fragment Kompendium farmakologii i toksykologii

3.
Farmakodynamika
Tłum. B. Malinowska
Przez pojęcie farmakodynamiki rozumiemy
wpływ oraz mechanizmy działania leku na organizm człowieka, a także na mikroorganizmy
i pasożyty chorobotwórcze, które dostały się
do organizmu. Zgodnie z tą definicją badania
farmakodynamiczne mają na celu określenie
sposobu (profil działania, jakość działania)
i miejsca działania, a także siły działania (potency) oraz intensywności działania (efficacy,
efekt maksymalny).
Punkty uchwytu leku. Pierwszorzędowymi
miejscami docelowymi dla leku (targets) są
głównie białka należące do rodziny receptorów
błonowych, kanałów jonowych, transporterów,
enzymów czy czynników trans­krypcyjnych.
Białka strukturalne, np. tubulina czy glikoproteina IIb/IIIa (receptor dla fibrynogenu, zob.
str. 247), mogą także stanowić punkt uchwytu działania leku. Wiele środków leczniczych
(np. należących do cytostatyków, zob. str. 416
i dalsze) działa za pośrednictwem bezpośredniego połączenia z DNA, niektóre z nowszych
leków (oligonukleotydy antysensowne, zob. str.
53) interferują specyficznie z mRNA. Niektóre z działań zachodzą natomiast bez łączenia
się leku z białkiem czy kwasem nukleinowym.
Przykładem na to jest neutralizowanie kwasów
przez leki przeciw nadkwaśności (zobojętniające, zob. str. 310), przez osmotyczne środki przeczyszczające (zob. str. 315), hamowanie resorpcji
kwasów żółciowych przez cholestyraminę (zob.
str. 258) lub wzrost przepuszczalności błony
komórkowej przez amfoterycynę B (zob. str.
396 i następna).
Specyficzność. Aby otrzymać określony efekt
terapeutyczny bez jednoczesnych działań niepożądanych, czyli tak jak w przypadku fizjologicznych ligandów, konieczne jest, aby lek, podobnie jak ligand o wysokim powinowactwie
i specyficzności, a także wykazujący wysoką
selektywność do tkanki, działał tylko na określone typy komórek i na określoną cząsteczkę
docelową (np. określone białko), nie wykazując przy tym żadnego istotnego powinowactwa
Mutcchler_Book.indb 26
w stosunku do struktur otaczających cząsteczkę docelową. Dla większości leków wymagania
te nie są jednak całkowicie spełnione, dlatego
oprócz działania zasadniczego należy się liczyć
z działaniami niepożądanymi.
3.1.
Interakcja lek-receptor
Do receptorów farmakologicznych zaliczamy
receptory związane z błoną (receptory błonowe,
kanały jonowe, receptory kinaz białkowych),
a w szerszym tego słowa znaczeniu także wewnątrzkomórkowe (enzymy, białka sygnalizacyjne, czynniki transkrypcyjne) lub białka
zewnątrzkomórkowe (np. acetylocholinoesterazę, enzym konwertujący angiotensynę, plazminogen, antytrombinę), które po połączeniu
się leku z określonym miejscem wiązania wywołują bezpośrednio lub pośrednio działanie
biologiczne. Receptor spełnia podwójną funkcję: rozpoznania sygnału na skutek oddziaływania z lekiem pod wpływem utworzenia kompleksu ligand-receptor i wywołania określonego
efektu. W większości wypadków dochodzi do
wywołania działania biologicznego nie na
drodze bezpośredniej, ale przenoszenia sygnału (transdukcji sygnału). Związki, które pobudzają receptory, są określane jako agoniści
(np. działające na receptory dla hormonów lub
neurotransmitterów) lub jako aktywatory (np.
kanałów jonowych lub transporterów). Kiedy
dochodzi do zahamowania aktywności receptora pod wpływem jego połączenia z lekiem,
wówczas mówi się o antagonistach lub inhibitorach albo blokerach.
3.1.1. Receptory zewnątrzi wewnątrzkomórkowe
Do receptorów wewnątrzkomórkowych należą np. receptory dla hormonów steroidowych
(glukokortykosteroidów, mineralokortykosteroidów, androgenów, estrogenów, gestagenów,
hormonu witaminy D), kwasu retinowego oraz
2011-08-02 14:46:46
3.1.2. Receptory związane z błoną
Receptory związane z błoną można podzielić
na:
 receptory związane z białkiem G,
 kanały jonowe (zależne od potencjału i od
liganda),
 receptory związane z kinazami białkowymi,
 transportery (specyficzne dla neurotransmitt­era i jonów).
3.1.2.1. Receptory związane z białkiem G
Określenie receptory związane z białkiem G
wynika z tego, że łączą się one z białkiem (białko G) wchodzącym w interakcje z nukleoty-
Mutcchler_Book.indb 27
dem guaninowym. Do grupy tej należą liczne,
bardzo istotne dla farmakoterapii, receptory
dla wielu neurotransmitterów, np.:
 adenozynowe A1 i A 2 ,
 α- i β-adrenergiczne,
 ATP (P2γ),
 dopaminowe,
 GABA B ,
 metabotropowe receptory glutaminianergiczne,
 muskarynowe (receptory M dla acetylocholiny),
 opioidowe,
 serotoninowe (z wyjątkiem receptorów 5-HT3).
Do grupy tej zaliczane są także receptory
dla hormonów i mediatorów (np. receptory dla
hormonu antydiuretycznego, glukagonu, somatostatyny i prostaglandyny).
Receptory związane z białkiem G (ryc.
A 3.1-1) zawierają siedem helikalnych domen
transmembranowych (I-VII), a także po trzy
pętle zewnątrz- (ES1-ES3) i wewnątrzkomórkowe (IS1-IS3). Są w związku z tym określane jako
receptory heptahelikalne.
A3
hormonów tarczycy. W przypadku tych białek
docelowych mamy do czynienia z czynnikami
transkrypcyjnymi. Należą tutaj także receptory
aktywowane przez proliferatory peroksysomów
(PPAR), stanowiące białko docelowe dla fibratów (zob. str. 255) i glitazonów (zob. str. 210).
Do receptorów wewnątrzkomórkowych zaliczają się ponadto liczne enzymy stanowiące
punkt uchwytu dla leku, np. cyklazy guanylanowej (dla nitratów, zob. str. 274 i dalsze),
reduktazy HMG-CoA (dla statyn, zob. str. 257
i dalsze), 5α-reduktazy testosteronu (dla finasterydu, zob. str. 337) lub fosfodiesterazy (m.in.
dla sildenafilu, zob. str. 294). Także białka sygnałowe, np. cyklofilina, punkty uchwytu dla
leków immunosupresyjnych, np. cyklosporyny, takrolimusu (zob. str. 438 i dalsze), należą
do tej grupy. Receptory wewnątrzkomórkowe
zlokalizowane są w cytoplazmie (np. hormony
steroidowe, cyklaza guanylanowa i fosfodiesterazy) lub w jądrze komórkowym (np. receptory
dla hormonów tarczycy).
Cząsteczki docelowe dla leków mogą być
także zlokalizowane zewnątrzkomórkowo.
Przykładami są tutaj cholinoesterazy (np. dla
donepezilu, zob. str. 91, lub neostygminy, zob.
str. 175), enzym konwertujący angiotensynę (dla
inhibitorów ACE, zob. str. 284 i dalsze), antytrombina (dla heparyny, zob. str. 249 i dalsze)
czy plazminogen (dla rekombinowanych tkankowych aktywatorów plazminogenu, zob. str.
253). W końcu wydzielane przez komórki substancje, tj. TNF-α, mogą służyć jako zewnątrzkomórkowe receptory dla mających znaczenie
terapeutyczne przeciwciał (np. infliksimab, zob.
str. 115 i dalsze).
27
Farmakodynamika
Interakcja lek-receptor
Transdukcja sygnału. W przypadku receptorów związanych z białkiem G dochodzi do
przekazania sygnału w ten sposób, że połączenie liganda z receptorem powoduje zmianę
konformacji białka receptorowego, która za
pośrednictwem białka G wywołuje kaskadę
dalszych reakcji (ryc. A 3.1-1). Białko G może
przy tym wpływać bezpośrednio na kanały jonowe lub poprzez interakcję z określonym enzymem pobudzać albo hamować powstawanie
drugiego przekaźnika (second messenger). Takie
różnorodne funkcje wynikają z istnienia wielu
różnorodnych białek G, np. stymulujących cyklazy (białko Gs), hamujących cyklazy (białko
Gi), pobudzających fosfolipazę C (białko Gq).
We wszystkich przypadkach za interakcję receptora z białkiem G jest odpowiedzialna trzecia pętla wewnątrzkomórkowa. Decyduje ona
też o tym, z jakim typem białka G zachodzi
interakcja.
Struktura i funkcja białek G. Białka G tworzą rodzinę białek heterotrimerów, które składają się z podjednostki α oraz β i γ. Podjednostka α zawiera miejsce wiązania nukleotydu
guaninowego (guanyzynobifosforan – GDP
lub trifosforan – GTP), a hydrofobowe podjednostki β i γ łączą białko G z błoną komórkową.
W stanie nieaktywnym wszystkie podjednost-
2011-08-02 14:46:48
28
Farmakodynamika
agonista
A
symbol receptora
receptor
receptor
Gα
GDP
GTP
GTP
Gα q
cyklazy
adenylanowe
2
α
GTP
Gα 12,13
fosfolipazy
Rho
(cytoszkielet)
3
1
βγ
G
A
A
α
kanały jonowe,
kinazy Pi3,
fosfolipazy,
cyklazy adenylanowe,
kinazy receptorowe,
MAP-kinazy
GTP
Gα s
kanały jonowe,
cyklazy adenylanowe,
fosfolipazy
A
γ
β
GTP
Gα i
B
γ
β
α
βγ
βγ
GTP
GDP
GDP
białka efektorowe
białka efektorowe
GDP
skurcz naczyń
krwionośnych,
wydzielanie,
proliferacja,
chemotaksja
βγ
α
A
4
Ryc. A 3.1-1. A) Różnorodne sposoby transdukcji sygnału receptorów związanych z białkiem G. Pobudzenie przez agonistę receptora
związanego z białkiem G prowadzi do dysocjacji heterotrimeru białka G na podjednostkę α i podjednostki β i g, następnie GDP połączony
z podjednostką α ulega wymianie na GTP. Receptory związane z białkiem G łączą się z reguły z jedną określoną podjednostką α, z których
przedstawiono cztery najważniejsze. Oddzielne podjednostki α pobudzają (albo hamują w przypadku Gα1) różne systemy efektorowe, w tym
m.in. kanały jonowe, fosfolipazy, cyklazy adenylanowe i białka wiążące GTP, takie jak Rho, które regulują strukturę cytoszkieletu. Kinaza Pi3
– kinaza fosfatydyloinozytolotrifosforanu, Pi – fosforan nieorganiczny.
B) Cykl pobudzenia i zahamowania białka G. Po połączeniu się agonisty z zawierającym 7 domen transmembranowych receptorem (1) na
skutek wymiany GDP na GTP dochodzi (2) do dysocjacji białka G (3), co prowadzi do pobudzenia białka efektorowego i końcowej odpowiedzi
komórkowej (skurczu naczynia krwionośnego, reakcji wydzielania, proliferacji komórkowej). Dzięki wewnętrznej aktywności GTP-azy podjednostki α GTP zostaje rozłożony do GDP (4). Białko G ponownie tworzy heterotrimer, agonista dyfunduje od receptora i system wraca do
początkowego stanu spoczynku.
Mutcchler_Book.indb 28
2011-08-02 14:46:56
 cyklaza
adenylanowa, której stymulacja powoduje tworzenie cyklicznego 3’5’-adenozynomonofosforanu (cAMP),
 fosfolipaza C, która poprzez rozszczepienie
fosfatydyloinozytolo-4,5-bifosforanu wytwarza dwa przekaźniki drugiego rzędu inozytolo-1,4,5-trifosforan (IP3) i 1,2-diacyloglicerol (DAG),
 fosfodiesteraza (izoforma 6) w siatkówce,
która rozkłada istotne dla procesu widzenia
cGMP,
+
2+
 kanały K oraz neuronalne kanały Ca (zob.
poniżej), których aktywność jest pobudzana
lub hamowana przez podjednostki β i γ,
 3-kinaza fosfotydyloinozytolu (PI3), która za
pośrednictwem kinazy białkowej B reguluje
różne funkcje komórki.
Powstałe w wyniku reakcji enzymatycznych
drugie przekaźniki cAMP, IP3 i DAG wywołują kolejne reakcje, np. pobudzają kinazy białkowe i w wyniku tego fosforylację białek, a także
prowadzą do uwalniania jonów Ca2+. Jon ten
ma istotne znaczenie w regulacji wielu funkcji
komórkowych.
3.1.2.2. Receptory jonotropowe
W błonach komórkowych występują utworzone przez białka kanały jonowe, które na skutek
zmian konformacyjnych białka tworzącego kanał mogą być otwarte lub zamknięte. Z powodu ich różnej budowy przestrzennej oraz
Mutcchler_Book.indb 29
lokalizacji ładunków elektrycznych umożliwiają przepływ tylko określonych jonów. Odpowiednio więc do nazwy jonów, w stosunku
do których są (w znacznym stopniu) selektywnie przepuszczalne, odróżnia się kanały sodowe, potasowe, wapniowe i chlorkowe.
Siłą powodującą ruch jonów (do wnętrza
komórki i na zewnątrz) jest gradient stężeń
między przestrzenią zewnątrz- i wewnątrzkomórkową oraz istniejący potencjał błonowy.
Ilość przepływających jonów zależy od ilości
otwartych kanałów, czasu ich otwarcia oraz
przepuszczalności dla odpowiednich jonów,
tzw. przewodność.
W przypadku kiedy kanały są otwierane lub
zamykane pod wpływem ligandów, mówi się
o kanałach zależnych od ligandów. Jeżeli natomiast do otwierania i zamykania kanałów
dochodzi w wyniku depolaryzacji lub hiperpolaryzacji błony komórkowej, mówi się o kanałach zależnych od potencjału.
Kanały jonotropowe zależne od ligandów
(ryc. A 3.1-2). Należą tutaj następujące kanały:
 ATP (P2X),
 GABA A,
 glutaminianergiczne (NMDA i AMPA),
 glicynowe,
 5-HT3,
 receptor nikotynowy (receptor N dla acetylocholiny),
+
2+
 K (wrażliwe na ATP, aktywowane Ca /kalmoduliną, regulowane za pośrednictwem
białka Gi „GIRK”).
A3
ki tworzą jedną wspólną, niepołączoną z receptorem, cząsteczkę białka, w której GDP jest
związany z podjednostką α. W wyniku stymulacji odpowiednich receptorów błonowych początkowo białko G łączy się z tym receptorem,
a GDP zostaje zastąpiony przez GTP. Następnie oddzielają się od siebie podjednostki α, β
i γ, a podjednostka α zawierająca jeszcze ciągle
GTP, a także podjednostki β i γ, które od niej
oddysocjowały, pobudzają lub hamują ich białka efektorowe. Dzięki uzyskaniu przez podjednostkę α aktywności GTP-azy GTP ulega
rozszczepieniu do GDP i nieorganiczną resztę
fosforanową. Ten proces hydrolizy jest przyspieszany przez tzw. białko GAP (GTP-ase activating proteine), jeden z enzymów należących
do rodziny białek RGS (regulators of G-protein
signaling). Po rozszczepieniu GTP cały system
wraca do początkowego stanu spoczynku.
Do ważnych białek efektorowych podlegających regulacji przez białka G należą:
29
Farmakodynamika
Interakcja lek-receptor
W przypadku kanałów jonowych zależnych
od ligandów interakcja liganda z receptorem
prowadzi do podwyższenia lub obniżenia prawdopodobieństwa otwarcia kanału, a następnie
do nasilonej lub osłabionej wymiany określonych jonów. Np. w ten sposób acetylocholina
lub nikotyna wiąże się z podjednostką α receptorów nikotynowych, otwiera kanał i wywołuje
potencjał czynnościowy przez napływ jonów
sodowych do wnętrza.
Kanały jonotropowe zależne od potencjału (ryc. A 3.1-3). Także sterowane potencjałem
błonowym (zależne od potencjału) kanały jonowe mogą stanowić receptor dla leku, np. nifedypina i werapamil jako blokery dla kanałów
Ca 2+ (zob. str. 277 i dalsze), a lidokaina dla
kanałów Na+ (zob. str. 128). W odróżnieniu od
kanałów zależnych od ligandów zamknięcie
2011-08-02 14:46:58
30
Farmakodynamika
Receptory jonotropowe, np. receptor nikotynowy dla acetylocholiny
miejsce wiązania
dla acetylocholiny
acetylocholina
Na+
acetylocholina
połączona
symbol receptora
L
–
struktura pentameru
–
–
otwarta
konformacja
–
zamknięta
konformacja
Ryc. A 3.1-2. Struktura i pobudzenie receptora nikotynowego dla acetylocholiny. Ten zależny od liganda kanał jonowy jest pentamerem,
który składa się z dwóch podjednostek α oraz po jednej β, g i d. Po przyłączeniu dwóch cząsteczek acetylocholiny do podjednostek α dochodzi do zmian konformacyjnych, co prowadzi do otworzenia kanału. Prąd jonowy jest skierowany dokomórkowo zgodnie z gradientem
stężeń oraz przyciągany przez ujemnie naładowane białka, preferencja dla prądu Na+ związana jest z selektywnym filtrem znajdującym się
w środku kanału. Po prawej stronie przedstawiono używany w następnych rozdziałach symbol dla tego typu receptora (zależny od liganda
kanał jonowy).
A
Kanały jonowe zależne od potencjału, np. kanał Na+
I
II
por
III
por
por
IV
+
+
+
+
+
+
+
+
H2N
P
P
P
por
przestrzeń
zewnątrzkomórkowa
przestrzeń
wewnątrzkomórkowa
inaktywacja
P
B
COOH
Stany zależnego od potencjału kanału jonowego (np. kanału Na+)
Na+
zamknięty
Na+
otwarty
Na+
symbol receptora
w stanie inaktywacji
Ryc. A 3.1-3. A) Struktura zależnego od potencjału kanału Na+. Cząsteczka białka składa się z około 2000 aminokwasów z 4 powtarzającymi
się domenami, które każdorazowo zawierają 6 segmentów transmembranowych. Każdy z 4 segmentów tych domen zawiera dużą ilość
dodatnio naładowanych aminokwasów, tj. argininy czy lizyny. Segmenty te zmieniają konformację kanałów dla ��
Na+, kiedy do miejsca, gdzie
znajduje się kanał ��
Na+,������������������������������������������������������������������������������������������������������������
dotrze potencjał czynnościowy błony komórkowej. Pętla pomiędzy 5. i 6. segmentem transmembranowym reprezentuje wewnętrzne miejsce otwarcia pora kanału w błonie komórkowej. Leżące od strony cytoplazmy fragmenty białka tworzącego kanał mogą
ulegać fosforylacji pod wpływem wewnątrzkomórkowych kinaz białkowych, co umożliwia regulację aktywności kanału.
B) Zasadniczo rozróżnia się 3 różne stany zależnego od potencjału kanału ��
Na+. Pod wpływem potencjału czynnościowego dochodzi do
otwarcia kanału ��
Na+ pozostającego w stanie spoczynku (zamkniętego), który jednak w ciągu kilku milisekund ulega inaktywacji. Dopiero
po repolaryzacji błony komórkowej pod wpływem zmian konformacyjnych związanych z pobudzeniem kanałów K+, białko tworzące kanał
przechodzi ponownie w stan wyjściowy (zamknięty). Po prawej stronie przedstawiono używany w następnych rozdziałach symbol dla tego
typu receptora.
Mutcchler_Book.indb 30
2011-08-02 14:47:11
Interakcja lek-receptor
Na przykładzie komórek mięśnia sercowego można wyjaśnić znaczenie takich kanałów.
Napływ jonów Na+ do komórek mięśnia sercowego wywołuje gwałtowną depolaryzację, co
prowadzi do otwarcia zależnych od potencjału
kanałów Ca 2+ typu L. Napływające do komórki
Ca 2+ prowadzą do uwolnienia Ca 2+ z siateczki
sarkoplazmatycznej, a przez to umożliwiają zapoczątkowanie skurczu kardiomiocytów. Pobudzane, także na skutek depolaryzacji, kanały
K+ prowadzą do repolaryzacji błony komórkowej, co powoduje, że nieaktywne na skutek
zmian konformacyjnych kanały Na+ i Ca 2+
mogą znowu przejść w stan gotowości do pobudzenia, do którego może dojść pod wpływem następnego pobudzenia.
3.1.2.3. Receptory kinaz białkowych
Do tej grupy receptorów należą:
 receptory wykazujące aktywność kinazy tyrozynowej,
Mutcchler_Book.indb 31
 receptory
związane z kinazą tyrozynową,
nylanowej,
związane z kinazą seryny/treoniny,
 receptory śmierci, które wywołują uporządkowaną śmierć komórki (apoptozę).
 receptory
Receptory wykazujące aktywność kinazy
tyrozynowej (receptory kinazy tyrozynowej)
(ryc. A 3.1-4) charakteryzują się tym, że posiadają zewnątrzkomórkową domenę wiążacą
ligand, a części białka znajdujące się w cytozolu
są domeną o właściwościach kinazy tyrozynowej, a przez to spełniają funkcję zarówno
receptora, jak i kinazy. Do tej grupy należą np.
receptory dla insuliny i IGF-1 (zob. str. 200
i następna), a także receptory dla różnych innych czynników wzrostu (np. czynniki wzrostowe naskórka czy fibroblastów).
Receptory dla insuliny i IGF-1 są bardzo
podobne; składają się z dwóch podjednostek
α i dwóch β, łączących się ze sobą mostkami
disiarczkowymi. W przeciwieństwie do nich,
receptory dla czynników wzrostowych są monomerami. Po przyłączeniu liganda do domeny
zewnątrzkomórkowej dochodzi do ich połączenia w dimery lub do zmian konformacyjnych
w przypadku heterotetramerowej cząsteczki
receptora dla insuliny i ostatecznie do autofosforylacji zlokalizowanych w cytozolu reszt
tyrozynowych. Powoduje to tworzenie miejsc
przyczepu dla białek sygnałowych, które łączą
się z tzw. domenami homologicznymi Src ufosforylowanych reszt tyrozynowych receptora.
W ten sposób receptory kinazy tyrozynowej
należą do kaskady sygnałowej Ras, która kieruje wzrostem i proliferacją komórek.
W przypadku receptorów związanych z kinazą tyrozynową (ryc. A 3.1-5) mamy także do
czynienia z białkami monomerycznymi zawierającymi jedną domenę przezbłonową, które
łączą się w dimery po przyłączeniu liganda,
ale które nie zawierają żadnej własnej domeny
kinazy tyrozynowej. Do grupy tej zaliczamy
liczne receptory dla kinin, a także receptory
czynników wzrostowych, prolaktyny i erytropoetyny. Po aktywacji i dimeryzacji receptora
jest on fosforylowany w zakresie reszt tyrozynowych przez białka JAK (just another kinase).
W wyniku tego dochodzi do połączenia białek STAT (signal transducers and activators of
transcription) z ufosforylowanymi domenami
receptora. Połączone białka STAT są z kolei
także fosforylowane przez kinazy JAK. Na
końcu ufosforylowane białka STAT ulegają
A3
 receptory wykazujące aktywność cyklazy gua-
Farmakodynamika
i otwarcie kanałów zależnych od potencjału
następuje pod wpływem zmiany potencjału błonowego. Zależne od potencjału kanały
mają istotne znaczenie w tkankach pobudliwych, np. w neuronach czy mięśniu sercowym,
w powstawaniu, przewodzeniu i pobudzeniu
stanu potencjału czynnościowego. W większości przypadków są one otwarte pod wpływem
depolaryzacji, która prowadzi do powstania
przejściowego, selektywnego prądu jonowego.
Aktywacja kanałów Ca 2+ i Na+ prowadzi do
pobudzenia, a hiperpolaryzacja związana jest
z otwarciem kanałów K+ i Cl- w błonie komórkowej i zmniejszeniem pobudliwości, tak że
prawdopodobieństwo otwarcia kanałów Na+
i Ca 2+ zmniejsza się. Po szybkiej początkowej
aktywacji kanałów następuje powolniejsza deaktywacja, która najczęściej kończy się jeszcze
podczas fazy depolaryzacji.
Istnieją także zależne od potencjału kanały jonowe, które są pobudzane pod wpływem
hiperpolaryzacji błony komórkowej. Spełniają
one ważną funkcję rozruszników w komórkach
o rytmicznej aktywności, np. w węźle zatokowym serca czy w określonych neuronach.
Przykładami zależnych od potencjału kanałów są następujące kanały:
+
 Na ,
2+
 Ca (typu L, N, T i P/Q),
+
 K (Kv, hERG, KCNQ).
31
2011-08-02 14:47:16
32
Farmakodynamika
Receptor kinazy tyrozynowej
2 cząsteczki EGF
domena błonowa RAS
stan
nieaktywny
P
P
P
P GRB SOS
symbol receptora
RAS
RAF
stan
aktywny
Tyr
P
MAPKK
P
Thr
P
Tyr
P
Aktive
MAPKK
Aktive
MAPK
MAPK
białko
jądro komórkowe
fosforylacja czynnika
transkrypcji
FOS
JUN
MYC
P
P
P
transkrypcja genu
Ryc. A 3.1-4. Mechanizm transdukcji sygnałów czynnika wzrostu naskórka (EGF) zachodzący za pośrednictwem receptora EGF. Po stymulacji receptora dochodzi do jego dimeryzacji i autofosforylacji reszt tyrozynowych w domenie cytozolowej receptora. Prowadzi to do rekrutacji
białek adaptorowych i ich przyłączenia do ufosforylowanych reszt tyrozynowych receptora EGF. Zaktywowane białka SOS pobudzają małe,
łączące GTP białko RAS, które z kolei pobudza serynowo-treoninową kinazę RAF. Prowadzi to do stymulacji kinazy kinaz aktywowanych przez
mitogeny (MAPKK), które następnie fosforylują kinazy MAP w zakresie tyrozyny i reszt tyrozynowych. Aktywna MAPK ulega przemieszczeniu
do jądra komórkowego, gdzie fosforyluje różne czynniki transkrypcyjne (FOS, JUN, MYC itd.). Umożliwia to transkrypcję genu stymulowanego
czynnikem wzrostu. Z kolei proces translacji białka prowadzi do proliferacji komórek. Po prawej stronie przedstawiono używany w następnych
rozdziałach symbol dla tego typu receptora.
dimeryzacji i są przemieszczane do jądra komórkowego, gdzie aktywują specyficzne geny.
Do receptorów mających aktywność cyklazy guanylanowej (związanych z błoną komórkową cyklazą guanylanową) zalicza się przede
wszystkim receptory dla przedsionkowego peptydu natriuretycznergo oraz hormonu przewodu pokarmowego guanyliny. Monomeryczne
białka transmembranowe tych receptorów posiadają, podobnie jak receptory z aktywnością
kinazy tyrozynowej, jedno zewnątrzkomórkowe miejsce wiązania ligandów i jedną domenę
wewnątrzkomórkową o aktywności enzymatycznej. W momencie połączenia się ligandów
Mutcchler_Book.indb 32
z receptorami mającymi aktywność cyklazy guanylanowej dochodzi do aktywacji domeny cyklazy guanylanowej. Powstały na skutek tego
z guanyzyno-5’-trifosforanu (GTP) – cykliczny
guanyzyno-3’-5’-monofosforan (cGMP) wywołuje, działając jako drugi przekaźnik, dalsze
reakcje, np. zwiotczenie komórek mięśni gładkich czy wydzielanie jonów chlorkowych do
światła jelita.
Ważnym przykładem receptorów związanych z kinazą seryny/treoniny (ryc. A 3.16) są receptory dla transformujących czynników wzrostowych β (transforming growth
factor β, TGF-β), które występują w dwóch
2011-08-02 14:47:22
Interakcja lek-receptor
33
Receptor
dla erytropoetyny
B
Tyr-
-Tyr
JAK
ATP
ADP
P
JAK
symbol receptora
P
JAK
STAT
JAK
proliferacja
i różnicowanie
erytrocytów z komórek
prekursorowych
STAT
Tyr
P
Tyr
P
jądro komórkowe
regulacja transkrypcji genów
Ryc. A 3.1-5. Schemat receptora związanego z kinazą tyrozynową (np. receptora dla erytropoetyny). A) Po pobudzeniu receptora przez
erytropoetynę dochodzi do fosforylacji zlokalizowanych w cytoplazmie ������������������������������������������������������������������
jego �������������������������������������������������������������
fragmentów za pomocą kinazy JAK. B) JAK łączy się z ufosforylowanymi domenami receptora, dzięki czemu jest w stanie fosforylować białka sygnałowe takie jak STAT. Pobudzone białko STAT przechodzi
przez błonę jądrową i reguluje transkrypcję genów, co w tym przypadku umożliwia proliferację i różnicowanie erytrocytów z komórek prekursorowych. Po prawej stronie przedstawiono używany w następnych rozdziałach symbol dla tego typu receptora.
Farmakodynamika
ADP ATP
A3
erytropoetyna
A
Receptor związany z kinazą seryny/treoniny
TGF-β
A
TGF-β
R-II
R-I
B
R-I
symbol receptora
R-II
Ser/Thr P
P
P
P
Smad2
P
P
Smad4
P
P
transkrypcja
P
jądro komórkowe
gen regulujący TGF-β
Ryc. A 3.1-6. Model indukowanego ligandem kompleksu receptora TGF-β. Tworzące tę rodzinę receptory odgrywają istotną rolę przy
wzroście i różnicowaniu komórek. A) Zależne od TGF-β pobudzenie receptorów TGFβ-I (R-I) pod wpływem fosforylacji przez TGFβ-II prowadzi
do szybkiej fosforylacji Smad. Nazwa białka Smad pochodzi od genu, który był po raz pierwszy zidentyfikowany w badaniach genetycznych
wykonanych na Drosophila i C. elegans. Gen Drosophili oznaczono jako mad (mother against decapentaplegic), a gen C. elegans jako Smad (Small
body size). Kombinacja tych dwóch określeń stworzyła nazwę Smad. B) Fosforylacja Smad2 powoduje po heterooligodimeryzacji z Smad4
przemieszczenie tego kompleksu do jądra komórkowego, gdzie po interakcji z innymi czynnikami jądrowymi działa jako czynnik transkrypcyjny. Po prawej stronie przedstawiono używany w następnych rozdziałach symbol dla tego typu receptora.
Mutcchler_Book.indb 33
2011-08-02 14:47:33
34
Farmakodynamika
Do tej grupy zaliczamy specyficzne transportery dla określonych neurotansmitterów (ryc.
A 3.1-7), np. dla:
 noradrenaliny,
 serotoniny lub
 GABA,
 także transportery dla jonów, np.
+ +
 symporter Na /K /2Cl (zob. str. 331) lub
+
 symporter Na /Cl (zob. str. 331).
Transport jonów lub małych cząsteczek organicznych przez błonę komórkową zachodzi
za pomocą przenośników, szczególnie wówczas, kiedy transportowane cząsteczki są zbyt
polarne, aby same przeniknąć przez błonę.
Oprócz transporterów dla neurotransmitterów
w obwodowych zakończeniach włókien nerwowych, służących do zwrotnego wychwytu
wydzielonego transmittera przez zakończenie presynaptyczne i transporterów dla elektrolitów, występujących głównie w nabłonku
Mutcchler_Book.indb 34
5-HT
T
3.1.2.4. Transportery
neuron
presynaptyczny
5-H
typach TGFRβ-I i TGFRβ-II. Także cytokina
BMP2 (bone morphogenetic protein 2) wywiera swoje działanie za pośrednictwem takiego
typu receptora.
W przypadku receptorów dla transformujących czynników wzrostowych β obowiązuje następujący mechanizm transdukcji sygnałów: początkowo cytokina TGF-β łączy się
z TGFRβ-II, a następnie z TGFRβ-I, tworząc
heterodimer. W następnym etapie dochodzi
do transfosforylacji z TGFRβ-II na TGFRβ-I,
co wywołuje faktyczne przekazanie sygnału.
Zaktywowany kompleks receptora za pośrednictwem tzw. białka Smad, którego aktywna
forma przechodzi do jądra komórkowego,
wpływa na ekspresję genów.
Receptory śmierci, które należą do rodziny receptorów czynnika martwicy nowotworów (TNF) są połączone z błonami większości
komórek. Ich ważnymi przedstawicielami są
receptory TNF1 i CD95. Na przykład połączenie TNF z jego receptorem prowadzi do homotrimeryzacji i rekrutacji określonych białek
­adaptacyjnych, które łączą się z tzw. domenami śmierci trzech podjednostek. Powstały
kompleks pobudza kaskadę kaspaz, które prowadzą do inaktywacji białek enzymatycznych
i strukturalnych, a także do fragmentaryzacji
DNA. Procesy te są określone jako programowana śmierć komórki lub apoptoza.
G
transporter
dla 5-HT
błona postsynaptyczna
5-HT
G
Ryc. A 3.1-7. Funkcja transportera dla serotoniny (5-HT) oraz prei postsynaptyczne receptory 5-HT. Transportery 5-HT występują
w błonie zakończenia aksonu neuronu serotonergicznego, gdzie są
odpowiedzialne za wychwyt zwrotny neurotransmittera serotoniny
do neuronu presynaptycznego po jego uprzednim wydzieleniu na
drodze egzocytozy. Transporter dla 5-HT składa się z 12 transmembranowych segmentów. Na rycinie pokazane są także połączone
z białkiem G receptory 5-HT, z których te zlokalizowane w błonie
postsynaptycznej mają za zadanie dalsze przekazywanie sygnału,
a występujące presynaptycznie na zakończeniu aksonalnym neuronu hamują dalszą egzocytozę neurotransmittera.
wydzielniczym, np. w kanalikach nerkowych,
nabłonku oskrzelowym czy błonie śluzowej
jelita, są też transportery dla glukozy i aminokwasów. Szczególnie transmittery dla neurotransmitterów i jonów są receptorami dla ważnych leków, takich jak leki przeciwdepresyjne
(zob. str. 77 i następne) czy diuretyki (zob. str.
330 i dalsze).
3.1.3. Desensytyzacja receptora,
regulacja w dół
(down-regulation)
Przy utrzymującej się stymulacji receptora
dochodzi do jego desensytyzacji, czyli osłabienia wrażliwości na działanie biologiczne
agonisty. Jest to szczególnie udokumentowane
dla receptorów heptahelikalnych, czyli połączonych z białkiem G. Podłożem desensytyzacji jest wiele mechanizmów. Tak więc aktywacja receptorów oprócz zapoczątkowania
2011-08-02 14:47:38
tor, przy odnerwieniu lub przy braku neurotransmittera, prowadzi do zwiększenia liczby
receptorów (regulacja receptorów w górę,
up-regulation). Substancje wpływające pośrednio na określony system mogą zmieniać także
liczbę receptorów (heterologiczna regulacja
w górę lub w dół). Przykładem tego jest wzrost
liczby receptorów dla oksytocyny po podaniu
estrogenów, a ich spadek na skutek działania
progesteronu czy wzrost liczby receptorów
β-adrenergicznych, np. w mięśniu sercowym,
przy stosowaniu hormonów tarczycy. Koreluje
to ze zmianą wrażliwości tkanek na oksytocynę lub noradrenalinę.
Systemy receptorowe charakteryzują się przez
to wysoką plastycznością (zdolnością przystosowania do różnorodnych warunków), a przez
to są tak samo elastyczne jak systemy enzymatyczne (zob. indukcja enzymatyczna przy
biotransformacji, str. 14 i następna).
Desensytyzacja receptora
nieaktywny
podlegający
desensytyzacji
pobudzany
A3
transdukcji sygnału prowadzi także do fosforylacji receptora (ryc. A 3.1-8). W wyniku tego
wzrasta powinowactwo receptora do białka
wewnątrzkomórkowego – arestyny, hamującego transdukcję sygnału. Do desensytyzacji
dochodzi poza tym przez osłabienie ekspresji
genów kodujących dany receptor lub przyspieszenie rozkładu kodującego mRNA. Zmienia
się także liczba dostępnych receptorów: na
skutek utrzymującego się wysokiego stężenia agonisty dochodzi do zmniejszenia liczby
aktywnych receptorów przez ich internalizację i nasilony rozkład (regulacja receptorów
w dół, down-regulation). Jednym z istotnych
przykładów takiej regulacji receptora w dół
jest spadek liczby receptorów β-adrenergicznych w niewydolności serca na skutek podwyższonego stężenia katecholamin.
Zabezpieczenie receptora przed aktywacją,
np. przy podawaniu leków blokujących recep-
35
Farmakodynamika
Interakcja lek-receptor
agonista
GPCR
GPCR
γ
β
Gα
GPCR
Gα
γ
β GRK
P
arestyna
efektor
endocytoza
GPCR
P
Pi
arestyna
pęcherzyki
wewnątrzkomórkowe
Ryc. A 3.1-8. Fosforylacja receptora związanego z białkiem G za pomocą specyficznej kinazy receptorowej połączonej z białkiem G (GRK).
Pobudzenie receptorów związanych z białkiem G za pomocą agonisty prowadzi do dysocjacji połączonego heterotrimeru białka G. Jego podjednostki βg pobudzają GRK, która fosforyluje receptor. Umożliwia to połączenie arestyny z receptorem od jego cytoplazmatycznej strony. Po
połączeniu z arestyną dochodzi do internalizacji receptora w procesie endocytozy i dopiero po odłączeniu agonisty, a także po defosforylacji
możliwe jest jego ponowne połączenie z błoną komórkową. Pi – fosforan nieorganiczny.
Mutcchler_Book.indb 35
2011-08-02 14:47:43