Embed Size (px)
Citation preview
Přednáška 3: Neuropřenašeče: excitační a inhibiční aminokyseliny (glutamát, glycin, GABA)
Aminokyseliny jsou základní stavební bloky proteinů. Účastní se intermediátního metabolismu a v buňkách jsou vysoce koncentrovány. Z tohoto důvodu není snadné určit, zda je nějaká aminokyselina (AA) neuropřenašeč nebo není, nicméně v případě těchto čtyřech o jejich neurotransmiterové funkci není pochyb: jde o excitační aminokyseliny glutamát a aspartát a inhibiční neuropřenašeče kyselinu γ-aminomáselnou (GABA) a glycin. Excitační AA využívá téměř každý informační neuronální okruh, podílejí se na utváření normálních synaptických kontaktů a jsou zapojeny i do takových patofyziologických procesů, jakými jsou např. epilepsie, ischemie, poškození mozku, úzkostné stavy či závislosti.
GLUTAMÁT Studiu AA jako neuropřenašečů jsou intenzivně věnována poslední dvě desetiletí. Ještě dávno před tím, než začal být glutamát považován za neurotransmiter, všimli si badatelé, že je schopen excitovat v podstatě každý neuron CNS, a to i ve velmi nízkých koncentracích. Glutamát je hlavní excitační přenašeč CNS. Účastní se rychlého excitačního synaptického přenosu, v dospělém CNS je přítomen ve vysokých koncentracích. Enzymy syntézy i degradace glutamátu jsou přítomny v neuronech i gliích, stejně jako vysokoafinitní transportéry aminokyselin. Glutamát i aspartát jsou neesenciální AA, které neprocházejí hematoencefalickou bariérou, a nejsou tedy mozku dodávány cirkulující krví. V mozku jsou syntetizovány z glukosy a dalších prekurzorů (glutamát je redukovaná forma kyseliny glutamové). Po výlevu je glutamát primárně vychytáván gliemi, ve kterých je konvertován glutaminsynthetasou na glutamin. Vzniklý glutamin je transportován Na+ a H+-dependentní pumpou N-1 (SN1). Jde o protein umístěný na membráně glií, který je homologní vesikulárnímu GABA transportéru (VGAT; vzpomeňte si na minulou přednášku – 12 transmembránových segmentů, plnění váčku...). Glutamin je vychytáván glutamátergním nervovým zakončením (proces ne zcela popsán), konvertován glutaminasou zpět na glutamát a použit k dalšímu výlevu.
Výlev a zpětné vychytávání Synaptické váčky aktivně akumulují glutamát spolu s ionty Mg2+. Koncentrace glutamátu ve váčku může dosáhnout až 20 mM. Plnění se děje cestou vesikulárního glutamátového transportéru (VGluT) s vysokou afinitou pro glutamát a signifikantně nižší pro aspartát. Po výlevu je glutamát rychle zpětně vychytáván, což zajišťují přinejmenším dvě rodiny glutamátových transportérů. Transport glutamátu zpět do zakončení je elektrogenní a je využívá elektrochemického gradientu Na+, H+ a K+, což umožňuje přenos glutamátu a aspartátu i proti jejich gradientu koncentračnímu. Tyto přenašeče jsou velmi rychle schopny snížit hladinu glutamátu v synaptické štěrbině na submikromolární koncentraci. Vychytávají glutamát i aspartát se stejnou afinitou a zhruba stejnou rychlostí, mohou transportovat i D-aspartát, ale nikoliv D-glutamát. S každou molekulou glutamátu je přenesen jeden proton a tři ionty sodíku do buňky a zároveň jeden ion draslíku ven – transport je tedy elektrogenní. V materiálu z potkanů a mloků byly vyklonováni čtyři zástupci této vysoceafinitní rodiny glutamátových transportérů:
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
• GLAST (glutamate-aspartate transporter) • GLT-1 (glutamate transporter-1) • EAAC (excitatory amino acid carrier-1) a • sEAAT5 (salamander excitatory amino acid transporter-5).
Lidskými homology jsou EAAT1, EAAT2, EAAT3 a EAAT5; EAAT4 byl naklonován v lidském motorickém kortexu. Vychytávání glutamátu v CNS se predominantně účastní GLAST a GLT-1 . V poslední přednášce si budeme přibližovat různé patofyziologické stavy a zmíníme se i o fenoménu excitotoxicity. Za různých okolností, např. při ischémii, může docházet k akumulaci glutamátu/aspartátu v synaptické štěrbině, a tak s masivní aktivaci glutamátových receptorů. Tato extrémní aktivace obratem způsobí řadů patologických změn, vedoucích až k smrti buňky. Glutamátové transportéry, které limitním způsobem snižují koncentraci glutamátu v zakončení, by za těchto podmínek dozajista užily nějaké stimulační ligandy. Bohužel, k dispozici jsou pouze inhibitory, např.: THA (D,L-threo-3-hydorxyaspartát, širokospektrý antagonista glutamátového a aspartátového transportu) či DHK (dihydrokainát, selektivní inhibitor gliálního GLT-1).
Glutamátové receptory Glutamátové receptory zahrnují dvě veliké rodiny: receptory ionotropní (formují iontový kanál) a receptory metabotropní (spřažené s G-proteiny). Ionotropní receptory zahrnují tyto třídy zástupců, pojmenované podle ligandů, které kromě glutamátu také váží:
• NMDA receptory (N-methyl-D-aspartát, analog glutamátu) • AMPA (Q) receptory (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-isoxazol-4-propionová
kyselina) • KA receptory (kainátové receptory, kyselina kainová)
Iontoropní glutamátové receptory jsou pentamery složené z různých podjednotek.
Jejich výčet máte uveden v tabulce. AMPA a NMDA receptory jsou na synapsích kolokalizovány, ale jejich vzájemný poměr je velmi variabilní: existují i synapse „osázené“ výhradně jen AMPA či jen NMDA receptory. Ionotropní glutamátové receptory jsou kódovány nejméně 16 geny. Uvnitř každé receptorové rodiny (AMPA, NMDA, KA Rs) panuje až 80% homologie, mezi jednotlivými rodina pak homologie zhruba 50%.
Po vazbě glutamátu na AMPA a/nebo NMDA receptor lze pozorovat smíšený
excitační postsynaptický proud. Tento proud je dvousložkový: jeho první, rychlejší složka s vyšší amplitudou je nesena AMPA receptory, druhá (pomalejší a s nižší amplitudou pak NMDA receptory. Doba poklesu proudové odpovědi navozené NMDA receptorem může být až 100krát delší než doba samotného otevření kanálu. Proč se odpovědi AMPA a NMDA Rs liší? Delší doba odpovědi zprostředkovaná NMDA Rs pravděpodobně souvisí s jejich vyšší afinitou ke glutamátu (Kd = 3-8 nM), takže ten z NMDA receptoru disociuje podstatně pomaleji než v případě AMPA R, který je ve srovnání s NMDA Rs nízkoafinitní ((Kd = 200 nM).
Pomalejší kinetika NMDA Rs mj. podmiňuje mechanismus časoprostorové sumace. Díky delší době jimi vyvolané depolarizace se mohou přidat příspěvky dalších synapsí a navodit depolarizaci nutnou k zahájení akčního potenciálu.
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
AMPA a KA receptory: fyziologie a farmakologie AMPA Rs vedou primárně dovnitř tekoucí sodíkový proud (který je vyvažován ven tekoucím proudem draslíkovým). Některé AMPA Rs neuronů a astrocytů striata, hippokampu či mozečku propouští také Ca2+, což je extrémně důležité pro buňky, které nejsou vybaveny NMDA receptory. AMPA Rs mohou být selektivně blokovány např. silným kompetitivním antagonistou NBQX (6-nitro-7-sulfamobenzo-quinoxalin 2,3-dion); jeho účinek na jiné Rs je velmi slabý nebo neexistuje. Některé benzodiazepiny jako GYKI 53655 jsou nekompetitivními antagonisty AMPA receptorů a zdají se být slibné v neuroprotekci po mrtvicích. Ani ony nemají vliv na jiné kategorie glutamátových receptorů. AMPA Rs desensitizují po expozici svému ligandu během milisekund, KA receptory v podstatě obratem. Farmakologicky je leze odlišit pomoci jejich odpovědi na dvě látky – cyklothiazid a lektin konkavalin A. Cyklothiazid zpomaluje desenzitizaci AMPA Rs bez ovlivnění KA Rs, konkavalin A pravděpodobně interaguje s povrchovými cukernými zbytky KA Rs, ale neovlivňuje AMPA receptory. Molekulární složení AMPA a KA receptorů
AMPA receptory jsou pentamery složené z podjednotek GluR1 – GluR4. Někdy jsou tyto podjednotky značeny také GluRA-D. Každá z podjednotek je kódována vlastním genem a existuje ve dvou formách, flip a flop. Tyto formy vznikají alternativním sestřihem, liší se svou distribucí v mozku a dobou desensitizace receptoru. Nejlépe charakterizovaná podjednotka AMPA Rs je GluR1 s předpokládaným počtem aminokyselin 889. Většina ionotropních receptorů má podjednotky menší (okolo 450 AA); extradélka GluR1 podjednotky je dána neobvykle dlouho N-koncovou
Receptorová rodina Podjednotky Gen Chromosom
(lidský) GluR1 GRIA1 5q33 GluR2 GRIA2 4q32-33 GluR3 GRIA3 Xq25-26
AMPA
GluR4 GRIA4 11q22-23 GluR5 GRIK1 21q21.1-22.1 GluR6 GRIK2 6q16.3-q21 GluR7 GRIK3 1p34-p33 KA-1 GRIK4 11q22.3
Kainátové
KA-2 GRIK5 19q13.2 NR1 GRIN1 9q34.3 NR2A GRIN2A 16p13.2 NR2B GRIN2B 12p12 NR2C GRIN2C 17q24-q25 NR2D GRIN2D 19q13.1qter NR3A GRIN3A 9q31.1
NMDA
NR3B GRIN3B 19p13.3
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
extracelulární doménou. Podjednotky AMPA Rs mají (oproti jiným ligandem ovládaným iontovým kanálům) pouze tři transmembránové segmenty (nikoliv 4). To, co vypadá jako zkrácený transmembránový segment mezi segmenty M2 a M3, je smyčka, která dvakrát vstupuje do cytoplasmy. Pro vazbu ligandu je kruciální krátká oblast mezi M1 a M3 transmembránovými segmenty. AMPA receptory, které neobsahují GluR2 podjednotku, jsou vysoce propustné pro Ca2+. Tato propustnost pro Ca2+je dána záměnou jediné aminokyseliny v smyčce mezi M2 a M3 segmenty. Podjednotka GluR2 obsahuje arginin (R), zatímco podjednotky GluR1, 3 a 4 obsahují glutamin (Q). Místo záměny je proto také označováno jako Q/R místo (Q/R site). K záměně dochází během speciální editace RNA: gen pro GluR2 podjednotku kóduje glutamin, ale většina mRNA je editována tak, aby obsahovala kodon pro arginin. Q/R místo GluR2 podjednotek ovlivňuje (snižuje) vodivost AMPA receptoru a jeho senzitivitu vůči blokádě pavoučími nebo endogenními polyaminy. Díky existenci Q/R místa a flip/flop variant existuje velké množství variant AMPA receptorů. Do jaké míry a jak jejich variabilitu využívá náš CNS není známo, ačkoliv existuje např. prokázaná dominance Ca2+-propustných AMPA receptorů na excitačních synapsích GABAergních neuronů, zatímco např. neurony projekční obsahují AMPA receptory pro Ca2+ nepropustné. Ačkoliv AMPA receptory fungují primárně jako iontové kanály, zdá se, že mohou vyvolávat fyziologickou odpověď i jinými mechanismy. Aktivace AMPA Rs může vést i k aktivaci tyrosinkinasy Lyn. Tato aktivace je nezávislá na vtoku sodných i vápenatých iontů. Fyziologický význam tohoto jevu zatím nebyl objasněn. NMDA receptory: fyziologie a farmakologie NMDA receptory mají několik vlastností, které je staví trochu stranou od ostatních ligandem-ovládaných iontových kanálů. Při hodnotě membránového potenciálu nižší než cca –50 mV je koncentrace iontů hořčíku (Mg2+) dostatečně vysoká na to, aby dokázala i v přítomnosti glutamátu nebo aspartátu v podstatě potlačit tok iontů NMDA receptorem. Při vstupu Mg2+ do póru kanálu ztrácí ion pomalu svůj hydratační obal a jeho další postup je omezen; Mg2+ se rychle pohybuje z/do otevřeného kanálu a způsobuje rychlé krátké inhibice toků proudů (flickery channel block). Pro nutnost depolarizace (ideálně aspoň o 30 mV) bývají NMDA Rs někdy označovány také jako hybridní kanály (nestačí jim jen ligand). Aktivace NMDA receptorů vede k nespecifickým tokům Na+ a K+, oproti AMPA a KA receptorům je však NMDA receptor vysoce propustný pro Ca2+. Permeabilita NMDA Rs pro Ca2+ je asi 10× vyšší než pro Na+. NMDA receptorem mohou procházet i další bivaletní kationy, a to s následující relativní permeabilitou: Ca2+ > Ba2+ > Sr2+ >> Mn2+. Ačkoliv aktivace NMDA receptorů za klidového membránového potenciálu může vést k takové depolarizaci, aby navodila vznik akčního potenciálu, zdá se, že primární funkce NMDA Rs spočívá
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
spíše ve zvyšování intracelulárních koncentrací Ca2+ díky synaptické aktivitě. NMDA receptory slouží jako detektory sousledné aktivity několika synapsí – fungují tehdy, když je zároveň s výlevem glutamátu přítomna i současná synaptická aktivita několika dalších synapsí, neboť potřebují dostatečnou (a udržovanou) depolarizaci k tomu, aby byl odstraněn Mg2+ blok. NMDA receptor je unikátní také tím, že se zdá, že ke své aktivaci potřebuje dva agonisty: glutamát a glycin. Ani jeden z nich sám neotevře kanál NMDA receptoru, takže bývají občas společně označováni jako koagonisté NMDA receptoru. Význam tohoto jevu není úplně znám, neboť normální fyziologické koncentrace glycinu by měly být saturační; nicméně hladina glycinu může být regulována. Vazebné místo pro glycin je nicméně docela dobrým farmakologickým cílem. Cykloserin (původně antituberkulotikum) je slabý parciální agonista glycinového vazebného místa; může zesilovat účinek antipsychotických farmak u schizofreniků. Specifičtější agonisté jako HA966 nejsou v klinické praxi užíváni.
Vazebné místo pro glutamát je rozpoznáváno i strukturně podobnými agonisty, jejichž uhlíkatý řetězec je často prodloužen a navíc ω-karboxyskupina je typicky nahrazena zbytkem kyseliny fosfonové (za vzniku antagonisty). Takto vzniká skupina kompetitivních agonistů, kteří jsou ovšem polární a téměř neprocházejí hematoencefalickou bariérou (AP-5, 2R-CPPen).
Jiným farmakologickým cílem je vazebné místo pro Mg2+ nebo jeho těsné sousedství.
Sem se váží látky jako fenylcyklidin (PCP, „andělský prach – angel dust“) a příbuzná farmaka jako MK801 nebo ketamin. Tyto látky působí jako nekompetitivní antagonisté, kteří okludují kanál receptoru. Mají značný vliv na funkci mozku. V nízkých koncentracích působí psychotomimeticky a navozují kognitivní poruchy (halucinace, iluze) podobné některých symptomům schizofrenie. Ve vyšších dávkách působí jako disociativní anestetika. Mnohé z nich se používají jen veterinárně, i když třeba ketamin je oblíben pediatry – děti nejsou tolik náchylné k vedlejším efektům psychotického typu.Vysoké dávky ethanolu hraničící s horní hranicí otravy vyvolávají u lidí na NMDA receptorech podobné změny jako ty, co vyvolává fenylcyklidin a jemu příbuzné látky.
Důležitým endogenní allosterickým modulátorem NMDA receptorů je pH. Protony
limitují frekvenci, s jakou se kanál otevírá, a při pH 6.0 je jeho funkce téměř zcela potlačena. Vliv pH na funkci receptoru naznačuje, že v jeho aktivaci hrají klíčovou roli ionizovatelné aminokyselinové zbytky jako histidin nebo cystein.
Molekulární složení NMDA receptorů Byly identifikovány dvě hlavní rodiny NMDA
receptorových podjednotek (NR1 a NR2) a jedna malá rodina modulačních podjednotek označovaných jako NR3 podjednotky. Většina funkčních NMDA receptorů v dospělém savčím mozku je tvořena 4 podjednotkami, které v drtivé většině pravděpodobně existují jako NR1-NR2 heterotetramery. Ačkoliv i homotertamerní NMDA receptory složené z NR1 podjednotek vykazují všechny charakteristiky NMDA R, proud jimi tekoucí je asi 100krát menší než NMDA Rs heterotetramerních. NR3 podjednotky jsou
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
exprimovány zejména ve vyvíjejícím se CNS a v dospělém savčím mozku nehrají zdá se žádnou roli.
NR1 podjednotek bylo vyklonováno již více než 9. S NR1 podjednotkami se kombinuji podjednotky NR2, které moduluji farmakologický profil či citlivost kanálu k Mg2+. Zajímavá je časná postnatální výměna NR2B podjednotek v heterotetrameru za podjednotky NR2A. Zatímco původní kanál vyvolával dlouhodobé synaptické odpovědi a byl velmi náchylný k inhibici ifenprodilem, po výměně NR2B podjednotky za NR2A v prvních týdnech života vymizí citlivost NMDA receptoru k ifenprodilu a zkrátí se doba jeho synaptické odpovědi. V páteřní míše jsou rovněž ve vysokých koncentracích exprimovány podjednotky NR2C a NR2D. Vysoká permeabilita NMDA Rs pro vápník (a jiné bivaletní kationy) má značný dopad na řadu buněčných funkcí. Běžná cytoplasmatická koncentrace Ca2+ je pufrována na cca 100 nM. Po aktivaci NMDA receptorů a vtoku vápníku může lokálně stoupnout až na řádově mikromoly, což aktivuje řadu Ca2+-dependentních enzymů (Ca2+/kalmodulin dependentní proteinkinasy, kalcineurin, proteinkinasu C, fosfolipasu A2, NO synthasu a jiné). S NMDA receptory bývá spojován termín synaptická plasticita, konkrétně zejména dlouhodobá potenciace (long-term potentiation, LTP) a dlouhodobá deprese (long-term depression, LDP) v hippokampu. Roku 1973 Bless a Lomo ukázali, že pokud je vysokofrekvenčně stimulován aferentní axon, který inervuje právě depolarizovanou postsynaptickou buňku, vyvolá odpověď daleko větší, než by odpovídalo odpovědi po stimulaci membrány nedepolarizované. Tento jev byl patrný ještě řadu hodin po prvním vysokofrekvenčním dráždění a opakované episody stimulace jej mohly vyvolat i několik týdnů. Tento jev je dnes označován jako LTP a považován za jeden z mechanismů tvorby paměťové stopy.
Jak vzniká LTP na molekulární úrovni? Je potřeba stimulačního vstupu působícího na již depolarizovanou postsynaptickou membránu. Vzpomeňte si, že AMPA receptory potřebují ke své aktivaci jen výlev glutamátu (presynaptickou aktivitu), a jsou schopny navodit depolarizaci postsynaptické membrány, zatímco NMDA receptory potřebují ke své aktivaci navíc ještě depolarizaci v řádu cca tří desítek mV (aktivitu postsynaptickou). Po otevření NMDA receptorů a vtoku vápníku do postsynaptického elementu dochází k další depolarizaci. Tato zvýšená postsynaptická odpověď je užitečná a pro sousední, slaběji stimulované (slaběji depolarizované) synapse, protože je pomáhá depolarizovat silněji.
Mechanismus vzniku LDT, tedy dlouhodobého aktivitně závislého poklesu synaptické účinnosti, je téměř identický, jen je zapotřebí nižších koncentrací vápníku. Souvisí to pravděpodobně s kompeticí kinas a fosfatas. Při vyšší koncentraci vápníku je přednostně stimulována CaM kinasa II – enzym s nižší afinitou k vápníku, a dochází k fosforylaci AMPA receptorů. Naopak při LTD se vápník při svých nižších koncentracích přednostně váže na kalcineurin – enzym s vyšší afinitou k vápníku, který pak stimuluje proteinfosftasu 1. Ta AMPA receptory defosforyluje.
O roli NMDA receptorů v ecitotoxicitě si budeme vyprávět v poslední přednášce.
Metabotropní glutamátové receptory Zatím bylo naklonováno 8 různých podjednotek metabotropního glutamátového receptoru označovaných jako mGluR1-8 a dělených do tří tříd. Tyto receptory jsou větší než jiné receptory spřažené s G-proteiny a i míra homologie s nimi není příliš vysoká. Mají samozřejmě sedm transmembránových segmentů, ale vyznačují se velice dlouhou N-koncovou doménou, která extracelulárně předchází transmembránovým segmentům.
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
V rámci jednotlivých tříd mGluRs existuje asi 70% sekvenční homologie, mezi třídami pak homologie asi 45%. Rozdělení do tříd je založeno na základě mechanismu přenosu signálu:
• skupina I stimuluje fosfolipasu C cestou Gq proteinů; • skupina II a III inhibují adenylylcyklasu cestou Gi proteinů a regulují specifické Ca2+ a
K+ iontové kanály. Glutamát aktivuje všechny rekombinantní mGluRs, přičemž jeho potence varírují mezi 2 nM pro mGluR8 po 1µm pro mGluR7.
Skupina Receptor Gen Chromosom(lidský) Efekt
mGluR1 GRM1 6q24 zvyšuje koncentraci Ca2+ v cytoplasmě 1 mGluR5 GRM5 11q14.3 uvolňuje K+ z buňky aktivací K+ iontových kanálůmGluR2 GRM2 3p21.2 2 mGluR3 GRM3 7q21.1-q21.2
inhibují adenylylcyklasu a snižují hladinu cAMP
mGluR4 GRM4 6p21.3 mGluR6 GRM6 5q35 mGluR7 GRM7 3p26-p25
3
mGluR8 GRM8 7q31.3-q32.1
aktivují Ca2+ kanály, umožňují vstup Ca2+ do buňky
Pro každou z těchto tří skupin mGluRs byly identifikováni vysoce selektivní agonisté. Skupinu I mGluRs agonisticky ovlivňuje DHPG (3,5-dihydroxyfenylglycin), pro skupinu II je vysoce selektivním a středně potentním agonistou APDC (2R,4R-4-aminopyrrolidin-2-4-dikarboxylát) a modelovým agonistou skupiny III je L-AP4 (L-amino-4-fosfonobutyrát). V současnosti probíhají klinické testy se selektivním agonistou II skupiny mGluRs označovaným jako LY354740, který by mohl být jarmakem terapie úzkostných stavů a možná i antipsychotikem. Modulace aktivity iontových kanálů cestou metabotropních Glu Rs
mGluRs lokalizované na postsynaptické membráně modulují velmi různorodým způsobem funkci řady ligandem ovládaných i napěťově závislých iontových kanálů v neuronech CNS. Poměrně nečekané bylo zjištění, že L-AP4 působí na skupině III mGluRs v bipolárních neuronech sítnice a způsobuje hyperpolarizaci jejich membrány – glutamát obvykle centrální neurony depolarizuje. Tato hyperpolarizace je navozena cestou G-proteinů aktivujících fosfodiesterasu, která hydrolyzuje cyklické nukleotidy normálně udržující Na+ kanály otevřené. Aktivace všech tří tříd mGluRs vede k regulaci L–typu napěťově ovládaných Ca2+ kanálů, mGluRs třídy II a II regulují také N-typ Ca2+ kanálů. V hippokampu nebo na cholinergních neuronech putamenu vede aktivace mGluRs k uzavření napěťově ovládaných K+ kanálů; mechanismus zatím není přesně popsán. To vede k pomalé depolarizaci a excitaci neuronů. Naopak na granulárních buňkách mozečku vede aktivace mGluRs k poklesu aktivity Ca2+-dependentních draslíkových kanálů (označovaných jako BK kanál) a snížení excitability buňky.
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
mGluRs jsou lokalizovány také na presynaptické membráně řady centrálních neuronů. Přímo na glutamátergní synapsi tyto presynaptické mGluRs inhibují P/Q typ Ca2+ kanálů a tím inhibují výlev neuropřenašeče (inhibiční autoreceptory).
S autoimunitním atakem receptorových podjednotek GluR3 je spojena tzv.
Rasmussenova encefalitida. Jde o chorobu propukající v raném dětství a spojenou s epilepsií a progresivní degeneraci jedné z mozkových hemisfér.
GABA (kyselina γ-aminomáselná) GABA je hlavním inhibičním neuropřenašečem savčího CNS. GABAergní neurony
zahrnují velmi různorodě skupiny neuronů, počínaje interneurony inhibičními přes neurony projekční. V minulosti byla GABA považována za neuropřenašeč ryze inhibičním který hyperpolarizuje membrány postsynaptických buněk, nicméně v poslední době se ukazuje, že role GABA je komplexnější. Např. během vývoje CNS může GABA působit i jako transmiter excitační, navozující depolarizaci membrány. GABA uvolňovaná z inhibičních interneuronů malých lokálních obvodů se také spoluúčastní generování membránových oscilací, jakými jsou např. theta rytmy (EEG). GABAergní funkce jsou alterovány v případě řady neuropsychiatrických onemocnění jako epilepsie, Huntingtonova choroba, dyskineze, alkoholismus či poruchy spánkového rytmu.
Syntéza a odbourávání GABA určená pro synaptický
přenos vzniká v metabolických drahách souhrnně označovaných jako tzv. GABA shunt. Podobně jako při syntéze glutamátu je obecným prekursorem GABA glukosa, jako prekursor může sloužit i pyruvát. Prvním krokem syntézy GABA je konverze α-ketoglutarátu na glutamát působením enzymu α-oxoglutaráttransmaminasa (GABA transaminasa nebo též GABA-T). Následuje dekarboxylace kyseliny glutamové (dekarboxylasou kyseliny glutamové, GAD) na GABA.
GABA je plněna do váčků v terminále pomocí vesikulárního transportéru pro GABA. Jeho primární sekvence naznačuje, že je složen z 10 transmembránových segmentů a velmi dlouhé cytoplasmatické N-koncové smyčky o délce asi 130 aminokyselin. Podobně jako VGluT je i tento transportér závislý na elektrickém gradientu na membráně váčku. Jeho specifické inhibitory zatím nejsou známy.
Po výlevu je GABA vychytávána ze synaptické štěrbiny zpět do neuronů a použita na znovunaplnění váčků, nebo ji vychytávají přilehlé glie. V gliích je metabolizována na sukcinylsemialdehyd pomocí GABA-T. Tento transaminační krok probíhá v gliích tehdy, když je přítomen i α-ketoglutarát, aby mohl sloužit jako akceptor aminoskupiny odštěpené z GABA. Ten je posléze konvertován na kyselinu glutamovou. Ta je transportována zpět do neuronů (glie neobsahují GAD) a v nich přeměněna na GABA.
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
Jsou známy specifické inhibitory pro GABA-T, které jsou vyvíjeny jako antikonvulsativa. Velmi slibné klinické výsledky má zatím např. vigabatrin.
Farmakologie výlevu a zpětného vychytávání Po depolarizačním stimulu (např. akční potenciál) dochází k výlevu GABA standardní
cestou. Výlev blokuje např. antikonvulsativum gabapentin; mechanismus jeho působení ale zatím není popsán. Volná GABA v synaptické štěrbině a GABA, které oddisociuje z receptorů, je zpětně vychytávána do nervového zakončení nebo do glií. Tento transport vyžaduje přítomnost extracelulárního Na+ a Cl-: dva ionty sodíku a jeden ion chloridový jsou přeneseny s každou molekulou GABA.
Pomocí klonování byly odlišeny čtyři (původně byla očekávána nižší heterogenita) různé GABA transportéry: GAT-1, GAT-2, GAT-3 a BGT-1.
Farmakologicky jsou velmi důležité inhibitory transportu GABA. Na membráně glií zpětné vychytávání GABA účinně inhibuje její rigidní analog hydroxynipekotová kyselina,
a její selektivita pro gliáílní transportéry je asi 20× vyšší než pro transportéry na membráně nervové terminály. Příbuzné inhibitory kyselina nipekotová (vlevo) a guvacin (vpravo) blokují obojí transportéry přibližně se stejnou potencí. Všechny tyto tři látky se selektivně váží na GAT-1
transportér, a to přibližně se stejnou afinitou (IC50 = 20-40 µM). Další inhibitory L-DABA (2,4-diaminomáselná kyselina) a ACHC jsou přibližně 4× méně účinnější, a ještě nižší potenci vůči GAT-1 vykazují β-alanin, hypotaurin a taurin. Naopak jedním z nejpotentnějších inhibitorů GAT-1 transportéru je lipofilní derivát guvacinu označovaný kódem NNC-711. Jeho IC50 je menší než 400 nM. NNC-711 inhibuje i transport přes GAT-3 transportér, ale se zhruba 40 000× nižší selektivitou než přes transportér GAT-1. Na GAT-1 transportéru působí inhibičně i antikonvulsanta tiagabin a lipofilní inhibitory Cl-966 a SKF89976. Inhibicí vychytávání GABA všechny tyto látky zvyšují její dostupnost v synaptické štěrbině a tím potencují její inhibiční efekt v rámci CNS.
Farmakologické profily transportérů GAT-2 a GAT-3 se od profilu GAT-1 liší. GAT-2 a GAT-3 vykazují výrazně nižší afinitu ke guvacinu a kyselinám nipekotové i hydroxynipekotové, stejně jako k β-alaninu, hypotaurinu a taurinu. Transportér BGT-1, který není příliš rozšířen v CNS a je primárně lokalizován v ledvinách, má také odlišnou farmakologii: je inhibován např. phloretinem a quinidinem. Jeho velmi slabými antagonisty jsou i β-alanin, L-DABA a nipekotová kyselina.
Zpětné vychytávání GABA ovlivňují i některá tricyklická a tetracyklická antidepresiva. Desiparamin a maprotilin inhibují všechny subtypy GABA transportérů se zhruba stejnou potencí; jejich afinita ke GABA transportérům je ale výrazně nižší než např. ke transportérům pro serotonin. Naopak amytriptylin blokuje zpětný transport GABA přes GAT-1 a GAT-3 s afinitou jen asi 10× nižší než je jeho afinita pro serotoninový transportér. Zda tyto látky svým působením na transportéry GABA potencují své působení jako antidepresiv, není zatím známo.
GABA receptory Podobně jako glutamátové receptory lze i GABA receptory rozdělit do dvou velkých
funkčních skupin: ionotropní GABAA (a GABAA-ρ = GABAA rhó receptory nazývané též ev.
NNC-711
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
GABAC) receptory formující chloridový kanál a metabotropní GABAB receptory, spřažené s G-proteiny.
GABAA receptory
GABAA receptory jsou pentamerické iontové kanály propustné pro chloridy. První klonování podjednotek GABAA R proběhlo v roce 1987. V lidském materiálu bylo zatím naklonováno 16 následujících podjednotek:
• 6 α podjednotek (GABRA1, GABRA2, GABRA3, GABRA4, GABRA5,
GABRA6) • 3 β podjednotky (GABRB1, GABRB2, GABRB3) • 3 γ podjednotky (GABRG1, GABRG2, GABRG3) • δ podjednotka (GABRD) • ε podjednotka (GABRE) • π podjednotka (GABRP) a • θ podjednotka (GABRQ)
Velmi identické jsou také 3 ρ podjednotky (GABRR1, GABRR2, GABRR3), které
ovšem nekoasemblují s „klasickými“ GABAA podjednotkami a homooligomerizují do vlastní podskupiny charakteristickým receptorů. Zastavíme se u nich níže.
Každá z podjednotek má velikost asi 50 kDa a všechny sdílejí podobnou membránovou topologii: dlouhou extracelulární N-koncovou doménu, 4 α-helikální transmembránové segmenty (M1-M4) a krátkou extracelulární C-koncovou doménu. U krys vykazují tyto podjednotky mezi sebou 70-80% homologii. Tyto podjednotky patří do evolučně příbuzné skupiny receptorů spolu s receptory acetylcholinovými, glycinovými a 5HT3 receptory. Vykazují s nimi asi 25% homologii. Geny pro tyto receptorové podjednotky s největší pravděpodobností vznikly ze společného předka a následně se diversifikovaly duplikací a mutacemi.
K vysoké heterogenitě GABAA receptorových podjednotek přispívá i alternativní sestřih. takto vznikají např. dvě různé verze γ2 nebo β2 podjednotek. Tyto isoformy se liší přítomností krátké peptidové sekvence mezi transmembránovými segmenty M3 a M4, která obsahuje fosforylační místo pro proteinkinasu C. Alternativní sestřih byl popsán i u podjednotek α6, α5 a β3. GABAA receptory jsou heteropentamery. Navzájem se kombinují α, β, γ a δ podjednotky. Zdá se, že nejčastější podjednotková kombinace v CNS je 2α−2β−1γ. Vzhledem k počtu podjednotek a jejich isoforem vzniklých alternativním sestřihem může teoreticky existovat téměř 2000 různých GABAA receptorových kombinací. V savčím mozku jich samozřejmě existuje nesrovnatelně méně. Nejčastější podjednotkou je pravděpodobně α1, v různých regionech s ní bývá komplementární zpravidla podjednotka α3. α2 podjednotka se vyskytuje zejména v regionech, kde je a1 méně četná (hippokampus, striatum, čichový lalok). α6 podjednotka je exprimována téměř výlučně v mozečku.
Lokalizovat a typizovat přesné podjednotkové složení GABAA receptorů není snadné. Pro ilustraci: granulární buňky mozečku dostávají téměř výhradně inhibiční vstupy od Golgiho buněk. V dospělém krysím mozku exprimují granulární buňky 6 GABAA
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
receptorových podjednotek: α6, α1, β3, β2, γ2 a δ, složených do 4 receptorových subtypů. receptory obsahující δ podjednotky jsou téměř bezezbytku extrasynaptické a nejspíše se účastní tonické inhibiční aktivity. A naopak, zbylé tři receptorové subtypy složené z ostatních podjednotek jsou lokalizovány na synapsích s Golgiho buňkami a účastní se plastické inhibiční transmise. I jediný neuron je tedy chopen prostorově oddělit synaptické a nesynaptické cíle a receptory, zřejmě díky specifickému clusterování receptorů na membráně.
GABAA-ρ (GABAA rhó) nebo také GABAC receptory jsou podtřídou ionotropních
GABA receptorů. Jde s největší pravděpodobností o homopentamerické receptory složené z ρ podjednotek, které tvoří tři receptorové subtypy. Byla prokázána také heterokombinace s γ2 podjednotkou GABAA Rs. V CNS se v podstatě nevyskytují, převládají v horizontálních a bipolárních buňkách sítnice.
Farmakologie GABAA receptorů Farmakologie GABAA Rs se odvíjí od 70. let, kdy badatelé experimentálně zjistili, že
křeče navozující alkaloid bikukulin antagonizuje určité inhibiční působení GABA (toto pozorování mj. vedlo i postulování GABA jako hlavního inhibičního neuropřenašeče). Farmaka se na GABAA Rs váží na různých místech: kompetitivní antagonisté a kompetitivní agonisté se obvykle váží na vazebné místo pro GABA, které obvykle leží na β podjednotkách. Mezi látky okupující vazebné místo pro GABA patří kromě bikukulinu např. další kompetitivní antagonisté jako pitrazepin, křeče navozující securinin, steroidový analog RU5135, pyridazinylový derivát gabazin, dále selektivní agonisté muscimol, isoguvacin, THIP (4,5,6,7-tetrahydroisoxazolo[5,4-c]-pyridon) nebo piperidin-4-sulfonovou kyselinu. Na vazebné místo poblíž chloridového póru se váží silné konvulsanty fenylentetrazol a pikrotoxin (a příbuzný pikrotixinin), čímž brání toku chloridových iontů.
Už počátkem 70. let, kdy GABA receptory ještě nebyly klonovány nebo biochemicky isolovány, byl prokázán účinek benzodiazepinů (BZD) na těchto molekulách. Později se ukázalo, že BZD potencují GABAergní inhibiční transmisi přímo vazbou na GABAA receptory. Benzodiazepinové místo leží jinde než vazebné místo pro GABA a je čistým allosterickým modulačním místem na GABAA Rs pentameru. Gama podjednotka není přímo součástí vazebného místa pro BZD, ale je pro jeho zformování nezbytná. Látky vážící se na BZD místo jsou co do účinku plní agonisté až plní inverzní agonisté. Zvyšují afinitu GABAA Rs k vazbě GABA do jejího vazebného místa a tím zvyšují frekvenci otevírání chloridového kanálu (agonisté na BZD místě), nebo ji naopak snižují (antagonisté). Mezi agonisty na BZD vazebném místě patří anxiolytika diazepam, chlordiazepoxid, lorazepam a alprazolam. Inverzní agonisté mají tendence způsobovat křeče (inhibice inhibice!) či úzkostné stavy a patří mezi ně látky jako β-karbolin nebo β-CCE. Antagonisté jako flumazenil se váží do BZD místa, ale sami funkci GABAA Rs nemění; blokují ovšem funkci agonistů či inverzích agonistů. Bývají používáni při terapii předávkování benzodiazepinovými agonisty. Odpověď GABAA Rs na vazbu látek do BZD se velmi liší podle receptorového složení. Mnoho těchto farmak vyvolává αx-podjednotka specifický efekt, což vede k zajímavým klinickým výstupům.
Na GABAA Rs se váže také řada sedativ, hypnotik či anestetik. Barbituráty (pentobarbital a fenobarbital; fenobarbital byl používán jako antikolvunsant již zkraje 20.
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
století) zvyšují dobu otevření chloridového kanálu a maximalizují možnost toku chloridů do buňky. Senzitivita buňka k barbiturátům zdá se není ovlivněna podjednotkovým složením GABAA Rs. Podobným mechanismem pravděpodobně účinkují i neuroaktivní steroidy – allostericky regulují funkci GABAA Rs ve smyslu zvýšení či snížení chloridové propustnosti.
Ethanol vyvolává na GABAA Rs podobné účinky jako BZD či barbituráty: prodlužuje dobu otevření chloridového kanálu a facilituje schopnost GABA aktivovat receptor. Je zajímavostí, že γ2 podjednotky, které se vyskytují při alternativním sestřihu v kratší a delší variantě, ovlivňují citlivost receptorového komplexu k ethanolu. Ethanol zesiluje účinek GABA jen v receptorech obsahujících delší formu γ2 podjednotky. Tato sestřihová varianta obsahuje i sekvenci pro fosforylací proteinkinasou C; pokud je poškozena, receptor svou sensitivitu k ethanolu ztrácí.
Protože ethanol, BZD a barbituráty působí podobným mechanismem na stejném receptorovém substrátu, současné užívání těchto látek způsobuje klinické komplikace. Jejich farmakologický synergismus zvyšuje možnost předávkování a může vést ke vzniku křížové závislosti. Při alkoholovém detoxu jsou pak BZD lékem volby: bývají užity k potlačení abstinenčních příznaků jako halucinací, deliria tremens a křečí. Dlouhodobé užívání BZD vede k toleranci některých jejich účinků, zejména se snižuje jejich protikřečový a sedační efekt, takže jejich dlouhodobé užití v terapii nespavosti či epilepsií je limitováno. Kupodivu, tolerance k anxiolytické složce jejich účinku nevzniká. Tato tolerance pravděpodobně vzniká expresí podjednotek bez BZD vazebného místa, pokud jsou benzidiazepinová farmaka užívána dlouhodobě.
Na GABAA Rs působí také inhalační anestetika. Jejich vazebné místo se typicky vyskytuje poblíž extracelulární oblasti transmembránových segmentů M2 a M3. Mezi tyto látky patří např. enfluran.
Jak už jsem zmiňovala, některá farmaka působící na GABAA Rs vyvolává αx-podjednotka specifický efekt, což vede k zajímavým klinickým výstupům. Antagonista BZD vazebného místa nazvaný RO 15-4513 působí jen na GABAA Rs obsahujících α6 podjednotku. Ta je koncentrována v mozečku a RO 15-4513 redukuje ataxii navozenou ethanolem, aniž by měnil další účinky ethanolu. Na GABAA Rs obsahujících α1 podjednotku působí zolpidem, non-BZD sedativum, které se váže do BZD místa GABAA receptorů.
Farmakologové se snaží vyvíjet ligandy GABAA receptorů, jež by nespouštěly vznik závislosti a na které by nevznikala dlouhodobá tolerance.
GABAB receptory GABAB receptory byly původně identifikovány díky své schopnosti vázat bikukulin a
další ligandy GABAA receptorů. Až později se začalo pracovat s GABA analogem a svalovým relaxantem baklofenem, který je silný agonista GABAB receptorů. Fyziologický účinek GABAB receptorů byl následně objasněn pomocí řady dalších ligandů.
GABAB receptory jsou metabotropní receptory spřažené s G-proteiny třídy Gi. Jsou lokalizovány presynapticky i postsynapticky a obsahují typických 7 transmembránových segmentů. Jsou poněkud delší než většina receptorů spřažených s G-proteiny, jejich délka je 850-960 aminokyselin. Strukturně jsou podobny mGluRs.
Byly naklonovány dvě hlavní skupiny GABAB receptorových podjednotek: GABABR1a a R1b. Obě jsou spřaženy s Gi proteiny. Byla vyklonována i podjednotka GABABR2 schopná heteromerizace s ostatními podjednotkami ve funkční receptor. Toto byl první příklad receptoru spřaženého s G-proteinem, který funguje jako multimerický komplex.
Účinky GABAB receptorů zahrnují zejména
• otevírání draslíkových kanálů
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
• pokles vápníkové vodivosti a • inhibici adenylymlcyklasy.
Ve srovnání s GABAA receptory navozují GABAB receptory odpověď s pomalejším nástupem, ale delší dobou trvání. Odpověď vyvolaná GABAB receptory ale vyžaduje stimulus o větší síle a delší době trvání než v případě GABAA receptorů, což je možná dáno tím, že jsou lokalizovány i extrasynapticky. GABAA receptory leží na synapsi přímo proti místu výlevu a k aktivaci jim teoreticky stačí uvolnění jediného kvanta GABA, zatímco ke stimulaci receptorů extrasynaptických se musí uvolnit GABA tolik, aby k nmi dodifundovala. Presynapticky působí GABAB receptory jako autoerceptory inhibují další výlev GABA z GABAergního nervového zakončení. Pokud jsou GABAB receptory lokalizovány na excitačních nervových zakončeních, vede jejich stimulace ke poklesu výlevu glutamátu. Mohou inhibovat také výlev dalších neuropřenašečů jako noradrenalinu, dopaminu, serotoninu či substance P. Ve všech případech dochází k této inhibici snížením vodivosti Ca2+
kanálů a poklesem vtoku vápníku do zakončení. Na inhibici se může spolupodílet i zvýšená vodivost pro draslík. Přehled selektivních ligandů GABAB Rs máte níže. Obecně je využíván např. baklofen v terapiích vedoucích ke snižování spasticity, v budoucnu snad budou dostupná farmaka použitelná v terapii úzkosti, křečí či deprese.
Agonisté GABAB Rs:
• GABA • baklofen • γ-hydroxybutyrát • Phenibut • 3-aminopropylphosphinic acid • CGP-35024: 3-aminopropyl(methyl)phosphinic acid • CGP-44532 • CGP-7930
Pozitivní allosterické modulátory:
• CGP-7930 • BHFF • BHF-177 • BSPP • GS-39783 • phaclofen • SCH-50911
Antagonisté:
• saclofen • phaclofen • fenylethylamine • SCH-50911 • CGP-52432 (derivát fosfinové kyseliny) • CGP-55845 (dtto)
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
• SGS-742 Glycin Většina glycinu v CNS savců je syntetizována de novo z glukosy přes serin. Serin je
následně konvertován na glycin enzymem serinhydroxymethyltransferasou (SMHT), což je enzym pyridoxalfosfát-dependentní. (Pyridoxalfosfát je derivát vitamínu B6.) Tato konverze probíhá s největší pravděpodobností v mitochondriích - distribuce mitochondriální SMHT kopíruje distribuci glycinu.
Glycin je aminokyselina využívána primárně pro syntézu proteinu ve všech tkáních organismu. Jen malá část buněčných zásob glycinu v malé části neuronů je plněna do synaptických váčků a užívána jako neuropřenašeč. Plnění váčků glycinem je v podstatě analogické jako v případě GABA. Glycin je inhibiční neuropřenašeč, který se účastní neurotransmise převážně v mozkovém kmeni a páteřní míše.
Degradace glycinu se děje převážně cestou systému štěpení glycinu (glycine cleavage system, CGS), který zahrnuje čtyři enzymy. Je lokalizován na vnitřní mitochondriální membráně a jeho poruchy způsobují skupinu metabolických onemocnění souhrnně označovaných jako nonketotické hyperglycinemie. Typická je pro ně vysoká koncentrace glycinu v CSF.
Uvolňování a zpětné vychytávání glycinu Stejně jako v případě dalších neuropřenašečů je i glycin uvolňován do synaptické
štěrbiny po příchodu akčního potenciálu na nervové zakončení a následně se váže na své postsynaptické receptory. Ze synaptické štěrbiny je zpětně vychytáván transportéry lokalizovanými na membráně přilehlých glií, stejně jako na membráně presynaptického zakončení.Proti svému koncentračnímu gradientu je zpět do buněk přenášen pomocí kontransportu se 2 Na+ a 1 Cl-. Tento transport je tedy elektrogenní a vede k vtoku kladného náboje do buňky.
Byly naklonovány dvě skupiny glycinových transportérů: GLYT1 a GLYT2. GLYT1 existuje ve třech variantách vzniklých alternativním sestřihem. Nejsou známy rozdílné transportní charakteristiky těchto transportérů, ale byla popsána jejich různá distribuce v rámci CNS. Jen GLYT1 transportér je citlivý k sarcosinu (N-methylglycinu) a lze jej tak farmakologicky odlišit od GLYT2. Oba typy transportérů jsou lokalizovány v kaudální části CNS, GLYT1 je exprimován i v těch málo oblastech koncového mozku, které souvisí s glycinergní transmisí. V těchto místech reguluje GLYT1 NMDA glutamátové receptory: glycin je jejich allosterický modulátor a GLYT1 upravuje jeho dostupnost (tj. extracelulární koncentraci). Inhibitory GLYT1 transportéru tedy mohou posilovat funkci NMDA receptorů. GLYT1 je exprimován v neuronech i astrocytech, GLYT2 jen v zakončeních glycinergních neuronů.
Glycinové receptory Glycinové receptory (GlyRs) se primárně vyskytují v mozkovém kmeni a páteřní
míše. Podobně jako GABAA Rs jsou to receptory formující iontový kanál s propustností pro chloridy. Jsou i podobné velikosti jako GABAA Rs (okolo 250 kDa) a podobně jako ony s největší pravděpodobností formují pentamerickou strukturu, která obklopuje vodou naplněný pór pro průchod iontů. Glycinové receptory nejsou identické s vazebným
Neurochemie (MB150P35), přednáška 3
místem pro glycin na NMDA glutamátových receptorech a farmakologicky je lze odlišit vazbou strychninu. Strychnin (vpravo) je selektivní antagonista Gly Rs a silný konvulsant. Agonisté Gly Rs jsou kompetitivní a není jich popsáno mnoho. Podle potence se řadí obvykle následujícím způsobem: glycin > β-alanin > taurin > L- a D-alanin > L-serin >> D-serin. Mezi další agonisty patří např. cykloserine, dimethylglycin, hypotaurin, methylglycin (sarcosin), betain (trimethylglycin) nebo Milacemid.
Nekompetitivní inhibitory některých Gly Rs se váží přímo na receptorový iontový
kanál a blokují tok chloridových iontů. Patří mezi ně např. pikrotoxin a jeho derivát pikrotoxinin. Mezi další antagonisty patří např. bikukulin, kofein, cyanotrifenylborát (CTB), strychnin nebo tutin.
Glycinové receptory jsou složeny ze dvou typů glykosylovaných integrálních
transmembránových proteinů: 48 kDa α podjednotky a 58 kDa β podjednotky. Obě tyto podjednotky jsou blízce asociovány s gephrynem, poměrně velkým cytoplasmatickým proteinem (zhruba 98 kDa). α i β podjednotky mají podobnou sekvenční homologie a jako další členy receptorové superrodiny zahrnující nAChRs, GABAA Rs nebo 5-HT3 Rs je tvoří 4 transmembránové segmenty a charakteristická dlouhá extracelulární N-koncová doména. Pentamer Gly R je tvořen buď samotnými α podjednotkami, nebo α podjednotkami asociovanými s β podjednotkou. Jen α podjednotky obsahují vazebné místo pro glycin.
Byly naklonovány čtyři α podjednotky (geny GLRA1-4) a jedna samotnými β podjednotka, přičemž od každé z nich jsou známy sestřihové varianty. Složení Gly Rs se mění během ontogenese.V krysích embryích byly detekovány výhradně α2 podjednotky Gly Rs, zatímco adultní formy GlyRs jsou obvykle heteropentamery složené ze 3 α1 podjednotek a 2 β podjednotek. Chloridová vodivost homopetnamerních Gly Rs složených z α2 podjednotek je výrazně vyšší než u jiných homopentamerů nebo heteromerů: existuje ontogenetický pokles vodivosti Gly Rs způsobený kratší dobou jejich otevření.Vzrůst transkripce α3 podjednotek během vývoje se omezuje jen na infralimbický systém (hippokampus a granulární buněčnou vrstvu mozečku). β podjednotky se kupodivu (resp. jejich mRNA) vyskytují v celém dospělém savčím CNS, ačkoliv tyto podjednotky samotné nemohou zformovat glycinový receptor.
Mutace v α1 podjednotce glycinového receptoru vedou k dominantně děděné chorobě zvané hyperekplexie. Jde o bodovou mutaci v pozic 271 na α1 podjednotce, která způsobí více než stonásobný pokles afinity receptoru pro glycin. Velmi typický je pro tuto chorobu vysoký svalový tonus. Pacienti vykazují tzv. startle reflex – po neočekávaném taktilním nebo zvukové podnětu „ztuhnou“, kontrahují jim svaly končetin a někdy mrkají.
