SİNAPTİK İLETİNİN MODÜLASYONU:

İKİNCİL MESAJCILAR

Sinaptik reseptörlerin 2 önemli fonksiyonu vardır:

1)    Spesifik transmiterlerin tanınması

2)    Efektör moleküllerin aktivasyonu

Sinaptik reseptörler;

1) İyonotropik     2) Metabotropik reseptörler olmak üzere 2 tiptedir.

­ İyonotropik reseptörler, iyon kanallarını doğrudan açarlarken, metabotropik reseptörler iyon kanalları üzerinde dolaylı etki gösterirler. Diğer bir deyişle, iyonotropik reseptörlerde reseptör ve effektör, tek bir molekül üzerinden fonksiyon gösterirlerken; metabotropik reseptörlerde bu olay farklı moleküller üzerinden olmaktadır. Bu moleküller G proteini ile eşleşmiş reseptörler ve tirozin kinaz reseptörleri olmak üzere 2 grupta toplanabilirler (Şekil 13-1A ve B).

Text Box: Şekil 13-1 
A.İyonotropik reseptörler iyon kanalını direkt olarak kapılarlar. Bu durumda reseptör, kanal proteininin ekstraselüler bölgesinde yer alır.
B. İyon kanallarını indirekt kapılayan reseptörler iki gruba ayrılır. 1) G proteini ile eşleşmiş Metabotropik reseptörler, 
2) Tirozin kinaz reseptörleri
 

­ G proteini ile eşleşmiş reseptörlerde, reseptör guanin nükleotidini bağlayıcı protein  (G proteini) ile eşleşir. Bu reseptör ailesine a ve b adrenerjik res. muskarinik Ach res., GABAB res., bazı glutamat ve serotonin res. dahil edilebilir.

­   G proteini ile eşleşmiş reseptörlerin aktivasyonunda çok çeşitli efektör proteinlerin katılımı gerekmektedir.   Tipik olarak efektör molekül, difüze olabilen bir ikinci mesajcıyı sentezleyen bir enzimdir.

İkincil mesajcılar ya spesifik protein kinazları aktive ederler veya hücre içindeki depolardan Ca2+ ‘ u mobilize ederek biyokimyasal bir kaskadın tetiğini çekerler.

­ Diğer reseptör tipinde, tirozin kinaz reseptörünün sitoplazmik parçası kendi kendini fosforilleyen bir enzimdir. Bu olay proteinin aktivasyonuna ve iyon kanalları üzerinde etkili olabilecek diğer proteinlerin aktivasyonuna yol açar. Tirozin kinaz reseptörleri tipik olarak hormonlar, büyüme faktörleri ve nöropeptidlerle aktive edilirler.

Text Box: Metabotropik reseptörlerle aktive edilen ikincil mesajcı pathway’ leri ortak bir moleküler mantığı paylaşırlar

­ İkincil mesajcı olarak davrandığı bilinen molekül sayısı transmiter sayısından daha azdır. ~ 100 kadar transmiter bilinmekte olup bunlar hücre membranında birçok farklı reseptörü aktive ederler. İkincil mesajcı moleküller günümüzde gaz yapısında ve gaz yapısında olmayan mesajcı moleküller olmak üzere 2 grupta toplanmışlardır. Yapısı ve fonksiyonu en iyi aydınlatılmış mesajcı molekül ise  siklik adenozin monofosfat (cAMP) dir.

­ Diğer bir grup ise membran lipidlerinin yıkımı ile ortaya çıkan ikincil mesajcılardır. Bunlardan bir tanesi fosfolipaz C’ nin etkisi ile oluşan inozitol trifosfat  ve diaçilgliserol, diğeri ise fosfolipaz A2’ nin etkisi ile oluşan araşidonik asiddir.

­ Diğer bir grup ise membranlardan kolaylıkla difüze olabilen gaz yapısındaki mesajcılardır. En iyi bilinenleri nitrik oksid (NO) ve karbon monoksid (CO) dir.

­ Çok önemli farklılıklara karşılık ikincil mesajcılar birçok  ortak özelliği paylaşmaktadırlar (Şekil 13-2A).

 

­ G proteini ile eşleşen reseptörler tipik olarak membranı 7 kez geçen tek bir subunitden oluşmaktadır (Şekil 13-3).

Text Box: Şekil 13-3: G- proteini ile eşleşen reseptör, membranı 7 kez geçen bir domain içerir. b1 , b2 adrenerjik res., muskarinik Ach res., rodopsin res. G- proteini ile eşleşen reseptörler olup benzer özellikler taşırlar. Nörotransmiter bağlayıcı bölge membrana gömülü olup Asp 113 bağlanmaya eşlik eder. G proteini bağlayıcı bölge sitoplazmik yüzde olup  fosforilasyona katılan serin rezidüsü içerir.Text Box: Şekil 13-2: Sinaptik ikincil mesajcı sistemleri ortak birçok özelliğe sahiptirler.

­ Transmiterin bu reseptöre bağlanması trimerik G proteinini bağlar. G proteini daha sonra efektör enzime bağlanır. Bu enzim;

Ĝ     cAMP     adenil siklaz

Ĝ     diaçilgliserol-inositoltrifosfat  fosfolipaz C (PLC)

Ĝ     araşidonik asid        fosfolipaz A2 (PLA)

­ Bu yollardan herbiri hedef proteinlerde değişiklik yaratacak sinyalleri üretir. Bu sinyal, proteine direkt olarak bağlanan ikincil mesajcı olabileceği gibi hedef proteini fosforilleyen bir protein kinazın fosforilasyonu olabilir.

­ cAMP, Ca2+ ve diaçilgliserol etkilerinin büyük kısmını protein kinazlar üzerinden gösterirler. Tek bir protein kinaz çok farklı hedef proteinleri fosforile ettiği için, bu enzimlerin aktivitelerindeki bir değişiklik sinyalin amplifikasyonuna yol açar.

­ Martin Rodbell ve Al Gilman; cAMP oluşumuna yol açan stimulatuar G proteini olan Gs proteininin varlığını göstermi,şlerdir(Şekil 13-4). Burada görüldüğü gibi reseptör siklaz enzimi ile değil, bir transduser protein olan G proteini aracılığı ile eşleşir. 

­ Gilman ve ark. G proteininin a, b ve g  olmak üzere 3 subunitten oluştuğunu gösterdiler. a subuniti membranla oldukça gevşek bir şekilde birleşmiş olup reseptör ile efektör enzim arasındaki birleştirici ajan görevini görür. bg kompleksi ise membrana daha sıkı bağlanmıştır ve iyon kanalları ile direkt ilişkilidir.

 

 


Text Box: Şekil 13-5: cAMP pathway’ i tipik bir nöronal ikincil mesajcı patway’ idir. Adenil siklaz ATP’ i cAMP’ ye dönüştürür.  4 tane cAMP, cAMP bağımlı protein kinazın  regülatör subunitine bağlanır ve 2 tane katalitik subunit serbestleşir. Fosfodiesteraz ve protein fosfotaz enzimleri bu yolun düzenleyici enzimleridir.Text Box: Şekil 13-4: cAMP siklusu

Ĝ	Transmiterin bağlanması, reseptörde konformasyonel değişikliğe yol açar, 
Gs proteinini bağlayıcı bölge açığa         çıkar.
Ĝ	Gs proteini reseptöre doğru hareket eder ve transmiter-reseptör kompleksi ile birleşir, GTP-GDP dönüşümü gerçekleşir. 
Ĝ	GTP-GDP dönüşümü, a-subunitinin Gs  proteininden ayrılmasına ve adenil siklaz için bir bağlanma bölgesi oluşturmasına yol açar.

Ĝ	 a-subuniti adenil siklaza bağlanır ve enzimi aktive ederek çok sayıda cAMP oluşumuna yol açar.

Ĝ	GTP ni n hidrolizi sonucu, a-subunit enzimden ayrılarak orijinal konformasyonuna döner ve bg kompleksi ile birleşir.
Ĝ	Adenil siklaz aktivasyonu, transmiter reseptörden ayrılıncaya dek tekrarlanır.
 ­ cAMP’ nin hücre içindeki başlıca hedefi cAMP-bağımlı protein kinazdır (PKA). Bu enzimin yapısı Edward Krebs ve ark. tarafından aydınlatılmıştır. Buna göre enzim 2 regulatör ve 2 katalitik subunitten oluşmuştur (Şekil 13-5).

 

cAMP varlığında , 2 cAMP regulatör subunite bağlanır, enzim disosiasyona uğrayarak regülatör ve katalitik subunitler ayrılır. Bu olay katalitk subunitin serbestleşmesine ve ATP’ nin g fosforil grubunun substrat proteinindeki serin ve treonin rezidülerine aktarılmasını sağlar.

­ Spesifik protein kinazlar, proteinleri yanlız serin ve treonin rezidüleri üzerinden fosforilleyebilirler. Bunun için fosforilasyona uğrayacak aminoasidlerin yakınında spesifik fosforilasyon dizisinin bulunması geremektedir. Örneğin bunun için lizin veya arginin, ardından herhangi bir amino asid ve bunun arkasından serin veya treonin rezidüsünün gelmesi gerekir.

Text Box: Şekil 13-7: Hücre membranında  fosfolipidlerin hidrolizi 3 major ikincil mesajcıları aktive eder.
A.	G proteini, PLC’ yi aktive eder. Bu enzim PIP2 ‘yi DAG ve IP3 ‘ a yıkar. IP3 , suda çözünen bir madde olup sitoplazmada difüze olur. Endoplazmik retikulumda bir reseptöre bağlanarak Ca2++ salınımına yol açar.
B.	DAG, membranda bulunur ve protein kinaz C’ yi aktive eder. PKC, sitoplazmadan membrana taşındığı zaman aktive olur.
C.	Kalmoduline bağlı Ca2++, kalsiyum/kalmodulin-bağımlı protein kinazı aktive eder.
Text Box: Şekil 13-6: Tüm protein kinazlar benzer şekilde regüle edilirler. 
A.	cAMP bağımlı protein kinaz 2 regülatör ve 2 katalitik subunit içerir. Her regülatör subunit 2 tane cAMP bağlar.
B-D. Diğer önemli protein kinazlarda regülatör ve katalitik domainler aynı polipeptid üzerinde bulunurlar. 
E. Tirozin kinaz reseptörünün aktivasyonu farklı olup, regülatör unitler ekstraselüler, katalitik unitler intraslelülerdir.
­ PKA için nöronlarda birçok önemli substrat tanımlanmıştır. Bunlar voltaj veya lligand  kapılı iyon kanalları, sinaptik vezikül proteinleri ve gen transkripsiyonunu regüle eden  proteinler olabilir.

Text Box: IP3 , diaçilgliserol ve araşidonik asid fosfolipidlerin hidrolizi ile sentezlenirler

 

 

 

­Plazma membranının iç yüzüne bakan bölümünde fosfolipidlerden sentezlenen ikincil mesajcılar mevcuttur. Bu işlemde PLC ve PLA2 enzimleri görevli olup, bunlar değişik tipteki reseptörlerle eşleşen G proteinleri ile aktive edilirler. Bu enzimler çeşitli fosfolidleri hidrolize edebildikleri halde en çok fosfotidil inozitol  4,5 bifosfat (PIP2) üzerinde etkilidir.

­ Fosfolipaz C, PIP2 ‘ nin gliserol ile polar grup arasındaki fosfodiester bağına etkilidir. Hidroliz sonucu diaçil gliserol (DAG) ve inozitol  1,4,5 trifosfat (IP3) oluşur. DAG ve IP3 ikincil mesajcılardır.

Hidrofobik olan DAG membranda bulunur, burada PKC’ yi aktive eder. Bu enzim inaktif formdayken sitoplazmada bulunur. DAG’ nin oluşumu ile enzim membrana ilerler ve aktif forma dönüşür. Bu dönüşüm için sitoplazmik Ca2+ düzeylerinde de  artış olması gerekmektedir.

­ IP3 ise hücre içi depolarından (ER), Ca2+ salınımına yol açar. IP3 reseptörü burada bir Ca2+ kanalı gibi görev yapar. IP3’ ün bağlanması ile Ca2+ sitoplazmaya geçer. Artmış Ca2+ düzeyleri hücre içinde birçok biyokimyasal olayı tetikler.

 

 

­  Ca2+ etkilerini kalmoduline bağlanarak gösterir. Ca2+/ kalmodulin ise bir protein kinaz üzerinden etkili olur (Şekil 13-7C). Polipeptid yapısındaki bu enzim, regulatör ve katalitik subunitler içerir. Ca2+/ kalmodulin’ in bağlanması enzimde konformasyonel değişikliğe neden olur. Bu enzimin otofosforilasyonunun önemli bir sonucu da Ca2+ dan bağımsız formun ortaya çıkışına yol açmasıdır. Başka bir deyişle, bu enzim Ca2+ yokluğunda da aktif bulunabilir.

Text Box: Araşidonik Asidden Kaynaklanan İkincil Mesajcılar

 

 

­ Membranda PLA2’ yi aktive eden reseptörler araşidonik asidi (AA) serbestleştirirler. AA hızla aktif metabolitleri olan eikosanoidlere dönüşür (Şekil 13-8). Bu dönüşümü sağlayan enzimler:

1)    prostaglandin (PG) ve tromboksan (TX) sentezinde görevli siklooksijenaz

2) lipoksijenaz

3)    sitokrom P450 heme içeren kompleks

­ Siklooksijenaz ve lipoksijenaz pathwayleri sinir sisteminde ençok  çalışılan konulardandır. PG ve TX sentezi elektrokonvulsiv şok, travma, akut serebral iskemi gibi nonspesifik stimulasyon ile dramatik olarak artar

­ Lipoksijenaz ise araşidonik asidin yapısına bir oksijen molekülünü katarak hidroperoksieikosatetraenoik aisd (HPETE) oluşumuna yol açar. Beyin slice’ larında K+, glutamat ve N-metil-D-aspartat düzeylerinin artması 12 –lipoksijenaz düzeylerini artırmaktadır.

AA ve metabolitleri , lipidde kolaylıkla çözünen moleküller olup membranlardan kolaylıkla difüze olurlar. Bu nedenle transselüler sinaptik mesajcı olarak kabul edilirler.


 

Text Box: Protein kinaz C isoformları
PKC’ nin 9 isoformu olup hepsi sinir sisteminde bulunmaktadır. Regülatör ve katalitik üniteler tek bir polipeptid zincir üzerinde yer alırlar (Şekil 13-6). İsoformlar arasındaki en önemli fark major form olarak isimlendirilen a, bI, bII ve g formların Ca2+ bağlayan bölgeleri olup Ca2+ ve DAG ile aktive olurlarken, minor formları olan d, e ve z ise  Ca2+ bağlayıcı bölge içermezler, dolayısıyla etkileri Ca2+’ dan bağımsız ortaya çıkar. 
Tüm PKC isoformları, regülatör ve katalitik üniteler arasında proteolitik bir bölgeye sahiptir. Sitoplazmik Ca2+ artışı sonucu uzayan PKC etkisi bu bölgeye etkili proteazları aktive eder. Ortaya çıkan form PKM olup, regülatör domain içermez; bu nedenle yapısal (konstitütif) olarak aktifdir. Bu formun özellikle hipokampusta uzun süreli potensiasyonun (LTP) indüklenmesinde ortaya çıktığı gösterilmiştir.


Text Box: Şekil 13-8: Araşidonik asidin serbestleşmesi
G proteinin bg uniti fosfolipaz A2 enzimini aktive eder. Bu enzim membranda fosfotidilinozitolü (PI) 
Hidrolize ederek araşidonik asid (AA) sentezler. AA çeşitli yollarla metabolize olarak hücre içinde etkilerini gösterir.

Text Box: Tirozin kinaz pathway’ i reseptör ve sitoplazmik kinazları kullanır

 

 

 

­ Tirozin kinaz reseptörleri, EGF (Epidermal Büyüme Faktörü), FGF (Fibroblast Büyüme Faktörü), NGF (Sinir Büyüme faktörü), BDGF (Beyin Kaynaklı Büyüme faktörü) ve insülini bağlamaktadır. Bunlar G proteini ile eşleşen reseptörlerden 2 nedenle farklıdırlar:

1)                Membranı bir kez geçerler.

2)                Sitoplazmik domainleri, proteinlerin tirozin rezidülerini fosforile eden protein kinaz aktivitesi içerirler.

­ Tirozin kinazlar için substrat olan proteinler nöral fonksiyonlarda uzun süreli değişikliklere yol açabilecek proteinler sınıfındandır.

Tirozin kinazlar bu özelliklerinin dışında, ekstraselüler bağlanma bölgesi içermektedirler. En iyi tanımlanmış etkileri, gen transkripsiyonunda değişikliklere yol açacak adaptör proteinler ve protein kinazlar ile ilgili kaskad reaksiyonlarını başlatmasıdır. 

Text Box: Gaz yapısındaki ikincil mesajcılar; Nitrik Oksid, Karbon Monoksid ve cGMP sentezinin stimülasyonu

 

 

­ Nitrik Oksid (NO), nöronlarda Ca2+/ kalmodulin bağımlı enzim olan Nitrik Oksid Sentaz (NOS) ile sentezlenmektedir.  Karbon Monoksid (CO) ise Hemoksijenaz (HO) enzimi ile sentezlenmektedir. NO ve CO’ in 3 ayırıcı özelliği vardır:

1)                Membranları kolaylıkla geçerler.

2)                Etkilerini hücre yüzeyindeki reseptörler aracılığı ile göstermezler.

3)                Yarı ömürleri çok kısadır.

­ NO ve CO etkilerini nasıl gösterirler?

Bu iki mesajcı molekülün etkileri cGMP üzerinden ortaya çıkmaktadır. cGMP, tıpkı cAMP gibi spesifik protein kinazları aktive eder. Ancak cGMP oluşumunu sağlayan Guanil Siklaz enziminin aktivasyonundaki mekanizma cAMP kaskadından oldukça farklıdır. İki tipte Guanil Siklaz, mevcuttur. Bir tanesi ekstraselüler reseptör bölgesi olan integral membran proteini, diğeri ise sitoplazmik olup NO ile aktive edilen guanil siklazdır enzimidir.

­ cGMP  bağımlı protein kinaz, cAMP bağımlı protein kinazdan farklı olup regülatör (cGMP-bağlayıcı) ünite ve katalitik ünite tek bir polipeptid üzerinde bulunur. cGMP bağımlı protein fosforilasyonu en çok serebellumdaki Purkinje hücrelerinde olmaktadır. Bu olayın öğrenmeyi açıklayan mekanizmalardan bir tanesi olan LTD (Long Term Depression) ’ nin oluşumuna katkıda bulunduğu bildirilmiştir.

Text Box: İyonotropik ve Metabotropik Reseptörlerin Fizyolojik Etkileri 

 

 

­ Metabotropik ve  iyonotropik reseptörler arasındaki yapısal farklılık fizyolojik etkilerine  yansımaktadır. Örneğin, iyon kanallarının direkt kapılanması tek bir makromolekülde konformasyonel değişiklik meydana getireceği için hızlıdır, birkaç msn’ de gerçekleşir. Buna karşılık metabotropik reseptörler aracılığı ile olan indirekt kapılanma ise onlarla ifade edilen milisaniyelerde gerçekleşir ve etkisi uzun süreli olup saniyeler hatta dakikalarca sürer.

­ Diğer bir önemli fark da; Ligand kapılı kanallar basit on-off (açık-kapalı) mantığı ile çalışırlar ve temel fonksiyonları bir nöronda aksiyon potansiyelini ateşlemek veya aksiyon potansiyeli oluşumunu inhibe etmektir. Bu kanallar bir transmiterin bağlanmasıyla açık duruma geçebildikleri için, sinaptik aralıkta postsinaptik membranda bulunurlar. Buna karşılık metabotropik reseptörler ise difüze olabilen intraselüler ikincil mesajcılara sahip olduklarından  soma, dendrit, akson, presinaptik ve hatta büyüme konilerindeki kanallar üzerinde bile etkili olabilirler.

­ Metabotropik reseptörler,  yavaş etkileri nedeniyle aksiyon potansiyelini ateşlemekte yetersiz kalırlar. Bu nedenle ligand kapılı kanallar gibi hızlı davranışlardan sorumlu değildirler. Ancak, istirahat potansiyelini, girdi direncini, uzunluk ve zaman sabitlerini, aksiyon potansiyeli süresini etkileyerek bir hücrenin elektrofizyolojik özelliklerini değiştirebilmektedirler. Bu nedenle metabotropik rseptörlerin etkileri daha çok modüle edici sinaptik etkiler olarak adlandırılmaktadır.

­ Modüle edici etkileri 3 sınıfta toplamak mümkündür (Şekil 13-10):

1)                Presinaptik terminaldeki kanallar üzerine olan etkiyle gerçekleşen  modülasyon

2)                Transmiter kapılı kanalların modülasyonu ile ortaya çıkan hızlı sinaptik potensiyellerin modülasyonu

3)                Text Box: Şekil 13-10: İkincil mesajcıların sinaptik aktivitedeki modülatör etkileriİstirahat ve voltaj kapılı kanalların modülasyonu yoluyla nöronal ateşleme özelliklerinin ve elektriksel uyarılmanın modülasyonu

 

 

­ Direkt ve indirekt transmiter etkileri, otonomik gangliaların nöronlarında gerçekleşen kolinerjik sinaptik iletide gösterilmiştir (Şekil 13-11). Presinaptik nöronun uyarılmasıyla salınıma uğrayan Ach, postsinaptik nöronda iyonotropik (nikotinik) Ach reseptörlerine bağlanarak hızlı eksite edici postsinaptik potansiyele (EPSP) yol açar. Bu hızlı EPSP’ i takiben 100 msn içinde yavaş EPSP gelişir. Yavaş EPSP’ nin ortaya çıkışı metabotropik (muskarinik) Ach reseptörlerinin Ach ile uyarılması sonucu gerçekleşir. 

­ Muskarinik Ach reseptörleri G proteini ile eşleşmiş reseptör grubundan olup, otonomik gangliyonlardaki etkileri K+ akımını azaltarak istirahat potansiyelini tekrar sağlama şeklinde ortay çıkar. Etkili olduğu kanal voltaj kapılı K+ kanalı olup aynı zamanda muskarine karşı duyarlı olduğu için M tipi kanal olarak da isimlendirilir.

Text Box: Şekil 13-11: Otonomik gangliyon nöronlarında hızlı ve yavaş sinaptik transmisyon

­ Burada görüldüğü gibi hızlı EPSP Na+ ve K+ kanallarının açılmasıyla oluşurken, yavaş EPSP M-tipi K+ kanalının kapanmasıyla ortaya çıkmaktadır. Bunun anlamı daha az K+ iyonunun hücreyi terk etmesi ve hücre içine doğru olan Na+ akımı ile membranın tekrar depolarize olarak yeni bir aksiyon potansiyeline hazır duruma getirilmesidir.

­ Burada verilen örnekten anlaşılacağı gibi, modüle edici sinaptik etki iyonotropik reseptörlerin etkilerinin tersine kanalların kapanması ile ortaya çıkmıştır. Böyle bir etkinin önemli bir sonucu da depolarize edici etkinin uzamasıdır. Sonuç olarak gangliyonik nöron hızla ateşlenecek ve arka arkaya aksiyon potansiyelleri oluşacak, sonra da uyarana adapte olarak potansiyeller sönecektir.

­ M-tipi K+ kanallarının görevi membranın istirahat potansiyelinin korunması dışında, eksitabilitesinin de sağlanmasıdır. *****

Text Box: cAMP bağımlı protein kinazlar potasyum kanalını kapatabilirler

 

 

 

­ cAMP aracılı ortaya çıkan sinaptik düzenleme moleküler düzeyde en iyi anlaşılmış mekanizmalardandır.

­ Aplysia ‘ nın abdominal ganglionundaki bazı serotonerjik internöronların uyarılması yavaş EPSP ler ortaya çıkarmaktadır. Bunlar dokunmaya duyarlı mekanoreseptörler olup canlıda uzaklaştırma refleksine yol açan aksiyon potansiyellerini ortaya çıkarır. Serotonin, canlının uyarana karşı yanıtını artırmaktadır. Serotoninin bu etkisi metabotropik reseptörler üzerinden ve cAMP artışı ile ortaya çıkmaktadır (Şekil 13-12).

­ Serotonin yavaş EPSP yanıtı, otonomik gangliyondakine benzer şekilde membran iletiminin azalmasıyla ortaya çıkar. Tek kanal üzerinden yapılan kayıtlar, etkinin serotonine duyarlı K+ kanalları üzerinden  çıktığını göstermiştir. M-tipi kanallara benzer şekilde, S-tipi kanalların kapanması K+ iyonunun hücreden çıkışını engeller, dolayısıyla depolarizasyonuna neden olur.

Text Box: Araşidonik asid metabolitleri cAMP’ nin kapattığı kanalları açarText Box: Şekil 13-12: Aplysia’ nın duysal nöronlarında serotonin aracılı yavaş sinaptik etki­ Serotoninin S-tipi kanalları üzerinden olan etkisine cAMP ve cAMP bağımlı protein kinaz (PKA) aracılık eder.

 

 

­Aplysia’ da serotonin ile kapanan S-tipi K+ kanalları, Phe-Met-Arg-Pheamide (FMRFamide) adı verilen bir nöropeptid ile aktive olabilir. Böylelikle membran hiperpolarize olur ve aksiyon potansiyelinin ateşlenebilmesi için gereken eşik yükselmiş olur (Şekil 13-14).

­ FMRFamide’ in etkisi G proteini üzerinden olup fosfolipaz A2’ nin stimülasyonu ile membrandan araşidonik asid salınımına yol açar. AA, 12-lipoksijenaz enzimi ile 12-HPETE ve diğer metabolitlere dönüşür. Bu metabolitler S-tipi K+ kanallarının açılışını kolaylaştırır.

Text Box: Şekil 13-14: Yavaş sinaptik etki, serotonin tarafından kapatılan  S-tipi K+ kanallarının FMRFamide ile açılması ile ortaya çıkar.
A.	FMRFamide nöropeptidi, Aplysia’ daki duysal nöronlarda S-tipi K+ kanallarını araşidonik asid pathway’ i üzerinden açar.
B.	FMRFamide uygulaması, duysal nöronun istirahat potansiyelinde hiperpolarizasyona ve membran kondüktansında ise artışa neden olur. Sonuçta elde edilen voltaj yanıtları azalmaktadır.

­ Yukarıda verilen bu iki örnek, farklı transmiterlerin aynı iyon kanalını kullanarak birbirine zıt etkiler oluşturabileceğini göstermektedir.

Text Box: G proteinleri iyon kanllarını direkt olarak modüle edebilirler 

 

 

­ İkincil mesajcı sistemleri, etkilerini genellikle kanal proteinlerinin fosforilasyonu ile ortaya koymakla birlikte bazen G proteininin kendisi de iyon kanalı üzerinde direkt etki gösterebilir. Buna örnek olarak kalp ve bazı nöronlardaki muskarinik reseptörlerin aktivasyonu sonucu G proteininin direkt K+ kanalını açması ve hiperpolarizasyona yol açması gösterilebilir. Patch clamp çalışmaları, ikincil mesajcılar olmadan Ach’ in K+ kanallarını aktive ettiğini ortaya koymuştur (Şekil 13-15C).

Text Box: Şekil13-15: G proteini iyon kanallarını ikincil mesajcıları kullanmadan açabilir. 
A.	Ach muskarinik reseptörü ile eşleşmiş G proteini Ach’ in reseptöre bağlanması ile aktive olur. bg üniti kanalın sitoplazmik domainine bağlanır.
B.	Asetil kolinin bu etkisi kalpte, kalp hızının azalması şeklinde ortaya çıkar.
C.	Ach’ in K+  kanalı üzerine etkisi

İkincil mesajcı Pathway’ leri birbirleriyle etkileşirler

­ G proteinlerinin doğrudan veya dolaylı olarak etkili olduğu ikincil mesajcı sistemler birbirleriyle etkileşim halindedir. Etkileşim; birbirine paralel etkiler olabileceği gibi antagonist etkiler şeklinde ortaya çıkabilir veya konverjans gösterebilir. Etkileşim, sinyal ileti yollarının birçok noktasında karşımıza çıkar. Örneğin, konverjans kanal, reseptör ve enzimlerin fosforilasyonu sırasında gözlenebilir.

­ Etkileşime örnek olarak nikotinik Ach reseptörünün modülasyonu verilebilir. Birçok transmiter reseptörü desensitizasyon adı verilen bir özellik gösterir. Desensitizasyon, transmiterin uzun süreli varlığı ile ortaya çıkan bir inaktivasyondur. Bu durum deneysel olarak uzun süre Ach uygulaması sonucunda Ach reseptöründen elde edilen akımın birkaç saniyede azalması ile de gösterilmiştir. Buradaki mekanizma tam anlaşılmamakla birlikte herbiri farklı protein kinazlar üzerinden etkili olan çeşitli ikincil mesajcıların  neden olduğu düşünülmektedir.  Çünkü Ach. reseptörünü fosforile eden farklı protein kinazlar mevcuttur (Şekil 13-16).

­ Huganir, Greengard ve ark. Ach reseptörünün PKA, PKC ve tirozin kinaz için bir substrat olabileceğini göstermişlerdir. PKA, Ach reseptörünün g ve d  subunitlerini fosforile ederken, PKC  a ve  d subunitlerini fosforile eder. Tirozin kinaz ise b, g ve d subunitlrini fosforile eder.

­ Bütün bu fosforilasyon olaylarının reseptörün fonksiyonlarına ne şekilde yansıdığı bilinmemekle birlikte özellikle cAMP bağımlı g ve d subunitlerinin fosforilasyonu reseptörün Ach’ e karşı olan desensitizasyonunu artırmaktadır.

­ Serotoninin S-tipi kanalları üzerinden olan etkisine cAMP ve cAMP bağımlı protein kinaz (PKA) aracılık eder. Etkileşim (cross-talk) için diğer bir örnek de antagonistik modüle edici etkidir. Daha önce gördüğümüz S-tipi K+ kanallarının FMRFamide ile up-regüle edilirken, serotonin (cAMP yoluyla) ile down-regüle edilmesi bu tür etkiye örnektir. Birbaşka antagonistik etkileşim örneği de protein fosforilasyonunun Ca+2 ile regülasyonudur.

Text Box: Şekil 13-16: Ach reseptör kanalının farklı yollarla fosforilasyonu

 

 

 

Fosfoprotein Fosfatazlar fosforilasyonun düzeyini belirlerler

­ Fosforilasyon ile ortaya çıkan sinaptik etkiler fosfoprotein fosfataz adı verilen enzimlerle ortadan kaldırılırlar. Bu, protein fosfat grubunun uzaklaştırılması ve inorganik fosfatın ortaya çıkması ile gerçekleşir (Şekil 13-17).

­ Bir grup fosfatazlar ( serin-treonin fosfatazlar) etkilerini serin veya treonin rezidüleri üzerinden gösterirler. Bu enzimler PKA, PKC ve Ca/kalmodulin kinazın etkilerini tersine çevirirler. Diğer bir grup fosfataz da etkisini tirozin rezidüleri üzerinden gösterir. Bunlara fosfotirozin fosfataz adı verilir.

­ Son yıllarda fosfoprotein fosfatazların nörotransmiterlerin etkilerinin düzenlenmesindeki rolleri daha iyi anlaşılmıştır.

­ Bir serin treonin fosfatazı olan fosfataz-1, inhibitör-1 adı verilen regülatör bir proteinin kontrolu altındadır. İnhibitör-1, fosfataz-1’ e bağlanır ve bu enzimi inhibe eder. Ancak bu etki özellikle inhibitör-1 proteininin PKA ile fosforile edilmesi sonucunda ortaya çıkar. Böylece artan CAMP düzeyleri, fosforilasyonu ileriye doğru hızını artırırken aynı zamanda, fosfataz-1’ in inhibe olması ile defosforilasyonun hızı azalır.

­ Diğer bir düzenleyici adım ise bir serin treonin fosfotazı olan kalsineurin ile gerçekleşir. Kalsineurin, Ca-Kalmodulin kompleksi ile aktive olduğunda inhibitör-1’ i defosforile eder. Bu kompleks sistem, Ca2+ girişi ve protein fosforilasyonu arasındaki bir etkileşimi göstermektedir.

Bazal gangliyondaki dopaminerjik nöronlarda, dopamin metabotropik D1 reseptörleri üzerinden etkili olur ve PKA’ yı aktive eder. Bu enzim inhibitör-1’ i fosforile eder. Sonuç fosfataz-1 enziminin inhibisyonu olup nöronda fosforilasyon hızının artmasına neden olur. Bu hücrelere kalsiyumun girişi ile kalsineurin aktive olur ve inhibitör-1’ in defosforile olması sonucu, fosfataz aktivitesi stimüle edilmektedir.

 

Text Box: Şekil 13-17: Fosfoprotein fosfatazın protein kinazlar üzerindeki etkileri

 

 

İkincil mesajcılar uzun etkili sonuçları ile de sinaptik iletiyi etkileyebilirler

 ­ Buraya dek 2 tipte sinaptik etki gördük. Bunlardan bir tanesi direkt olarak postsinaptik reseptör kanalları üzerine olan etki olup msn’ boyunca sürmektedir. Diğeri, ikincil mesajcıların aracılığı ile ortaya çıkan kanal ve diğer proteinlerin modifikasyonuna dayanan etkidir. Bu da sn lerden dakikalara varan sürelerde meydana gelir. 3. Bir düzenleme ise, ikincil mesajcıların transkripsiyon proteinlerinin fosforilasyonuna dayanan, dolayısıyla gen ekspresyonunu değiştirebilen bir etkidir. Bu yolla varolan proteinlerde modifikasyon yaratılabileceği gibi yeni proteinlerin sentezlenmesi de söz konusudur. Bu etki uzun süreli olup günlerce sürebilir ve nöral gelişim ve uzun süreli belleğin ortaya çıkışında gözlenmektedir (Şekil 13-18)

Derslere Geri Dön