Studium funkčních a molekulárních vlastností NMDA receptorů

Abstract

N-methyl-D-aspartátové (NMDA) receptory patří mezi ionotropní glutamátové receptory, které zprostředkovávají rychlý synaptický přenos v centrální nervové soustavě savců a hrají klíčovou roli v synaptické plasticitě. Jejich nadměrná aktivace vede k buněčné smrti, která je příčinou vzniku řady závažných neurologických a psychiatrických onemocnění. Cílem našeho výzkumu bylo nalézt nové látky, které by zabránily dlouhodobé a nadměrné aktivaci NMDA receptorů. Testováním nově syntetizovaných steroidních látek na rekombinantních receptorech jsme ukázali vztah mezi strukturou derivátů přirozeně se vyskytujícího neurosteroidu pregnanolon sulfátu a jejich schopností modulovat NMDA receptory. Výsledky našich pokusů ukazují, že sulfátová a acetylová skupina na molekule pregnanolon sulfátu hrají významnou roli v jeho inhibičním působní. Analýzou proudových odpovědí jsme ukázali, že náhradou substituentů na C3 a C17 uhlíkatého skeletu steroidního jádra lze výrazně zvýšit účinnost steroidních látek a příznivě ovlivnit poměr mezi inhibicí receptorů, které jsou ve stacionárním a nestacionárním stavu aktivace. Tyto dva stavy odrážejí situaci, kdy jsou receptory aktivovány dlouhodobě (tonicky) a synapticky (fazicky). Pomocí elektrofyziologických a optických metod v kombinaci s metodami matematického modelování jsme ukázali,...

N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors are a subtype of ionotropic glutamate receptors, which mediate fast synaptic transmission in the vertebrate central nervous system and play a key role in synaptic plasticity. NMDA receptor overexcitation leads to cell death that underlies many serious neurological and psychiatric disorders. The aim of our research was to characterize novel drugs that modulate NMDAR activity. We have tested a series of newly synthesized steroidal compounds for their activity on recombinant receptors. We have demonstrated a relationship between the structure of the analogues of a naturally occurring neurosteroid pregnanolone sulfate and their ability to modulate NMDA receptors. The results of our experiments characterize the role of substituents at the steroid A and D ring. We have found specific substituents on carbons C3 and C17 of the steroidal skeleton that lead to a substantial increase of steroid efficacy and the ability to positively affect the ratio between the inhibition of stationary and non-stationary receptor activation. These two states represent receptors long-term activated (tonically) and synaptically activated (phasically), respectively. Using electrophysiological and optical methods in combination with mathematical modeling we have shown that the plasma membrane plays an...