NMDA-reseptori

**N-metyyli-D-aspartaatti reseptorit** eli **NMDAR**:ät ovat rakenteeltaan moninainen ryhmä ionotrooppisia eli ionokanaviin kuuluvia glutamaattireseptoreita (iGluR:iä), jotka aktivoituessaan päästävät lävitseen soluihin kationeja kuten Ca<sup>2+</sup>. Tyypillisten NMDAR:ien luonnollinen aktivoiva (agonistinen) ligandi on L-glutamaatti, jonka sitoutuminen reseptoriin avaa sen ionikanavan. NMDAR:ät vaativat myös aukeamiseen muista iGluR:istä poiketen D-seriinin tai L-glysiinin samanaikaisen sitoutumisen koagonistina ja solun depolarisaation, joka vapauttaa kanavaa normaalisti sulkevan Mg<sup>2+</sup>-ionin. NMDAR:t ovat heterotetrameerejä, eli ne koostuvat 4:stä alayksiköstä, joista osa on keskenään erilaisia. Muut iGluR:t ovat AMPA-reseptorit, kainaattireseptorit ja delta-reseptorit.

Keskushermostossa NMDAR:ät ovat keskeisessä roolissa sen kehittymisessä ja muotoutuvuudessa (plastisuudessa), sekä oppimisessa ja muistamisessa. NMDAR:iä on muuallakin, kuten munuaisissa, sydämessä ja luustossa, joissa ne säätelevät niiden eri toimintoja.

NMDAR-antagonisteja käytetään mm. anestesia-aineina, yskänlääkkeinä ja Alzheimerin taudin hidastamisessa. Esimerkkejä ovat vastaavasti ketamiini, dekstrometorfaani ja memantiini. Tiettyjä antagonisteja kuten fensyklidiiniä (PCP), ketamiinia ja dekstrometorfaania (DXM) käytetään myös laajalti dissosiatiivisina päihteinä.

Monet NMDAR:ien agonistit ovat eksitotoksisia ja NMDAR:ien liikatoiminnan on tutkittu liittyvän eksitotoksisin mekanismein keskeisesti hermostoa rappeuttaviin sairauksiin kuten Alzheimerin ja Parkinsonin tautiin. Antagonisteista osa on tiettävästi hermosoluille myrkyllisiä ja voivat aiheuttaa Olneyn leesioita.

NMDAR:ät on nimetty nimetty niiden agonistina toimivan keinotekoisen NMDA:n mukaan, jonka avulla NMDAR:ät löydettiin 1970-luvulla.

## Rakenne
Ihmisten NMDAR:ät ovat heterotetrameerisiä proteiinikomplekseja eli ne koostuvat neljästä yhteen liittyneestä proteiinialayksiköstä, joista osa on keskenään erilaisia. Rakenteeltaan moninaiset NMDAR:ät koostuvat kahdesta GluN1-alayksiköstä ja kahdesta GluN2- tai GluN3-alayksiköstä – GluN1-3 jaetaan kukin vielä eri alaryhmiin (alaotsikot alla).

Kukin NMDAR:än muodostava alayksikkö jaetaan 4:ään osaan:

#Solun ulkoinen aminoterminaalidomeeni (**ATD**) on 400–450 aminohappoa pitkä alue, joita ei tarvita ionikanavan toimintaan, mutta ne osallistuvat NMDAR:n lääkinnällisiin ja kineettisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi GluN2A voi sitoa NMDAR:n toimintaa hidastavia Zn<sup>2+</sup>-ioneita, ja GluN2B:ssä on ifenprodiilin ja sen kaltaisten aineiden sitoutumisalue. Simpukkamainen LBD jaetaan vielä R1- ja R2-puolikkaisiin.
#Solun ulkoinen ligandia sitova domeeni (eng. *ligand binding domain*, **LBD**) on välttämätön solun ulkoinen alue. Alue on simpukkamainen, jonka S1- ja S2-puolikkaiden väliin normaalisti glutamaatti, seriini tai glysiini sitoutuu aktivoiden siten reseptorin. Sitoutuva aine riippuu alayksikön tyypistä. Puolikkaista käytetään myös nimiä D1 ja D2.
#Solukalvon läpäisevä domeeni (eng. *transmembrane domain*, **TMD**) pitää NMDAR:ää kiinni solukalvossa, ja on upottautuneena kalvoon. TMD jaetaan vielä osiin M1, M2, M3 ja M4. M2-yksiköt ovat kanavan sisällä ja vuorovaikuttavat normaalisti Mg2+ kanssa, tai tiettyjen aineiden kuten ketamiinin kanssa.
#Solun sisäinen karboksiterminaalidomeeni (eng. *carboxyl terminal domain*, **CTD**).

### GluN1
*GRIN1*-geenin mRNA:n vaihtoehtoinen silmukointi voi ihmisillä johtaa 8:n eri GluN1-alayksikön muodostumiseen (taulukko). Geeni on kromosomikohdassa 9q34.3.

### GluN2
GluN2-alayksiköt ovat GluN2A, GluN2B, GluN2C ja GluN2D. Näitä koodaavat vastaavasti geenit *GRIN2A, GRIN2B, GRIN2C* ja *GRIN2D*. Alayksiköiden pituudet ihmisillä ovat vastaavasti 1442, 1456, 1220 ja 1296 aminohappoa, ja ne ovat vastaavasti kromosomikohdissa 16p13.2, 12p13.1, 17q25.1, 19q13.33.

### GluN3
GluN3-alayksiköt ovat GluN3A ja GluN3B. Näitä koodaavat vastaavasti geenit *GRIN3A* ja *GRIN3B*. Alayksiköiden pituudet ovat ihmisillä vastaavasti 1089 ja 985 aminohappoa, ja ne ovat vastaavasti kromosomikohdissa 9q31.1 ja 19p13.3.

GluN3-yksiköt GlunN1- tai GluN2-yksiköiden kanssa tetrameerin muodostaessaan hillitsevät NMDAR:n kationien läpäisyä.

### Alaysikköyhdistelmät
Tetrameerisessä NMDAR:ssä tulee olla sen muodostumiseksi vähintään 2 GluN1-yksikköä (mikä tahansa 8:sta silmukointimuunnelmasta). Loput 2 voivat olla jokin 4:stä GluN2-yksiköstä ja/tai 2:sta GluN3-yksiköstä. Ihmisten keskushermoston yhdistelmiä ovat esimerkiksi diheteromeerit 1/2A, 1/2B, 1/2C, 1/2D ja 1/3A. Ainakin seuraavat triheteromeeriset yhdistelmät ovat myös mahdollisia: 1/2A/2B, 1/2A/2C, 1/2B/2D ja 1/2B/3A.

Eri alayksikköyhdistelmistä koostuvilla NMDAR:illä on eri perusominaisuuksia kuten niiden eriävä Ca2+ läpäisykyky, Mg2+ salpauskyky ja agonistien affiniteetit eli sitoutumisherkkyydet (taulukko). Yhdistelmien ilmeneminen esimerkiksi keskushermostossa vaihtelee eliöissä niiden kehitysvaiheiden (lapsuuden, aikuisuuden) aikana, mutta yhdistelmien sijainti keskittyy myös eri alueille esimerkiksi aivoissa. GluN1-yksikköjä on niiden välttämättömyyden vuoksi laajalti keskushermoston NMDAR:issä.

## Aktivointi
Kehon tuottama NMDAR:iä aktivoiva välittäjäaine on L-glutamaatti, joka sitoutuu GluN2-alayksikön LBD:hen. Aktivointi vaatii L-glysiinin tai D-seriinin samanaikaisen sitoutumisen "koagonistina" GluN1- ja GluN3-alayksiköiden LBD:eihin. NMDAR:ien ionikanavan sisään kiinnittynyt Mg<sup>2+</sup>-ioni salpaa reseptorin kiinni. Solun sisällä on negatiivinen, noin -70 mV, jännite-ero suhteessa solun ulkopuoleen, jonka vuoksi kanavaan mahtuva positiivisesti varautunut Mg2+ pitää kanavaa kiinni. Hermosolujen ulkoinen Mg2+-pitoisuus on lisäksi millimolaarisuusluokkaa ja sisäinen mikromolaarisuusluokkaa. Mg2+ poistuminen kanavasta vaatii solun voimakkaan depolarisaation. Depolarisaatio poistaa Mg2+:n, jolloin agonistia ja koagonistia sitovan NMDAR:n ionikanava aukeaa. Monimutkaisen aktivaationsa vuoksi NMDAR:t aktivoituvat hitaammin kuin muut glutaminergiset ionikanavareseptorit (kuten AMPA- ja kainaattireseptorit). NMDAR:ien toimintaan vaikuttavat normaalisti myös mm. pH-arvo ja sinkki-ionit ja tietyt polyamiinit kuten spermidiini, spermiini.
GluN3-NMDAR:illä ei ole sitoumispaikkaa glutamaatille ja ne aktivoituvat pelkän glysiinin tai D-seriinin vaikutuksesta. NMDAR:illä ei siis ole ensisijaista agonistia, mutta glutamaatista ja glysiinistä/seriinistä käytetään usein silti vastaavasti termejä *agonisti* ja *koagonisti*.

Kanavan auetessa solun ulkoiset Ca2+-ionit virtaavat sisälle soluun – samalla K<sup>+</sup> ja Na<sup>+</sup> voivat läpäistä kanavan. Ionien virtaussuunta riippuu niiden solupitoisuuksista. Normaalisti K+ virtaavat ulos solusta ja Na+ sisään. Hallittu Ca2+ virtaus solun sisään pitää osaltaan solun elossa, mutta liika virtaus voi johtaa solukuolemaan johtavaan eksitotoksisuuteen. Solun sisällä Ca2+-ionit voivat vaikuttaa mm. kalsiumista riippuviin entsyymeihin, toisiolähetteihin (proteiinikinaaseihin, fosfataaseihin), telineproteiineihin (eng. *scaffold protein*), solun tukirangan elementteihin, GTP:tä sitoviin proteiineihin ja adheesiomolekyyleihin. Vaikutukset ovat pitkäaikaisia ja laajoja.

## Sijainti
NMDAR:iä löytyy eliöiltä keskushermostosta synapseista ja niiden ulkoisilta (ekstrasynaptisilta) alueilta. Toimivia NMDAR:iä on eri eliöiltä löydetty muistakin kudoksista, mm. munuaisista, luista, sydämestä, lisäkilpirauhasista, imusoluista, haimasta, kateenkorvasta, ihosoluista, munasarjoista, vatsalaukusta ja alemmista virtsatiehyistä.

Hermosolujen pintojen NMDAR:istä noin 30–40 % kuitenkin vaihtaa paikkaa synaptisilta alueilta ekstrasynaptisille (ja päinvastoin) lateraalidiffuusiolla – keskimäärin nopeus on 0.05 μm2/s, eli vaihdos voi tapahtua minuuteissa. Liike riippuu NMDAR:än alayksiköistä. Esimerkiksi hippokampuksen hermosolujen GluN2B-NMDAR:t vaihtavat paikkaa synaptisille alueille, mutta GluN2A-NDAR:ien liike rajoittuu vain ekstrasynaptisille alueille. Ei tiedetä vaikuttaako hermosolujen NMDAR:ien aktiivisuus tai toiminnan estyminen agonistien/antagonistien vaikutuksesta niiden liikkeeseen.

## Toiminta
Munuaisissa NMDAR:ät ylläpitävät niiden normaalia toimintaa osallistumalla mm. niiden verisuoniston laajentumiseen/supistumiseen, Na+ takaisin ottoon ja virtsan erityksen säätelyyn vaikuttamalla mm. munuaiskerästen suodatusnopeuteen eli GFR-arvoon. Jatkuvan munuais-NMDAR:ien aktivaation on ehdotettu voivan johtaa munuaisten vajaatoimintaan ja kohonneeseen verenpaineeseen paikallisesti munuaisissa tai laajemmaltikin. Sydämessä NMDAR:illä on keskeinen rooli sen sähkötoiminnan säätelyssä.

## Ligandeja

### GluN1 ligandit
Mm. nämä aineet sitoutuvat kilpailevasti GluN1-alayksikön glysiiniä tai D-seriiniä sitovalle alueelle estäen niiden sitoutumisen, ja sitten joko aktivoiden tai inaktivoiden reseptorin.

**Agonisteja**: (R)-HA-966, ACBC, ACPC, D-seriini, L-687,414.

**Antagonisteja**: 5,7-diklorokynureenihappo, ACEA-1021, CGP 61594, CNQX, DNQX, GV 150526, GV 196771A, kynureenihappo, L-683,344, L-683,560, L-701,324, ACPR (1-aminosyklopropaanikarboksyylihappo).

### GluN2 ligandit
Mm. nämä aineet sitoutuvat kilpailevasti GluN2-alayksikön glutamaattia sitovalle alueelle estäen sen sitoutumisen, ja sitten joko aktivoiden tai inaktivoiden reseptorin.

**Agonisteja**: (1R, 3R)-ACPD, (2S, 1'R, 2'S)-CCG, L-glutamiinihappo, NMDA, homokinoliinihappo, tetratsolyyliglysiini, *trans*-ABCD.

**Antagonisteja**: ACPEB, CGP 37849, CGS 19755, CPP, CPP-eeni, D-AP7, LY235959, NPC 17742, NVP-AAM077, PBPD, PMPA, PPDA, SCZ-EAB-515, UBP141.

### Kanavan salpaajat
Eri NMDAR:ien ionikanavien sisälle voi Mg2+:n kaltaisesti kiinnittyä molekyylejä. Nämä ovat ei-kilpailevia antagonisteja eli ne estävät Ca2+ virtausta soluun reseptorin lähialueen antagonistien pitoisuudesta riippuen. Näitä ovat mm. ditsosilpiini, fensyklidiini (PCP), ketamiini, memantiini, amantadiini, dekstrometorfaani (DXM), dekstrorfaani (DXO), efenidiini.

### Allosteeriset säätelijät
Nämä aineet ovat allosteerisia säätelijöitä, sillä ne sitoutuvat NMDAR:iin eri alueille kuin glutamaatti, glysiini tai D-seriini. Tiettyä, vain GluN2B:ssä, olevaa sitoutumisaluetta kutsutaan ifenprodiilin tai polyamiinien sitoutumisalueeksi, johon sitoutuvat antagonistisesti mm. CP-101,606, nylindriini, Ro 25-6981, spermidiini, spermiini, haloperidoli, ifenprodiili, eliprodiili.

### Sinkki
Sinkki-ionit (Zn2+) salpaavat ei-kilpailevasti GluN2A- ja GluN2B-NMDAR:iä sitoutumalla näiden ATD:ihin.

### Muita
Nämä ovat tarkemmin luokittelemattomia tai sitoutumispaikaltaan tuntemattomia ligandeja.

**Antagonisteja**: ilokaasu (sitoutumispaikka tuntematon, ilokaasu vaikuttaa muihinkin reseptoreihin kuin NMDAR:iin).

**Ei-kilpailevia antagonisteja**: 2-MDP, 2-MeO-difenidiini, 2-MeO-ketamiini (2-MK), 2-okso-PCE, 3-HO-PCE, 3-HO-PCP, 3-MeO-PCP, 3-MeO-PCPr, 3-MeO-PCPy, 4'-Me-PCP, 4'-Me-PCP, BnCP, N-etyylinorketamiini (N-EK), NPS-1506, PCEEA, PCMEA, PCMPA, PCMo (PCM), PCPr (NPPCA), PCiP (NIPPCA), TCPy, aptiganeeli, deksoksadrooli, difenidiini, etisyklidiini (PCE), lanikamiini, lefetamiini, metoksetamiini (MXE), metoksietisyklidiini (3-MeO-PCE), metoksydiini (4-MeO-PCP), rolisyklidiini (PCPy), tenosyklidiini, tiletamiini, etanoli (sitoutumispaikka tuntematon, etanoli vaikuttaa muihinkin reseptoreihin kuin NMDAR:iin). Lyijy (Pb2+, sitoutuu ehkä samaan kohtaan ATD:ssä kuin sinkki).

## Lääketiede
NMDAR-antagonisteja kuten ketamiinia käytetään kipua lievittävinä anestesia-aineina. Dekstrometorfaania käytetään yskänlääkkeenä.

NMDAR:ien liiallinen aktivoituminen johtaa eksitotoksisuuteen, joka osallistuu hermosolujen kuoleman viimeisiin vaiheisiin halvauksissa, ja sairauksissa kuten Parkinsonin, Alzheimerin, Huntingtonin ja ALS-tauti. Alzheimerin tautia hidastavana hoitona käytetään usein memantiinia, joka on NMDAR-antagonisti. Pääasiassa synapsien ulkoiset (ekstrasynaptiset) NMDAR:ät laukaisevat eksitotoksisen vaikutuksen monissa hermostoa rappeuttavissa sairauksissa. Synaptiset NMDAR:t suojaavat hermostoa ja niiden pieni määrä suhteessa ekstrasynaptisiin NMDAR:iin on hermostolle vahingollista.

NMDAR:ien alitoiminta on yksi teorioista skitsofrenian oireiden taustalla mm. hermostossa esiintyvän liiallisen dopamiinin lisäksi. Mm. NMDAR:ien koagonisteina toimivaa glysiiniä ja D-seriiniä, ja osittaisagonistina toimivaa D-sykloseriiniä on siksi kokeiltu hoitona skitsofrenian oireiden lievittämiseen lupaavin tuloksin.

NMDAR-antagonistien on esitetty toimivan lupaavana ja nopeavaikutteisena hoitona masennukseen ja kaksisuuntaisen mielialahäiriön masennusjaksoihin. Antagonistit kuten ketamiini vaikuttavat suun kautta otettuna muutamassa tunnissa. Taas nykyisin käytetyt SSRI-masennuslääkkeet kuten fluoksetiini tehoavat vasta useiden viikkojen kuluttua säännöllisen käytön aloittamisesta.

Antagonistit vähentävät sydämen lyöntiheyttä ja rytmihäiriön riskiä, ollen siten mahdollinen hoitokeino NMDAR:iin liittyviin sydänsairauksiin. NMDAR-agonistit taas lisäävät kammiovärinäkohtauksen riskiä, sydämen oksidatiivista stressiä ja sydänlihassolujen autofagosytoosia.

NMDAR-agonistit ovat mahdollinen osteoporoosia hoitava ja ennalta ehkäisevä hoitokeino. Glutamaatin intraperitoniaaliset pistokset hiirillä ovat osoittaneet pistosten ylläpitävän luiden mineraalitiheyttä NMDAR välitteisesti.

Keho voi muodostaa vasta-aineita keskushermostonsa NMDAR:iä vastaan. Tätä autoimmuunisairautta kutsutaan NMDAR-vasta-aine aivotulehdukseksi. Sairaudessa vasta-aineet sitoutuvat NMDAR:iin solujen pinnoilla. Solut ottavat toimimattomat reseptorit sisäänsä ja seurauksena on NMDAR:ien vajaus. Noin 75 % sairastuneista paranee, mutta 25 % saa pysyviä oireita tai kuolee. Oireet ovat hermostollisia ja niihin voivat kuulua mm. vapina, hallusinaatiot ja kooma.

## Lähteet
*
*

### Viitteet

## Aiheesta muualla