Kainaattireseptori

Kainaattireseptorit (KAR) ovat tetrameerisiä ionikanaviin kuuluvia eli ionotrooppisia glutamaattireseptoreita (iGluR), jotka aktivoituessaan läpäisevät yhdenarvoisia kationeja kuten K⁺ ja Na⁺, ja vähäisemmässä määrin Ca²⁺-kationeja. KAR:ien luonnollinen aktivoiva eli agonistinen välittäjäaine on L-glutamaatti. iGluR-ryhmään kuuluvat myös AMPAR:ät, NMDAR:ät ja delta-reseptorit.^[1]

KAR:ät voivat Ca²⁺ läpäisykykynsä vuoksi osallistua mm. aivohalvausten jälkeisiin hermosoluja tappaviin eksitotoksisiin vaikutuksiin.^[2]

Kaiinihappo.

KAR:ät on nimetty eksitotoksisen kaiinihapon mukaan, jonka ionimuoto on kainaatti. Kaiinihappo on valikoivampi agonisti KAR:ille kuin muille iGluR:ille ja kaiinihapon avulla KAR:ät löydettiin 1980-luvun alkupuolella. Kaiinihappo eristettiin 1953 Digenea simplex punalevästä.^[3]

Rakenne

KAR:ät ovat tetrameerejä eli ne koostuvat 4:stä proteiinialayksiköstä. KAR:ien alayksikköjä on ihmisillä 5 (vanhentuneet nimet suluissa):^[4]

• GluK1 (GluR5)
• GluK2 (GluR6)
• GluK3 (GluR7)
• GluK4 (KA1)
• GluK5 (KA2)

Näitä koodaavat vastaavasti ihmisillä geenit GRIK1, GRIK2, GRIK3, GRIK4 ja GRIK5, jotka ovat vastaavasti kromosomien kohdissa 21q22.11, 6q16.3-q21, 1p34-p33, 11q22.3 ja 19q13.2.^[1] GluK4- ja Gluk5-yksikköjä kutsutaan usein suuren affiniteetin yksiköiksi, sillä niihin sitoutuu muita voimakkaammin kainaatti.^[5]

Kukin KAR:än muodostava alayksikkö jaetaan 4:ään osaan:^[1]

1. Solun ulkoinen aminoterminaalidomeeni eli ATD (eng. amino terminal domain). Simpukkamainen LBD jaetaan vielä R1- ja R2-puolikkaisiin.
2. Solun ulkoinen ligandia sitova domeeni eli LBD (eng. ligand binding domain). Simpukkamainen LBD jaetaan vielä S1- ja S2-puolikkaisiin, joiden väliin L-glutamaatti (tai jokin muu ligandi) kiinnittyy. Myös nimiä D1 ja D2 käytetään.
3. Solukalvon läpäisevä domeeni eli TMD (eng. transmembrane domain). TMD jaetaan vielä osiin M1, M2, M3 ja M4. M2:t ovat kääntyneet kanavan sisään ja voivat vuorovaikuttaa sen läpi kulkevien ionien kanssa.
4. Solun sisäinen karboksiterminaalidomeeni eli CTD (eng. carboxy terminal domain).

Alayksikköyhdistelmät

GluK4- tai GluK5-tyyppiset yksiköt eivät voi yksin muodostaa KAR:ää, mutta GluK1–3 voivat. Toimiva KAR voi sisältää pelkästään samoja yksikköjä, jolloin tetrameerit ovat homomeerejä. Osa yksiköistä voi olla eri, jolloin yhdistelmä on heteromeeri. Heteromeerit ovat yleisempiä eliöissä. Esimerkiksi K2/K5-KAR heteromeeri on nisäkkäiden hermoston yleisin KAR. Nimilyhenne tarkoittaa KAR:ää, joka sisältää 2 kpl GluK2-yksikköjä ja 2 kpl GluK5-yksikköjä. Reseptorissa samanlaiset yksiköt eivät useinkaan ole keskenään vierekkäin.^[6]

mRNA

Geenien mRNA:n vaihtoehtoinen silmukointi CTD-alueella tuottaa ihmisillä alayksiköistä seuraavanlaisia yksikkömuotoja:^[5]

• GluK1-muodot: GluK1a, GluK1b, GluKc ja GluK1d.
• GluK2-muodot: GluK2a ja GluK2b.
• GluK3-muodot: GluK3a ja GluK3b.

Ihmisillä GluK1:n ATD-alueen silmukointi voi tuottaa vielä muodot GluK1-1 ja GluK1-2.^[7] Lisäksi ainakin ihmisillä GluK1 ja GluK2 voivat läpikäydä silmukoinnin lisäksi muita mRNA:n muokkauksia. Yksi näistä on RNA deaminaasin tekemä GluK1:n Q/R-muutos P-silmukkamotiivin sisältävällä M2-alueella.^[5] Muutoksessa aminohappoketjun tietty glutamiini (Q) muuttuu arginiiniksi (R). Arginiinimuodon (GluK1-(R)) Ca²⁺ kaltaisten divalenttisten kationien ionikanavan läpäisykyky on heikentynyt suhteessa glutamiinimuotoon (GluK1-(Q)).^[8][5]

Sijainti ja roolit

KAR:iä löytyy keskushermostosta, jossa ne säätelevät hermosolujen välistä viestintää. Esimerkiksi presynaptiset KAR:ät voivat tarkemmasta sijainnistaan riippuen osaltaan mm. tehostaa tai heikentää glutamaatin ja GABA:n vapautumista hermosoluista. KAR:ät voivat myös tehostaa tai hillitä muun glutaminergisen hermoston ärsykeherkkyyttä. Edeltävät toiminnot välittyvät monimutkaisten tapahtumaketjujen kautta ja ne ovat rajoittuneet vain tiettyihin solutyyppeihin ja hermoston alueisiin. Poikkeavaa KAR:issä muihin iGluR:iin verrattuna on mm. se, että joidenkin hermosolujen KAR:ien vaikutuksista välittyvät tiettävästi G-proteiinikytkentäisesti.^[5]

Ligandit

Kilpailevia agonisteja (sitoutumiskohteet suluissa):

• LY293558 (KAR/AMPAR/NMDAR, GluK1 valikoiva)^[9]
• LY294486 (KAR/AMPAR, GluK1 valikoiva, heikko NMDAR-sitoutuminen)^[9]
• LY382884 (KAR, hyvin GluK1 valikoiva)^[9]
• (S)-5-jodowillardiini (KAR, hyvin GluK1 valikoiva)^[9]
• ATPA (KAR, hyvin GluK1 valikoiva, heikko AMPAR/NMDAR-sitoutuminen)^[9]
• Domoiinihappo (KAR/AMPAR)^[9]
• Kaiinihappo (KAR/AMPAR)^[9]

Kilpailevia antagonisteja (sitoutumiskohteet suluissa):

• CNQX (KAR/AMPAR)^[10]
• SYM2206 (KAR/AMPAR)^[9]
• NBQX (KAR/AMPAR)^[10]
• LY300164 (KAR/AMPAR)^[9]
• LY300168 (KAR/AMPAR)^[9]