Американские исследователи обнаружили, что ранее открытый в мозге орфанный рецептор GPR158 обеспечивает метаботропное действие нейромедиатора глицина. Он может стать мишенью для новых лекарств от депрессии и других психоневрологических расстройств. Публикация об этом появилась в журнале Science.
Простейшая аминокислота глицин служит одним из основных нейротрансмиттеров. Он распространен по всему мозгу и регулирует фундаментальные нейрональные процессы за счет связывания со специфическими ионотропными рецепторами GlyR. В основном его действие тормозное, однако в развивающихся нейронах может быть возбуждающим. Кроме того, глицин служит коактиватором возбуждающих глутаматных NMDA-рецепторов. Также у него наблюдали метаботропные нейромодуляторные эффекты. Как правило, за них отвечают рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), которые были найдены для всех основных нейромедиаторов, кроме глицина и близкого к нему таурина. Глицинергическая нервная передача играет роль в развитии различных патологических состояний, включая депрессию.
GPR158 — это один из самых распространенных орфанных GPCR в мозге. Его обнаружили сотрудники лаборатории Кирилла Мартемьянова (Kirill Martemyanov) в Университете Флориды в ходе изучения белковых регуляторов работы G-белка (RGS), с которыми этот рецептор связан. Исследуя GPR158, они выяснили, что в нейронах он регулирует функции вторичного посредника цАМФ и контролирует ключевые ионные каналы, киназы и нейротрофные факторы, задействованные в возбудимости клетки и синаптической передаче. В силу этого рецептор вовлечен в реализацию когнитивных функций и аффективных состояний. Его генетическое выключение у мышей проявлялось антидепрессивным эффектом и устойчивостью к стрессу. Эндогенный лиганд для GPR158 оставался неизвестным, однако на нем был обнаружен внеклеточный cache-домен, широко распространенный в хеморецепторах бактерий и служащий для связывания лигандов.
В новой работе исследователи оттолкнулись от того, что в cache-домене GPR158 есть небольшой молекулярный карман, схожий с местами связывания аминокислот в других известных cache-доменах. Это позволило предположить, что лигандом для GPR158 также служит аминокислота. Скрининг базовых аминокислотных молекул показал, что только глицин и таурин снижают уровень цАМФ, причем только в клетках, экспрессирующих заданный рецептор. Этот эффект реализовывался за счет ингибирования связанного с рецептором RGS — RGS7-Gβ5, активирующего ГТФазу.
Выяснив это, авторы работы несколькими методами выяснили, что глицин непосредственно связывается с GPR158. В частности, для этого они воспользовались проточным цитометрическим мониторингом связывания глицина, конъюгированного с изотиоцианатом флуресцеина, с экспрессирующими этот рецептор клетками; конкурентным связыванием с меченым тритием глицином, а также изотермической титрационной калориметрией связывания глицина с очищенным рецептором.
С помощью молекулярного моделирования исследователи нашли положение глицина в связывающем кармане cache-домена GPR158, стабилизированное сетью водородных связей с аминокислотными боковыми цепями. Методом направленного мутагенеза подтвердили значение этих аминокислот для связывания глицина, а также то, что без него подавления активации ГТФазы белком RGS7-Gβ5 не происходит.
После этого авторы работы провели электрофизиологическое исследование нейронов II и III слоев медиальной префронтальной коры, выраженно экспрессирующих GPR158, в условиях фармакологической блокады возбуждающей и тормозной ионотропной синаптической импульсации. Под действием глицина значительно повышалось число потенциалов действия и снижалась сила тока, необходимая для вызова первого из них; мембранный потенциал покоя при этом не менялся. Подобный возбуждающий эффект в корне отличался от тормозного действия глицина, обусловленного активацией GlyR, и отсутствовал у мышей, нокаутных по гену Gpr158.
Таким образом, GPR158 был идентифицирован как метаботропный глициновый рецептор mGlyR. Связанная с ним крупная нейромодуляторная система должна помочь в понимании когнитивных функций и аффективных состояний. В перспективе она может стать мишенью для принципиально новых лекарств от депресcии, тревожности и других расстройств, считают авторы работы.
До недавнего времени развитие депрессии связывали в первую очередь с нарушениями обмена нейромедиатора серотонина. В 2022 году были опубликованы данные об ошибочности этих представлений. Тем не менее действующие на серотонин антидепрессанты эффективны — о том, почему так происходит, рассказывает материал «Серотонин, останьтесь».