Транспортер дофаміну (DAT) також (натрій-залежний транспортер дофаміну) — це мембранний білок, кодований у людини геномSLC6A3 (також відомий як DAT1), який викачує нейромедіатордофамін із синаптичної щілини назад у цитоплазмунейрону. У цитоплазмі інші транспортери секвеструють дофамін у везикули для зберігання та подальшого вивільнення. Зворотне захоплення дофаміну через DAT забезпечує основний механізм, за допомогою якого дофамін виводиться із синапсів, хоча може бути виняток у префронтальній корі, де докази вказують на можливу більшу роль транспортера норадреналіну.[5]
DAT є інтегральним мембранним білком, який видаляє дофамін із синаптичної щілини та транспортує його в навколишні клітини, таким чином припиняючи сигнал нейромедіатора. Дофамін лежить в основі кількох аспектів пізнання, включаючи мотивацію винагороди, а DAT полегшує регуляцію цього сигналу.[7]
Механізм
DAT є симпортером, який переміщує дофамін через клітинну мембрану шляхом поєднання руху з енергетично сприятливим рухом іонів натрію, що переміщуються від високої до низької концентрації в клітину. Функція DAT вимагає послідовного зв’язування та спільного транспортування двох іонівNa + та одного іона Cl – із субстратом дофаміну. Рушійною силою зворотного захоплення дофаміну, опосередкованого DAT, є градієнт концентрації іонів, створюваний Na + /K + АТФазою плазматичної мембрани.[8]
У найбільш прийнятній моделі функції переносника моноаміну іони натрію повинні зв’язуватися з позаклітинним доменом транспортера, перш ніж зв’язуватиметься дофамін. Після зв’язування дофаміну білок зазнає конформаційних змін, що дозволяє як натрію, так і дофаміну від’єднатися на внутрішньоклітинній стороні мембрани.[9]
Дослідження з використанням електрофізіології та радіоактивно міченого дофаміну підтвердили, що транспортер дофаміну подібний до транспортерів інших моноамінів, оскільки одну молекулу нейромедіатора можна транспортувати через мембрану за допомогою одного або двох іонів натрію. Іони хлориду також необхідні для запобігання накопиченню позитивного заряду. Ці дослідження також показали, що швидкість і напрямок транспортування повністю залежать від градієнта натрію.[10]
Через тісний зв’язок між мембранним потенціалом і градієнтом натрію індуковані активністю зміни полярності мембрани можуть різко впливати на швидкість транспорту. Крім того, транспортер може сприяти вивільненню дофаміну, коли нейрон деполяризується.[11]
Зчеплення DAT–Ca v
Попередні дані свідчать про те, що транспортер дофаміну з’єднується з напругозалежними кальцієвими каналами L-типу (зокрема Ca v 1.2 і Ca v 1.3), які експресуються практично в усіх дофамінових нейронах.[12] В результаті зв’язку DAT–Ca v, субстрати DAT, які виробляють деполяризаційні струми через транспортер, здатні відкривати кальцієві канали, які з’єднані з транспортером, що призводить до припливу кальцію в дофамінові нейрони.[12] Вважається, що цей приплив кальцію індукує CAMKII -опосередковане фосфорилювання транспортера дофаміну як наступний ефект;[12] оскільки фосфорилювання DAT за допомогою CAMKII призводить до витоку дофаміну in vivo, активація пов’язаних з транспортерами кальцієвих каналів є потенційним механізмом, за допомогою якого певні речовини (наприклад, амфетамін) викликають вивільнення нейромедіаторів.[12]
Структура білка
Початкове визначення топології мембрани DAT базувалося на аналізі гідрофобної послідовності та подібності послідовності з транспортером ГАМК. Ці методи передбачили дванадцять трансмембранних доменів (TMD) з великою позаклітинною петлею між третім і четвертим TMD.[13] Для подальшої характеристики цього білка використовувалися протеази, які розщеплюють білки на менші фрагменти, і глікозилювання, яке відбувається лише на позаклітинних петлях, і значною мірою підтвердили початкові прогнози топології мембрани.[14] Точна структура транспортера дофаміну Drosophila melanogaster (dDAT) була з’ясована в 2013 році за допомогою рентгенівської кристалографії.[15]
Розташування та поширення
Регіональний розподіл DAT був виявлений у ділянках мозку зі встановленими дофамінергічними схемами, включаючи нігростріарний, мезолімбічний та мезокортикальний шляхи.[16]Ядра, які утворюють ці шляхи, мають чіткі моделі експресії. Моделі експресії генів у дорослих мишей показують високу експресію в substantia nigra pars compacta.[17]
Фарбування смугастого тіла та прилеглого ядра мезолімбічного шляху було щільним та неоднорідним. У смугастому тілі DAT локалізується в плазматичній мембрані закінчення аксонів. Подвійна імуноцитохімія продемонструвала колокалізацію DAT з двома іншими маркерами нігростріарних терміналів, тирозингідроксилази та рецепторів дофаміну D2 . Таким чином, було продемонстровано, що останній є ауторецептором на клітинах, які вивільняють дофамін. TAAR1 є пресинаптичним внутрішньоклітинним рецептором, який також локалізований разом з DAT і який має протилежну дію ауторецептора D2 при активації;[18][19] тобто він інтерналізує транспортери дофаміну та індукує відтік через зворотну функцію транспортера через передачу сигналів протеїнкінази А та протеїнкінази С.
Дивно, але DAT не було ідентифіковано в жодній синаптичній активній зоні. Ці результати свідчать про те, що зворотне захоплення дофаміну в смугастому тілі може відбуватися за межами синаптичної спеціалізації, коли дофамін дифундує із синаптичної щілини.
У перикарії нейронів pars compacta DAT був локалізований переважно в шорсткому та гладкому ендоплазматичному ретикулумі, комплексі Гольджі та мультивезикулярних тільцях, ідентифікуючи ймовірні місця синтезу, модифікації, транспорту та деградації.[21]
Генетика і регуляція
Ген DAT, відомий як DAT1, розташований на хромосомі 5p15.[22] Ділянка гена, що кодує білок, має довжину понад 64 кб і складається з 15 кодуючих сегментів або екзонів.[23] Цей ген має тандемний повтор зі змінним числом (VNTR) на 3'-кінці (rs28363170) і інший в області інтрона 8.[24] Показано, що відмінності у VNTR впливають на базальний рівень експресії транспортера; отже, дослідники шукали асоціації з розладами, пов’язаними з дофаміном.[25]
Хоча фактори транскрипції контролюють, які клітини експресують DAT, функціональна регуляція цього білка в основному здійснюється кіназами. MAPK[27], CAMKII[28][29], протеїнкінази А та протеїнкінази С[30][29][31] можуть модулювати швидкість, з якою транспортер переміщує дофамін, або викликати інтерналізацію DAT. Ко-локалізований TAAR1 є важливим регулятором транспортера дофаміну, який при активації фосфорилює DAT через передачу сигналів протеїнкінази A (PKA) і протеїнкінази C (PKC).[30][32]Фосфорилювання протеїнкіназою може призвести до інтерналізації DAT (non-competitive інгібування зворотного захоплення), але фосфорилювання PKC-mediated саме по собі індукує функцію зворотного транспортера (витікання дофаміну).[30][33]Дофамінові авторецептори також регулюють DAT, безпосередньо протидіючи ефекту активації TAAR1.[30]
Швидкість, з якою DAT видаляє дофамін із синапсу, може мати глибокий вплив на кількість дофаміну в клітині. Найкраще про це свідчать важкі когнітивні дефіцити, моторні аномалії та гіперактивність мишей без транспортерів дофаміну.[38] Ці характеристики мають разючу схожість із симптомами СДУГ.
Відмінності у функціональному VNTR були ідентифіковані як фактори ризику біполярного розладу [39] та СДУГ.[40] З’явилися дані, які свідчать про наявність зв’язку з сильнішими симптомами абстиненції від алкоголізму, хоча це суперечливий момент.[41][42]Алель гена DAT з нормальним рівнем білка пов’язана з некурінням і легкістю відмови від куріння.[43] Крім того, підлітки чоловічої статі, особливо ті з сімей високого ризику (відзначені незалученою матір’ю та відсутністю материнської прихильності), які мають 10-алельний повтор VNTR, демонструють статистично значущу спорідненість з антисоціальними однолітками.[44][45]
Підвищена активність DAT пов'язана з кількома різними розладами, включаючи клінічну депресію.[46]
Ілюстрація дофамінового нейрона з локалізованим слідом амін-асоційованого рецептора 1 (TAAR1) і ефектів агоніста TAAR1 (амфетаміну або слідів аміну, як фенетиламін) на зворотне захоплення дофаміну та його витікання.
Транспортер дофаміну є мішенню для засобів вивільнення дофаміну, інгібіторів транспорту та алостеричних модуляторів.[48][49]
Kawarai T., Kawakami H., Yamamura Y., Nakamura S. (1997). Structure and organization of the gene encoding human dopamine transporter. Gene. 195: 11—18. PMID9300814doi:10.1016/S0378-1119(97)00131-5
The status, quality, and expansion of the NIH full-length cDNA project: the Mammalian Gene Collection (MGC). Genome Res. 14: 2121—2127. 2004. PMID15489334doi:10.1101/gr.2596504
Torres G.E., Sweeney A.L., Beaulieu J.M., Shashidharan P., Caron M.G. (2004). Effect of torsinA on membrane proteins reveals a loss of function and a dominant-negative phenotype of the dystonia-associated DeltaE-torsinA mutant. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101: 15650—15655. PMID15505207doi:10.1073/pnas.0308088101
Pristupa Z.B., Wilson J.M., Hoffman B.J., Kish S.J., Niznik H.B. (1994). Pharmacological heterogeneity of the cloned and native human dopamine transporter: disassociation of [3H]WIN 35,428 and [3H]GBR 12,935 binding. Mol. Pharmacol. 45: 125—135. PMID8302271
Hastrup H., Karlin A., Javitch J.A. (2001). Symmetrical homodimer of the human dopamine transporter revealed by cross-linking Cys306 at the extracellular end of TM6. Abstr. - Soc. Neurosci. 27: 1866—1866.
↑Carboni E, Tanda GL, Frau R, Di Chiara G (September 1990). Blockade of the noradrenaline carrier increases extracellular dopamine concentrations in the prefrontal cortex: evidence that dopamine is taken up in vivo by noradrenergic terminals. Journal of Neurochemistry. 55 (3): 1067—70. doi:10.1111/j.1471-4159.1990.tb04599.x. PMID2117046.
↑Vandenbergh DJ, Persico AM, Hawkins AL, Griffin CA, Li X, Jabs EW, Uhl GR (December 1992). Human dopamine transporter gene (DAT1) maps to chromosome 5p15.3 and displays a VNTR. Genomics. 14 (4): 1104—6. doi:10.1016/S0888-7543(05)80138-7. PMID1478653.
↑Wheeler DD, Edwards AM, Chapman BM, Ondo JG (August 1993). A model of the sodium dependence of dopamine uptake in rat striatal synaptosomes. Neurochemical Research. 18 (8): 927—36. doi:10.1007/BF00998279. PMID8371835.
↑Wheeler DD, Edwards AM, Chapman BM, Ondo JG (August 1993). A model of the sodium dependence of dopamine uptake in rat striatal synaptosomes. Neurochemical Research. 18 (8): 927—36. doi:10.1007/BF00998279. PMID8371835.
↑ абвгCameron KN, Solis E, Ruchala I, De Felice LJ, Eltit JM (November 2015). Amphetamine activates calcium channels through dopamine transporter-mediated depolarization. Cell Calcium. 58 (5): 457—66. doi:10.1016/j.ceca.2015.06.013. PMC4631700. PMID26162812. One example of interest is CaMKII, which has been well characterized as an effector of Ca2+ currents downstream of L-type Ca2+ channels [21,22]. Interestingly, DAT is a CaMKII substrate and phosphorylated DAT favors the reverse transport of dopamine [48,49], constituting a possible mechanism by which electrical activity and L-type Ca2+ channels may modulate DAT states and dopamine release. ... In summary, our results suggest that pharmacologically, S(+)AMPH is more potent than DA at activating hDAT-mediated depolarizing currents, leading to L-type Ca2+ channel activation, and the S(+)AMPH-induced current is more tightly coupled than DA to open L-type Ca2+ channels.
↑Ciliax BJ, Drash GW, Staley JK, Haber S, Mobley CJ, Miller GW, Mufson EJ, Mash DC, Levey AI (June 1999). Immunocytochemical localization of the dopamine transporter in human brain. The Journal of Comparative Neurology. 409 (1): 38—56. doi:10.1002/(SICI)1096-9861(19990621)409:1<38::AID-CNE4>3.0.CO;2-1. PMID10363710.
↑Trace amine receptor: TA1 receptor. IUPHAR/BPS Guide to PHARMACOLOGY. International Union of Basic and Clinical Pharmacology. 19 липня 2016. Процитовано 22 вересня 2016.
↑Hersch SM, Yi H, Heilman CJ, Edwards RH, Levey AI (November 1997). Subcellular localization and molecular topology of the dopamine transporter in the striatum and substantia nigra. The Journal of Comparative Neurology. 388 (2): 211—27. doi:10.1002/(SICI)1096-9861(19971117)388:2<211::AID-CNE3>3.0.CO;2-4. PMID9368838.
↑Vandenbergh DJ, Persico AM, Hawkins AL, Griffin CA, Li X, Jabs EW, Uhl GR (December 1992). Human dopamine transporter gene (DAT1) maps to chromosome 5p15.3 and displays a VNTR. Genomics. 14 (4): 1104—6. doi:10.1016/S0888-7543(05)80138-7. PMID1478653.
↑Kawarai T, Kawakami H, Yamamura Y, Nakamura S (August 1997). Structure and organization of the gene encoding human dopamine transporter. Gene. 195 (1): 11—8. doi:10.1016/S0378-1119(97)00131-5. PMID9300814.
↑ абVaughan RA, Foster JD (September 2013). Mechanisms of dopamine transporter regulation in normal and disease states. Trends in Pharmacological Sciences. 34 (9): 489—96. doi:10.1016/j.tips.2013.07.005. PMC3831354. PMID23968642. AMPH and METH also stimulate DA efflux, which is thought to be a crucial element in their addictive properties [80], although the mechanisms do not appear to be identical for each drug [81]. These processes are PKCβ– and CaMK–dependent [72, 82], and PKCβ knock-out mice display decreased AMPH-induced efflux that correlates with reduced AMPH-induced locomotion [72].
↑Krause J (April 2008). SPECT and PET of the dopamine transporter in attention-deficit/hyperactivity disorder. Expert Review of Neurotherapeutics. 8 (4): 611—25. doi:10.1586/14737175.8.4.611. PMID18416663. Zinc binds at ... extracellular sites of the DAT [103], serving as a DAT inhibitor. In this context, controlled double-blind studies in children are of interest, which showed positive effects of zinc [supplementation] on symptoms of ADHD [105,106]. It should be stated that at this time [supplementation] with zinc is not integrated in any ADHD treatment algorithm.
↑Sulzer D (February 2011). How addictive drugs disrupt presynaptic dopamine neurotransmission. Neuron. 69 (4): 628—49. doi:10.1016/j.neuron.2011.02.010. PMC3065181. PMID21338876. They did not confirm the predicted straightforward relationship between uptake and release, but rather that some compounds including AMPH were better releasers than substrates for uptake. Zinc, moreover, stimulates efflux of intracellular [3H]DA despite its concomitant inhibition of uptake (Scholze et al., 2002).
↑ абScholze P, Nørregaard L, Singer EA, Freissmuth M, Gether U, Sitte HH (June 2002). The role of zinc ions in reverse transport mediated by monoamine transporters. The Journal of Biological Chemistry. 277 (24): 21505—13. doi:10.1074/jbc.M112265200. PMID11940571. The human dopamine transporter (hDAT) contains an endogenous high affinity Zn2+ binding site with three coordinating residues on its extracellular face (His193, His375, and Glu396). ... Although Zn2+ inhibited uptake, Zn2+ facilitated [3H]MPP+ release induced by amphetamine, MPP+, or K+-induced depolarization specifically at hDAT but not at the human serotonin and the norepinephrine transporter (hNET).
↑Scassellati C, Bonvicini C, Faraone SV, Gennarelli M (October 2012). Biomarkers and attention-deficit/hyperactivity disorder: a systematic review and meta-analyses. Journal of the American Academy of Child and Adolescent Psychiatry. 51 (10): 1003—1019.e20. doi:10.1016/j.jaac.2012.08.015. PMID23021477. With regard to zinc supplementation, a placebo controlled trial reported that doses up to 30 mg/day of zinc were safe for at least 8 weeks, but the clinical effect was equivocal except for the finding of a 37% reduction in amphetamine optimal dose with 30 mg per day of zinc.110
↑Gainetdinov RR, Wetsel WC, Jones SR, Levin ED, Jaber M, Caron MG (January 1999). Role of serotonin in the paradoxical calming effect of psychostimulants on hyperactivity. Science. 283 (5400): 397—401. Bibcode:1999Sci...283..397G. doi:10.1126/science.283.5400.397. PMID9888856.
↑Greenwood TA, Alexander M, Keck PE, McElroy S, Sadovnick AD, Remick RA, Kelsoe JR (March 2001). Evidence for linkage disequilibrium between the dopamine transporter and bipolar disorder. American Journal of Medical Genetics. 105 (2): 145—51. doi:10.1002/1096-8628(2001)9999:9999<::AID-AJMG1161>3.0.CO;2-8. PMID11304827.
↑Yang B, Chan RC, Jing J, Li T, Sham P, Chen RY (June 2007). A meta-analysis of association studies between the 10-repeat allele of a VNTR polymorphism in the 3'-UTR of dopamine transporter gene and attention deficit hyperactivity disorder. American Journal of Medical Genetics. Part B, Neuropsychiatric Genetics. 144B (4): 541—50. doi:10.1002/ajmg.b.30453. PMID17440978.
↑Sander T, Harms H, Podschus J, Finckh U, Nickel B, Rolfs A, Rommelspacher H, Schmidt LG (February 1997). Allelic association of a dopamine transporter gene polymorphism in alcohol dependence with withdrawal seizures or delirium. Biological Psychiatry. 41 (3): 299—304. doi:10.1016/S0006-3223(96)00044-3. PMID9024952.
↑Ueno S (February 2003). Genetic polymorphisms of serotonin and dopamine transporters in mental disorders. The Journal of Medical Investigation. 50 (1–2): 25—31. PMID12630565.
↑Wersinger C, Sidhu A (April 2003). Attenuation of dopamine transporter activity by alpha-synuclein. Neuroscience Letters. 340 (3): 189—92. doi:10.1016/S0304-3940(03)00097-1. PMID12672538.
↑Lee FJ, Liu F, Pristupa ZB, Niznik HB (April 2001). Direct binding and functional coupling of alpha-synuclein to the dopamine transporters accelerate dopamine-induced apoptosis. FASEB Journal. 15 (6): 916—26. doi:10.1096/fj.00-0334com. PMID11292651.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
