Биология - Никотиновый ацетилхолиновый рецептор
подвид ацетилхолиновых рецепторов, который обеспечивает передачу нервного импульса через синапсы и активируется никотином. Этот рецептор входит в группу рецептор-ионных каналов вместе с ГАМКА-, глициновым и серотониновым 5-HT3 рецепторами.
Общая характеристика
Данный рецептор найден в химических синапсах как в центральной, так и в периферической нервной системе, в нервово-мышечных синапсах, а также в эпителиальных клетках многих видов животных.
Никотиновый ацетилхолиновый рецептор был открыт в начале XX века, как «рецепторную структуру никотина», приблизительно за 25-30 лет до того, как была исследованная его роль в проведении нервных сигналов, генерированных с помощью ацетилхолина. При попадании ацетилхолина на молекулу данного рецептора приоткрывается проницаемый для катионов канал, что приводит к деполяризации клеточной мембраны и генерации нервного импульса в нейроне или сокращение мышечного волокна.
пептиды и их производные, взаимодействующие с никотиновым ацетилхолиновым рецептором и пригодные для использования в косметологии против мимических и возрастных морщин
Классы МПК:
C07K7/06 содержащие от 5 до 11 аминокислот
A61K38/08 пептиды, содержащие 5-11 аминокислот
Рисунки к патенту РФ 2524428
Пептиды и их производные, взаимодействующие с никотиновым ацетилхолиновым рецептором и пригодные для использования в косметологии против мимических и возрастных морщин.
Область техники, к которой относится изобретение.
Настоящее изобретение относится к биохимии, а именно к новым пептидным соединениям, способным селективно блокировать мышечный тип ацетилхолинового рецептора. Более конкретно данное изобретение относится к применению таких соединений в косметологии для разглаживания мимических и возрастных морщин.
Уровень техники.
В последние десятилетия наблюдается устойчивый рост продолжительности жизни населения развитых стран. В 2000 году в США людей старше 65 лет было 13%, в 2030 году ожидают, что это значение увеличится до 20%. Этот демографический сдвиг требует активизации усилий по созданию эффективных лекарственных средств для людей старших возрастных групп. Это требование в полной мере относится к косметической дерматологии, которая создает укрепляющие, антивозрастные и противосолнечные средства, а также крема от морщин. Косметические и фармацевтические компании часто используют в таких кремах пептиды, как активные ингредиенты. Пептиды и косметика на их основе обладают различной активностью: стимуляция активности фибробластов, ингибирование ферментов, разрушающих коллаген, стимуляция ангиогенеза, иммуномодулирование, регулирование синтеза меланина, блокирование нервно-мышечной передачи. Одним из наиболее важных препятствий для топического применения пептидов в составе кремов является их пониженная способность проникать в кожу. Вообще, способность проникновения зависит от различных факторов: физико-химических свойств вещества (константа диссоциации кислоты [рКа], молекулярный размер, стабильность, растворимость и коэффициент липофильности); времени проникновения; целостности, толщины и состава кожи, кожного обмена веществ; места, площади и продолжительности применения (Ranade, V. V. Drug delivery systems. 6. Transdermal drug delivery. J. Clin. Pharmacol. 1991, 31, 401-418). Считают, что пептид подходит для топического применения, если он соответствует перечисленным ниже параметрам, но стоит заметить, что это эмпирические параметры, которые не являются универсальными (Guy, R. H. Current status and future prospects of transdermal drug delivery. Pharm. Res. 1996, 13, 1765-1769):
1. Молекулярная масса менее 500 Da
2. Значение коэффициента липофильности (логарифм коэффициента распределения в системе октанол/вода) от 1 до 3
3. Температура плавления ниже 200 C
4. Хорошая растворимость в воде (1 мг/мл)
5. Нет или мало полярных центров.
Пептиды, используемые в косметологии, можно разделить на четыре большие группы: сигнальные пептиды, ингибиторы ферментов, пептиды-переносчики и пептиды-ингибиторы нервно-мышечной передачи (Gorouhi F, Maibach HI. Role of topical peptides in preventing or treating aged skin. Int J Cosmet Sci. 2009 Oct; 31(5): 327-45). Несмотря на одинаковый видимый физиологический эффект при применении пептидов из этих четырех групп, механизм их действия существенно различается. При этом, именно пептиды из группы блокаторов нервно-мышечной передачи рассматриваются как безопасная альтернатива инъекциям ботулотоксина при борьбе с возрастными и мимическими морщинами. Обладая высокой специфичностью, ботокс, тем не менее, не лишен недостатков, основные из которых - высокая токсичность и, как следствие, необходимость точного расчета дозы, существенная зависимость качества препарата от условий производства, применение только в виде инъекций.
Мышечное сокращение - это физиологический процесс, при котором мышцы испытывают напряжение - укорачиваются или удлиняются, тем самым производя механическую работу. Этот процесс обеспечивает способность животных и человека к произвольным и непроизвольным движениям и напрямую связан с пищевыми, дыхательными, оборонительными, выделительными и другими физиологическими процессами. Гладкая мускулатура отвечает за непроизвольные движения, примерами которых могут служить перистальтика желудка и кишечника, изменение тонуса кровеносных сосудов и мочевого пузыря. Поперечно-полосатая мускулатура обеспечивает произвольные движения - перемещение в пространстве, мимику лица, дыхание, глотание и пр. Работа сердца обеспечивается сокращением сердечной мускулатуры.
Мышцы образованы многоядерными мышечными волокнами, каждое из которых в отдельности является не только клеточной, но и физиологической единицей, что обусловлено наличием в них такого специфического «сократительного» элемента как миофибриллы. Эти волокна объединены в пучки первого порядка; несколько таких первичных пучков соединяются, образуя пучки второго порядка и т. д. до образования мышцы. Поскольку сокращение мышцы вызывается импульсами, идущими от центральной нервной системы, то на ней присутствуют участки, которые иннервированы синаптическими окончаниями нейрональных аксонов. Сочленение между нейроном и мышечным волокном называется нервно-мышечным синапсом (НМС).
Механизм мышечного сокращения можно разбить на несколько основных этапов. Первым из них является передача от нейрона стимула в форме потенциала действия. При этом потенциал действия распространяется вдоль нервного волокна до его окончаний на мышечных волокнах, что приводит к выделению нейромедиатора ацетилхолина (АХ) из пресинаптической части НМС в синаптическую щель. Этот нейромедиатор действует на ограниченную область мембраны мышечного волокна (постсинаптическая часть НМС), открывая многочисленные управляемые ацетилхолином каналы - ацетилхолиновые рецепторы (АХР). Результатом открытия каналов становится повышение концентрации ионов натрия внутри мышечного волокна, что ведет к возникновению на мембране потенциала действия, который проводится вдоль мембраны мышечного волокна. Потенциал действия деполяризует мышечную мембрану, что приводит к выделению из саркоплазматического ретикулума большого количества ионов кальция, которые в нем хранятся. Ионы кальция непосредственно инициируют процесс сокращения мышц. В дальнейшем с помощью кальциевого насоса в мембране саркоплазматического ретикулума ионы кальция закачиваются обратно, приводя к расслаблению мышцы.
Механизм функционирования нервно-мышечного синапса описан достаточно детально. Когда нервный импульс, выражающийся в виде потенциала действия, поступает в окончание моторного нейрона, он заставляет открыться в пресинаптической мембране НМС кальциевые каналы. Локальное увеличение здесь внутриклеточной концентрации ионов кальция способствует их взаимодействию с белками, которые способствуют слиянию синаптических везикул, наполненных нейромедиатором АХ, с плазматической мембраной нейрона. Последний процесс также детально изучен и осуществляется с помощью комплекса SNARE, образуемого эффективным четырехспиральным взаимодействием трех белков - синаптобревина с поверхности везикулы, синтаксина и SNAP-25 с поверхности мембраны нейрона. Образование этого комплекса приводит к быстрому слиянию везикулярной и плазматической мембран и вызывает экзоцитоз АХ в синаптическую щель. Молекулы ацетилхолина диффундируют через щель шириной 50-100 нм и достигают постсинаптической мембраны, которая обладает высокой чувствительностью к медиатору за счет наличия там высокоспецифичных рецепторов - АХР. Связывание АХ вызывает открытие канала; при этом образуется мощный градиент ионов натрия внутрь клетки, а значительно более слабый поток ионов калия наружу с последующей деполяризации мышечной мембраны, высвобождение кальция и сокращение мышцы, о чем было сказано выше.
Механизм передачи нервного импульса через постсинаптическую часть НМС опосредуется через взаимодействие нейромедиатора АХ с АХР и также детально изучен. Существует две больших группы АХР - никотиновые (нАХР) и мускариновые (мАХР), которые различаются по способности связывать специфические агонисты. Так, первые получили свое название из-за высокого сродства к растительному алкалоиду никотину, а вторые - к алкалоиду из ядовитых грибов мускарину. нАХР являются ионотропными рецепторами, т. е. представляют собой классические многосубъединичные ионные каналы, которые открываются для прохождения определенных ионов при связывании лиганда. мАХР относится к метаботропным рецепторам; это одноцепочечный белок с 7 трансмембранными фрагментами, сопряженный с G-белком. В этом случае передача сигнала после связывания лиганда происходит за счет большого количества метаболических путей.
На молекулярном уровне нАХР являются олигомерными белками, состоящими из 5-ти субъединиц. Известно, что все 5 субъединиц располагаются в мембране псевдосимметрично вокруг центральной оси, по которой проходит ионный канал диаметром примерно 2.5 нм. Эти данные получены для нАХР из электрического органа скатов Torpedo и имеющего субъединичную стехиометрию (
Для достижения быстрой передачи информации между нейроном и мышечным волокном необходимо наличие высокой концентрации АХР в нужных областях постсинаптической мембраны НМС. Поэтому кластеризация АХР является одним из важнейших этапов в процессе правильного функционирования НМС [Hoch W. 1999. Formation of the neuromuscular junction. Agrin and its unusual receptors. Eur. J. Biochem. 265: 1-10]. В ней задействовано несколько белков, важнейшими из которых являются агрин, рапсин и киназа MuSK (Muscle-Specific Kinase). Разработанные к настоящему времени и создаваемые сегодня новые агенты, блокирующие нервно-мышечную передачу, направлены на нарушение нормального функционирования либо пресинаптической мембраны НМС, либо постсинаптической части синапса.
Косметическая индустрия осуществила несколько различных попыток разработать новые соединения для топического применения при обработке мимических морщин, чтобы избежать побочных эффектов, наблюдаемых при инъекциях ботулического токсина (Lupo MP, Cole AL. Cosmeceutical peptides. Dermatol Ther. 2007, Sep-Oct; 20(5): 343-9). К настоящему времени известны несколько пептидных соединений, блокирующих нервно-мышечную передачу.
37.10. Ингибиторы ацетилхолинового рецептора
Блокаторами нервно-мышечного проведения служат также соединения, непосредственно воздействующие на ацетилхолиновый рецептор. К ним относится кураре, который на протяжении столетий использовали южноамериканские индейцы. Вскоре после возвращения Колумба из Америки дАнгера в своем сочинении «De Orbo novo» отмечал, что «местные жители отравляли стрелы соком смертельно-ядовитой травы». Одним из активных компонентов кураре является 
декаметония соединяются с рецептором ацетилхолина, вызывая устойчивую деполяризацию концевой пластинки.
В хирургии в качестве препарата, вызывающего расслабление мышц, используется аналог ацетилхолина - сукцинилхолин.
Рис. 37.16. Реактивация гидроксиламином ацетилхолинэстеразы, ингибированной диизопропилфторфосфатом.
Рис. 37.17. Формула и модель 
Сукцинилхолин крайне медленно гидролизуется ацетилхолинэстеразой в постсинаптической мембране. Вследствие этого он вызывает устойчивую деполяризацию концевой пластинки. В то же время сукцинилхолин гидролизуется под действием менее специфических холинэстераз в плазме и в печени; эти ферменты назвали плазменными ацетилхолинэстеразами или псевдохолинэстеразами для того, чтобы отличить их от ацетилхолинэстеразы постсинаптической мембраны. Сукцинилхолин удобен тем, что при его использовании нервно-мышечное проведение восстанавливается вскоре после того, как перестают вводить этот препарат. Однако в отдельных случаях мышечное расслабление и паралич дыхательных мышц сохраняются на протяжении многих часов. Дело в том, что в таких случаях гидролиз сукцинилхолина у больных идет крайне медленно из-за сильно сниженного сродства плазменной холинэстеразы к сукцинилхолину. Повышенная чувствительность к сукцинилхолину [так же как и памахину (разд. 15.11)] - пример генетически детермированной лекарственной идиосинкразии.
Если кроликов иммунизировать очищенными ацетилхолиновыми рецепторами, то спустя несколько недель после иммунизации у них наблюдается мышечная слабость и быстрая утомляемость. Объясняется это тем, что в результате иммунизации у них вырабатываются антитела, реагирующие с ацетилхолиновыми рецепторами их собственных нервно-мышечных соединений. В итоге число функционально активных ацетилхолиновых рецепторов уменьшается, что приводит к ухудшению нейромышечной передачи. Развивающееся у этих кроликов состояние очень напоминает тяжелую болезнь человека - миастению (myasthenia gravis), и, действительно, в сыворотке больных миастенией содержатся антитела, направленные против собственных рецепторов ацетилхолина. Другими словами, myasthenia gravis является аутоиммунным заболеванием, т. е. таким заболеванием, при котором организм оказывается мишенью действия собственной иммунной системы.
Рецептор ацетилхолина
Рецептор ацетилхолина (сократил AChR ) является составным мембранным белком, который отвечает на закрепление ацетилхолина, нейромедиатора.
Классификация
Как другие трансмембранные рецепторы, рецепторы ацетилхолина классифицированы согласно их «фармакологии», или согласно их относительным сходствам и чувствительности к различным молекулам. Хотя все рецепторы ацетилхолина, по определению, отвечают на ацетилхолин, они отвечают на другие молекулы также.
- Рецепторы ацетилхолина Nicotinic (nAChR. также известный как «ionotropic» рецепторы ацетилхолина) особенно отзывчивы к никотину. Никотином рецептор ACh является также На + и K + канал иона
- Рецепторы ацетилхолина Muscarinic (mAChR. также известный как «метаботропные» рецепторы ацетилхолина) особенно отзывчивы к muscarine.
Nicotinic и muscarinic - два главных вида «холинергических» рецепторов.
Типы рецептора
Молекулярная биология показала, что nicotinic и muscarinic рецепторы принадлежат отличным суперсемьям белка.
Рецепторы Nicotinic имеют два типа: Nm и Nn. Nm расположен в нейромускульном соединении, которое вызывает сокращение скелетных мышц посредством потенциала пластины конца (EPPs). Nn вызывает деполяризацию в автономных ганглиях, приводящих к почте ganglionic импульс. Рецепторы Nicotinic вызывают выпуск катехоламина от надпочечной сердцевины, и также место определенное возбуждение или запрещение в мозге. И Nm и Nn - На + и k + связанный канал, но Nn также связан с дополнительным CA ++ канал.
nAChRs - каналы иона лиганда-gated, и, как другие члены суперсемьи канала иона лиганда-gated «cys-петли», составлены из пяти подъединиц белка, симметрично устроенных как палки приблизительно баррель. Состав подъединицы очень переменный через различные ткани. Каждая подъединица содержит четыре области, которые охватывают мембрану и состоят приблизительно из 20 аминокислот. Область II, который сидит самый близкий к люмену поры, формирует подкладку поры.
Закрепление ацетилхолина к конечным остановкам N каждой из двух альфа-подъединиц приводит к вращению на 15 ° всего M2 helices. У стороны цитоплазмы nAChR рецептора есть кольца высокого отрицательного заряда, которые определяют определенную специфику катиона рецептора и ликвидируют раковину гидратации, часто формируемую ионами в водном растворе. В промежуточной области рецептора, в пределах люмена поры, valine и лейциновых остатков (Вэл 255 и 251 лей) определяют гидрофобную область, через которую должен пройти обезвоженный ион.
nAChR найден на краях сгибов junctional в нейромускульном соединении на постсинаптической стороне; это активировано выпуском ацетилхолина через синапс. Распространение На и K через рецептор вызывает деполяризацию, потенциал пластины конца, который открывает каналы натрия напряжения-gated, который допускает увольнение потенциала действия и потенциально мускульное сокращение.
Напротив, mAChRs не каналы иона, но принадлежат вместо этого суперсемье G-protein-coupled рецепторов, которые активируют другие ионные каналы через второй каскад посыльного.
muscarine холинергический рецептор активирует G-белок, когда связано с внеклеточным ACh. Альфа-подъединица G-белка дезактивирует аденилатциклазу, в то время как подъединица бета гаммы активирует K-каналы, и поэтому гиперполяризуйте клетку. Это вызывает уменьшение в сердечной деятельности.
Роль в здоровье и болезни
Рецепторы ацетилхолина Nicotinic могут быть заблокированы кураре, hexamethonium и токсинами, существующими в ядах змей и моллюсков, как α-bungarotoxin. Наркотики, такие как нейромускульные блокирующие агенты связывают обратимо с nicotinic рецепторами в нейромускульном соединении и обычно используются в анестезии.
Рецепторы Nicotinic - основной посредник эффектов никотина. В миастении gravis, рецептор в NMJ предназначен антителами, приведя к мышечной слабости.
Рецепторы ацетилхолина Muscarinic могут быть заблокированы атропином наркотиков и scopolamine.
Врожденный myasthenic синдром (CMS) - унаследованный нейромускульный беспорядок, вызванный дефектами нескольких типов в нейромускульном соединении. Постсинаптические дефекты - самая частая причина CMS и часто приводят к отклонениям в nicotinic рецепторах ацетилхолина. Большинство мутаций, вызывающих CMS, найдено в генах подотделений AChR.
Из всех мутаций, связанных с CMS, больше чем половина является мутациями в одном из четырех генетических кодов взрослые подъединицы рецептора ацетилхолина. Мутации AChR часто приводят к endplate дефициту. Большинство мутаций AChR - мутации гена CHRNE. Ген CHRNE кодирует для подотделения эпсилона AChR. Большинство мутаций - автосомальные удаляющиеся мутации потери функции и в результате есть дефицит endplate AChR. CHRNE связан с изменением кинетических свойств AChR. Один тип мутации подотделения эпсилона AChR вводит Аргумент в связывающий участок в α/ε интерфейсе подъединицы рецептора. Добавление катионного Аргумента в анионную среду связывающего участка AChR значительно уменьшает кинетические свойства рецептора. Результат недавно введенного АРГУМЕНТА - 30-кратное сокращение близости участника состязания, 75-кратное сокращение gating эффективности и чрезвычайно ослабленный канал вводная вероятность. Этот тип мутации приводит к чрезвычайно фатальной форме CMS.
style="display:inline-block;width:300px;height:250px"
data-ad-client="ca-pub-6667286237319125"
data-ad-slot="5736897066">
Комментариев нет:
Отправить комментарий