w 37 48%, natomiast końce C różnych podtypów receptora nie wykazują podobieństwa w sekwencji aminokwasów (Rassendren i wsp. 1997, North 2002, Gever i wsp. 2006). Funkcjonalny receptor jest złożony z trzech podjednostek i występować może jako homo lub heterotrimer

3 REGULACJA KOMUNIKACJI MIĘDZYKOMÓRKOWEJ POPRZEZ ATP W UKŁADZIE NERWOWYM 121 (Kawate i wsp. 2009). Różnice między poszczególnymi podtypami występują nie tylko na poziomie sekwencji, odmienne są także ich cechy farmakologiczne i biochemiczne wrażliwość na analogi ATP, antagonistów (suramię i 6 azofenylo 2,4 disulfonowy fosforan pirydoksalu) oraz podatność na desensytyzację. Większość podtypów receptora jest aktywowana ATP w niskim stężeniu 1 10 µm, natomiast podtyp P2X 7 ulega aktywacji w wysokich stężeniach ATP 0,1 1 mm (Butt 2011). Lokalizacja w układzie nerwowym W układzie nerwowym receptory P2X 1 ulega ekspresji w dużych neuronach ruchowych rdzenia kręgowego (Collo i wsp. 1996). Receptor P2X 2 występuje w neuronach czuciowych, przysadce mózgowej, rogach grzbietowych i brzusznych rdzenia kręgowego, wzgórzu wzrokowym, podwzgórzu, polu przedwzrokowym, jądrze czerwonym, jądrze okołoruchowym oraz grzbietowym ruchowym jądrze błędnika, autonomicznych neuronach zwojowych i rdzeniu nadnerczy (Collo i wsp. 1996, Vulchanova i wsp. 1996). Receptor P2X 3 jest znajdowany jedynie w niektórych nerwach czuciowych biorących udział w przewodzeniu bodźców nocyceptywnych (Dunn i wsp. 2001). Receptory P2X 4 ulegają ekspresji w neuronach w różnych częściach mózgu (Burnstock, 2007). W hipokampie w neuronach piramidalnych rejonu CA1 receptory P2X 4 wykazują ekspresję postsynaptyczną (Rubio i Soto 2001) i ulegają aktywacji podczas stymulacji o wysokiej częstotliwości, stąd odgrywają rolę we wzmocnieniu synaptycznym (Sim i wsp. 2006). W badaniach immunohistochemicznych wykazano także ekspresję P2X 4 w komórkach zaktywowanego mikrogleju w uszkodzeniu neuronów (Tsuda et al., 2003) Ponieważ jednak brak jest dotychczas wysoce specyficznych antagonistów P2X 4, funkcjonalne znaczenie receptorów w komórkach mikrogleju pozostaje nadal niepoznane, jakkolwiek w badaniach myszy pozbawionych receptora wykazano rolę receptora w allodynii (Tsuda et al. 2003). Receptor P2X 5 występuje w obwodowym układzie nerwowym i rdzeniu kręgowym. Wykazano, że ekspresja ograniczona jest do ciał komórkowych neuronów proprioceptywnych w jądrach trójdzielnych śródmózgowia i zwojów czuciowych. Nie stwierdzono ekspresji tego receptora w mózgu (Collo i wsp. 1996). Rozmieszczenie receptora P2X 6 jest podobne do P2X 4 z wyjątkiem komórek wyściółki, gdzie występują jedynie receptory P2X 6 (Collo i wsp. 1996). Funkcjonalne receptory P2X 7 w ośrodkowym układzie nerwowym znaleziono w mikrogleju, komórkach Schwanna i astrocytach (Collo i wsp. 1997, Ferrari i wsp. 1996, Sim i wsp. 2004), aczkolwiek obecność receptorów P2X 7 w obwodowym i ośrodkowym układzie nerwowym była kontrowersyjna z powodu słabej selektywności przeciwciał dla tego receptora (Anderson i wsp. 2006). Ostatnie badania dostarczyły małocząsteczkowego antagonisty receptora, co znacząco poprawiło detekcję receptorów P2X 7 (Furber i wsp. 2007, Nelson i wsp. 2008, Honore i wsp. 2006). W szczurzych obwodowych zwojach czuciowych receptory P2X 7 wydają się selektywnie zlokalizowane tylko w komórkach glejowych (Zhang i wsp. 2005). Mechanizm przekazywania sygnału i efekty fizjologiczne wywołane stymulacją receptorów P2X Receptory P2X funkcjonują jako bramkowane ATP nieselektywne kanały jonowe przepuszczalne dla Na +, K + i Ca 2+ (Khakh i North 2006). Sygnalizację z udziałem receptorów P2X cechuje brak wtórnych przekaźników, wskutek czego czas przekazywania sygnału jest bardzo szybki ( ms) (Ralevic, Burnstock 1998). Ta cecha sygnalizacji wydaje się być kluczowa dla szybkiej transmisji informacji w neuronach, w połączeniach nerwowo mięśniowych oraz między neuronami a komórkami glejowymi. Zdolność receptorów do działania jako bezpośredni kanał dla przepływu Ca 2+ lub pośredni aktywator kanałów wapniowych bramkowanych napięciem (VDCC) leżą u podstawy ich złożonej roli w odpowiedzi komórek na sygnał wapniowy. Napływ kationów do wnętrza komórki powoduje depolaryzację błony komórkowej, a napływ Ca 2+ powoduje skutkuje aktywacją receptorów rianodynowych i wyrzutem Ca 2+ z magazynów siateczki śródplazmatycznej (Skaper i wsp. 2010). Specyficzny szlak przekazywania sygnału związany jest z aktywacją receptorów P2X 7. Adenozynotrójfosforan jest jedynym znanym fizjologicznym aktywatorem tych receptorów (Chakfe i wsp. 2002, Ferrari i wsp. 1997). Przedłużająca się aktywacja receptora P2X 7 przez wysokie stężenie ATP prowadzi do powstania dużych porów w błonie komórkowej, przez które mogą przenikać nie tylko jony, ale także inne cząsteczki o masie 1 kda. Może to wywoływać efekt cytotoksyczny i aktywować proces apoptozy w komórkach (Surprenant i wsp. 1996). Zmiany wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ następujące po aktywacji receptora P2X 7 uruchamiają szereg wtórnych przekaźników i kaskad enzymatycznych. Jednym z kluczowych punktów jest aktywacja kinazy PYK2, która przekazuje dalej sygnał na kaskadę kinaz MAP, co w efekcie końcowym prowadzi do indukcji czynników transkrypcyjnych w jądrze. W mikrogleju oraz makrofagach/monocytach stymulacja receptora P2X 7 powoduje aktywację kinazy domeny N końcowej białka Jun (c Jun N terminal kinases), ERK 1/2 kinazy zależnej od sygnału zewnątrzkomórkowego 1/2 (extracellular signal regulated kinases 1/2) oraz p38 MAPK kinazy białka aktywowanej mitogenem (mitogen activated protein kinase) (Humphreys i wsp. 2000, Aga i wsp. 2000, Potucek i wsp. 2006). W mikrogleju wykazano także aktywację czynników transkrypcyjnych takich jak czynnik jądrowy kappab (nuclear factor kappab), NFAT czynnik transkrypcyjny zaktywowanych limfocytów T (nuclear factor of activated T cells) wiążących się z CREB białkowym elementem odpowiedzi na camp (camp response element binding protein) oraz A P 1 (activator protein 1), których aktywacja i translokacja do jądra są związane z ekspresją genów prozapalnych

4 122 Irena BaranowskA Bosiacka (Potucek i wsp. 2006, Ferrari i wsp. 1999). Stymulacja receptora P2X 7 zwiększa także fosforylację białkowych fosfataz tyrozynowych (Adinolfi i wsp. 2003, Aga i wsp. 2004) prowadząc do aktywacji szlaku MAPK kinaz. Receptor P2X 7 może indukować także aktywację innych małocząsteczkowych białek G. Stymulacja szlaku sygnałowego zależnego od białka Rho jest zaangażowana w aktywację p38mapk w makrofagach. Jako że szlak Rho/p38 może być zaangażowany w wydzielanie pęcherzyków zawierających IL 1β (Pfeiffer i wsp. 2004) poprzez reorganizację filamentów aktynowych i odpączkowywanie ciałek apoptotycznych (blebbing) (MacKenzie i wsp. 2001) może to być mechanizm, za pomocą którego MAPK kinazy pośredniczą we wzroście uwalniania prozapalnych cytokin przez mikroglej. Receptory P2Y Budowa molekularna Receptory P2Y stanowią całkowicie odmienną grupę od P2X, zarówno pod względem budowy molekularnej, jak i mechanizmu przekazywania sygnału. Wspólną cechą jest jedynie wrażliwość na zewnątrzkomórkowe nukleotydy. Receptory P2Y składają się z reszt aminokwasowych, które charakteryzuje 27% stopień identyczności i mają masę cząsteczkową Da. Jak inne receptory metabotropowe współdziałające z białkami G mają siedem domen transbłonowych o strukturze α helisy (Czajkowski i wsp. 2004). Trzy z nich TM III, TM VI i TM VII biorą udział w wiązaniu liganda. Koniec C znajduje się po stronie cytoplazmatycznej błony, pierwsza i druga pętla zlokalizowane na zewnętrznej powierzchni błony zawierają po dwie konserwatywne reszty cysteiny, natomiast w trzeciej cytoplazmatycznej pętli obecne są liczne miejsca fosforylacji dla kinazy białkowej C i kinazy zależnej od kalmoduliny (Ralevic i Burnstock 1998). Z komórek ssaków sklonowano dotychczas sześć podtypów receptora P2Y, różniących się wrażliwością na agonistów i mechanizmem przekazywania sygnału. Lokalizacja w układzie nerwowym Szeroko rozpowszechnionym w tkance nerwowej podtypem receptora jest P2Y 1 wrażliwy głównie na zewnątrzkomórkowy ADP, a w mniejszym stopniu ATP. Receptor P2Y 2 jest wrażliwy w równym stopniu na ATP i UTP, inne nukleotydy działają na niego w minimalnym stopniu. Receptor ten występuje w układzie nerwowym równie powszechnie jak P2Y 1, ale ich rozmieszczenie nie pokrywa się. Receptor P2Y 6 jest szeroko rozpowszechniony w mózgu i mikrogleju. Sugeruje się, że ten receptor jest odpowiedzialny także za przekazywanie informacji przez zewnątrzkomórkowe nukleotydy pirymidynowe w mózgu (Ginsburg Shmuel i wsp. 2012). Receptor P2Y 8 selektywny zarówno dla ATP, UTP, GTP, CTP i inozynotrójfosforanu (ITP) został dotychczas sklonowany z zarodka żaby; wykazano, że bierze udział w rozwoju embrionalnym układu nerwowego (Czajkowski i wsp. 2004). Mechanizm przekazywania sygnału i efekty fizjologiczne wywołane stymulacją receptorów P2Y Główny szlak przekazywania sygnału przez receptor P2Y zależy od jego podtypu. Jak dotąd wykazano, że aktywacja P2Y 1 uruchamia szlak sygnałowy związany z fosfolipazą C (PLC). W większości przypadków zachodzi on poprzez niewrażliwe na toksynę krztuśca (PTX) i toksynę cholery (CTX) białka z rodziny Gq. Aktywacja PLC prowadzi do powstania wtórnych przekaźników inozytolotrifosforanu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG). IP3 uwalnia Ca 2+ z magazynów wewnątrzkomórkowych. Wzrost stężenia wapnia oraz stymulowana DAG kinaza białkowa C (PKC) aktywują kinazę tyrozynową (Pyk2). W efekcie następuje uruchomienie szlaku sygnałowego prowadzącego do aktywacji kinaz MAP (MAPK) (Lev i wsp. 1995). Receptor P2Y 1 może aktywować też działanie kanałów potasowych w błonie komórkowej (Schicker i wsp. 2010). Stwierdzono, że aktywacja receptora P2Y 2 prowadzi szlakami jak dla receptora P2Y 1, jednakże może aktywować fosfolipazę A2 oraz wpływać na aktywację kanałów chlorkowych, jak również hamować lub aktywować (w zależności od typu komórki) cyklazę adenylanową i zwiększać stężenia cgmp w komórce. Podtyp receptora P2Y 6 okazał się selektywnie wrażliwy na nukleotydy pirymidynowe: UTP i UDP i jak wykazano, wiąże się z białkami G i lub G q aktywując PLC (Czajkowski i wsp. 2004). Udział zewnątrzkomórkowego ATP i purynoreceptorów w komunikacji międzykomórkowej Neurony i astrocyty W istocie szarej rozrastające się astrocyty szczelnie otaczają synapsy wykazując ekspresję receptorów dla neurotransmiterów, białek transportujących oraz kanałów jonowych. W istocie białej ich rozrost jest kierunkowy tworząc punkty kontaktowe z przewężeniami Ranviera astrocyty wykazują ekspresję kanałów jonowych i białek transportujących (Butt 2011). Nie wykazano natomiast jak dotąd, że rozrost astrocytów wokół przewężeń wiąże się z ekspresją receptorów dla neurotransmiterów, aczkolwiek stwierdzono, że w czasie rozchodzenia się potencjału czynnościowego odpowiadają one na uwolniony przez aksony neuronów glutaminian i ATP (Fields i Ni 2010). Wykazano, że aktywność neuronów wyzwala falę wapniową w komórkach astrogleju, najczęściej poprzez sygnał pochodzący od glutaminianu (Wang i wsp. 2006). W odpowiedzi astrocyty uwalniają ATP, co powoduje nasilenie i propagację fali wapniowej w sieci komórek glejowych, angażując w ten proces, jak dotąd wykazano, receptory P2Y 1 i P2X 7 (Hamilton i wsp. 2008, 2010). Adenozynotrójfosforan uwalniany z astrocytów i jego metabolit adenozyna mogą jednocześnie wpływać na przekaźnictwo synaptyczne (Newman 2003, Pascual i wsp. 2005, Gordon i wsp. 2009). Stwierdzono na przykład, że fala wapniowa, w wywołaniu której pośredniczy

5 REGULACJA KOMUNIKACJI MIĘDZYKOMÓRKOWEJ POPRZEZ ATP W UKŁADZIE NERWOWYM 123 uwalniane z astrocytów ATP stymuluje sekrecję glutaminianu i D seryny, które mogą działać przeciwstawnie do efektów wywoływanych przez ATP. W ten sposób astrocyty mogą wpływać na nasilenie lub osłabienie transmisji synaptycznej (Fellin i wsp. 2006, Koizumi i wsp. 2003). Rola, jaką ATP odgrywa w modulowaniu aktywności synaptycznej neuronów jest jednak nadal w trakcie intensywnych badań (Agulhon i wsp. 2010). Neuronalne synapsy purynergiczne występują relatywnie rzadko w układzie nerwowym w porównaniu do wszechobecnej wśród komórek glejowych komunikacji za pośrednictwem zewnątrzkomórkowych puryn. Może to sugerować, że pozasynaptyczne uwalnianie ATP jest bardzo ważne dla funkcjonalnej integracji sieci komórek glejowych (Butt 2011). Wiadomo, że głównym źródłem ATP są astrocyty, które uwalniają neuroprzekaźnik w celu wzajemnej komunikacji oraz komunikacji z innymi komórkami glejowymi poprzez receptory purynowe (Hamilton i wsp. 2008). Jednakże nie wiadomo dotychczas, czy zachodząca przy udziale ATP komunikacja międzykomórkowa odbywa się w wyspecjalizowanych punktach kontaktowych oraz czy miejsce uwalniania i receptory mają tę samą lokalizację, co mogłoby precyzować szlaki komunikacyjne między komórkami glejowymi, jak ma to miejsce w przypadku neuronów połączonych w sieć przez synapsy (Butt 2011). Jak dotąd większość dowodów wskazuje, że sygnał w sieci astrocytów rozprzestrzenia się promieniście we wszystkich kierunkach od jego źródła poprzez połączenia ścisłe i uwalniany przez półkanały ATP, który aktywuje receptory na sąsiednich komórkach glejowych (Scemes i Giaume 2006). Nasze zrozumienie zjawiska komunikacji między komórkami glejowymi opiera się jednakże wciąż tylko na obserwacji fali wapniowej w mikroskopie konfokalnym lub fluorescencyjnym i jest wyznaczane przez czułość detekcji wapnia w komórkach (Butt 2011). Dodatkowo wykazano, że astrocyty mogą wykazywać także spontaniczną falę wapniową zarówno w hodowlach (Shigetomi i wsp. 2008), jak i w warunkach in vivo (Hirase i wsp. 2004). Niewiele także wciąż wiadomo na temat fizjologicznych skutków komunikacji między komórkami glejowymi. Nie można jednak zapominać o znaczeniu pośredniczonej przez ATP komunikacji wapniowej w regulacji tych podstawowych funkcji jakie pełnią astrocyty, ponieważ są one absolutnie niezbędne do pełnienia normalnych czynności mózgu, a ich zaburzenia odgrywają kluczową rolę w epilepsji, neurodegeneracji czy demielinizacji. Główną funkcją astrocytów jest pobieranie K + i glutaminianu uwalnianych podczas normalnej neuronalnej aktywności, co wydaje się regulowane przez receptory purynowe. Wykazano bowiem, że receptory P2Y i P2X 7 są zaangażowane w regulację aktywności kanału potasowego, przez co kontrolują transport K + w nabłonku (Leipziger 2003), a receptory P2Y 1 mogą zwiększać aktywność Na + /K + ATPazy (Broch Lips 2010). Receptory P2X 7 wydają się także uczestniczyć w spadku ekspresji akwaporyny, białka biorącego udział w transporcie jonów i wody w astrocytach (Lee i wsp. 2008) oraz w obniżeniu pobierania glutaminianu i ekspresji transportera dla glutaminianu (GLAST) (Liu i wsp. 2010). Wykazano, że sygnał wapniowy pośredniczony przez ATP dostarcza także mechanizmu, poprzez który neurony mogą stymulować tworzenie mieliny przez oligodendrocyty (Matute i wsp. 2007). Stwierdzono, że w okresie różnicowania się oligodendrocytów receptory adenozynowe podlegają wyciszeniu (down regulation), natomiast receptory P2Y 1 i P2X 7 ulegają ciągłej ekspresji zarówno w okresie rozwoju, jak i w dojrzałych oligodendrocytach. Aktywacja receptora P2X 7 w warunkach patologicznych, takich jak ischemia i stwardnienie rozsiane skutkuje demielinizacją i utratą oligodendrocytów (Domercq i wsp. 2010). Oligodendrocyty Wykazano, że komórki prekursorowe oligodendrocytów (w tym komórki NG2 NG2 proteoglycan expressing cells) wchodzą w ścisły kontakt z synapsami lub przewężeniami Ranviera i odpowiadają na ATP i glutaminian uwalniane przez synapsy i aksony (Bergles i wsp. 2000). Ponadto ATP uwalniane przez astrocyty wywołuje szybki i przejściowy wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ w komórkach prekursorowych oligodendrocytów, a w proces ten angażuje receptory dla adenozyny oraz receptory P2Y 1 i P2X 7. Stąd pośredniczona przez ATP i adenozynę komunikacja pomiędzy neuronami, astrocytami i komórkami prekursorowymi oligodendrocytów dostarcza mechanizmów mogących wpływać na regulację regeneracji oligodendrocytów. Mikroglej Wykazano, że fala wapniowa w astrocytach wyzwala wzrost stężenia wewnątrzkomórkowego Ca 2+ w mikrogleju (Schipke i wsp. 2002). Komórki mikrogleju wykazują ekspresję receptora P2X 4 i P2Y 12, a ich aktywacja przez ATP wydaje się być kluczową w bólu neuropatycznym i odpowiedzi na uszkodzenie (Maeda i wsp. 2010). Podsumowanie Adenozynotrójfosforan jest cząsteczką sygnałową, która w układzie nerwowym pełni funkcję neuroprzekaźnika, bądź moduluje uwalnianie i funkcjonowanie innych neuroprzekaźników. Adenozynotrójfosforan uczestniczy nie tylko w szybkiej transmisji informacji, ale współdziałając z czynnikami wzrostowymi wpływa na długotrwałe zmiany trofizmu komórek w układzie nerwowym. Działając za pośrednictwem receptorów P2Y i P2X pełni rolę kluczowego pośrednika w komunikacji między komórkami glejowymi uwolnienie ATP przez astrocyty powoduje rozprzestrzenianie się fali wapniowej wśród komórek glejowych. Ponadto sygnał wapniowy regulując uwalnianie neurotransmiterów przez astroglej wpływa na aktywność synaptyczną neuronów. W oligodendrocytach ATP reguluje różnicowanie się, mielinizację oraz pośredniczy w odpowiedzi na uszkodzenia neuronów przez mikroglej. Piśmiennictwo u Autora.