Ligandstyrt ionekanal

Ligandstyrte ionekanaler (LGICs) er en gruppe transmembrane proteiner som åpnes for å la ioner som Na+, K+, Ca2+, og Cl- forflytte seg over en cellemembran som en respons av at et signalstoff (ligand) binder seg som f.eks en neurotransmitter.

Disse proteinene er typisk bygd opp av minst to forskjellige domener: et transmembrant domene som inkluderer en ionepore, og et ekstracellulært domene som inkluderer et bindingssete for ligander(allosterisk bindingssete). Denne modulariteten har gjort 'splitt og hersk' fremgangsmåten for å finne proteinstrukturen mulig (krystallisering av domenene hver for seg). 
Funksjonen til reseptorer som er lokalisert i synapser er å konvertere kjemiske signal av presynaptiske utskilte neurotransmittere, direkte og kjapt, til postsynaptiske elektriske signal. Mange ligandstyrte ionekanaler er i tillegg modulert av allosteriske ligander, kanalblokkere, ioner eller membranpotensialet.

LGICs er klassifisert i tre superfamilier: 
Cys-loop reseptorer
Ionotropiske glutamat reseptorer
ATP-styrte kanaler

Ligandstyrte ionekanaler er i kontrast med:
Metabotropiske reseptorer, som bruker second messenger aktiverte ionekanaler.
Spenningsstyrte ionekanaler, som åpner og lukker seg avnhening av membranpotensialet.
Strekkaktiverte ionekanaler, som åpner og lukker seg avhenging av mekanisk deformasjon i cellemembranen.

Cys-loop reseptorer 

Cys-loop reseptorer er navngitt etter en karakterisisk loopformet dusulfidbinding mellom to cystein i det N-terminale ekstracellulære domenet. De er underinndelt med hensyn til hva slags ioner de leder (anioniske eller kationiske) og videre delt inn i familier definert av deres endogene ligander. De er vanligvis pentamere hvor hver subenhet innehar 4 transmembrane alpha helixer som utgjør et transmembrane domene og et 'beta sheet sandwich type', extracellulært, N-terminal, ligandbindings domene. Noen innehar også et intracellulært domene som vist på bildet.

Den prototypiske ionekanalen er nikotin acetylkolin reseptoren. Den består av en pentamer av protein subenheter (typisk ααβγδ), med to bindingsseter for acetylkolin (en på grensesnittet på hver av alfasubenhetene. Når acetylkolin bindes forandres reseptorens konfigurasjon (vrir T2 helixene som flytter leucinet, som blokker poren, vekk). Dette forårsaker sammentrekningen i poren, som er på ca 3 angstrøm, til å vie seg ut til ca. 8 angstrøm slik at ioner kan passere igjennom. Denne poren lar Na+ ioner forflytte seg i henhold til den elektrokjemiske gradienten og inn i cellen. Med et tilstrekkelig antall kanaler som åpner seg på en gang vil influxen av positive Na+ ioner depolarisere den postsynaptiske membranen slik at et aksjonspotensial blir initiert.

Til tross for at encellede organismer, som bakterier, har et lite tilsynelatende behov for transmisjon av aksjonspotensialet har en bakteriell homolog av en ligandstyrt ionekanal blitt identifisert. Hypotesen er at den fungerer som en kjemoreseptor. Denne prokariotiske nAChR varianten er kjent som GLIC, og fikk navn etter arten den ble identifisert i;  Gloeobacter Ligand-gated Ion Channel.

Anioniske Cys-loop Reseptorer til virveldyr

Kationiske Cys-loop Reseptorer til virveldyr

Ionotropiske glutamat reseptorer (iGluR) 

Ionotropiske glutamat reseptorer binder neurotransmitteren glutamat. De former tetramerer med hver subenhet bestående av et ekstracellulær aminotreminal domene( ATD, som involverer tetrameroppbyggingen), et ekstracellulært ligandbinding domene (LDB, som binder glutamat) og et transmembran domene(TMD, som former ionekanalen). Det transmembrane domenet på hver av subenhetene innehar tre transmembrane helixer og en halvmembranhelix med innadgående loop. Proteinets struktur starter med ATD på N-terminalen etterfulgt av første halvdel av LBD som blir avbrutt av helix 1,2 og 3 av TMD før den fortsetter med den siste halvdelen av LBD og avslutter med helix 4 til TMD på C-terminalen. Dette betyr at det er tre koblinger mellom TMD og de extracellulære domenene. Hver subenhet av tetrameren har et bindingssete for glutamat, bestående av to LBD seksjoner som har en kamskjellignende utforming. Bare to av disse bindingssetene trenger å være bundet for at ionekanalen skal åpne seg. Poren er hovedsakelig formet av halvhelix 2 på en slik måte at det ligner på en invertert kalium kanal

ATP-styrte kanaler 

ATP-styrte kanaler åpner seg som en respons av å binde seg til nukleotidet ATP. De former trimerer med to transmembrane helixer per subenhet og på begge C- og N-terminalene på den intracellulære siden.

PIP2-styrte kanaler 
Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) binder seg til og direkte agoniserer 'innover-rektifiserte kaliumkanaler(Kir). PIP2 er et plasmamembrane lipid og its difinitive rolle i styring av ionekanaler var nylig demonstrert med X-ray krystallografi.

Klinisk relevans 

Ligandstyrte ionekanaler er sannsynlig området der anestesimidler og etanol har sine virkninger, men utvetydig bevis for dette er ennå ikke etablert. 
Særlig GABA- og NMDA-reseptorer blir affektert av anestetiske midler på konsentrasjoner som blir brukt i klinisk anestesi.

Referanser

Eksterne lenker 
 Ligand-Gated Ion Channel database at European Bioinformatics Institute. Verified availability April 11, 2007.
 

Proteiner
Cellesignalisering
Ionekanaler