**AMPA-reseptorit** (**AMPAR**) ovat tetrameerisiä ionikanaviin kuuluvia eli ionotrooppisia glutamaattireseptoreita (iGluR), jotka läpäisevät yhdenarvoisia kationeja kuten K+ ja Na+, ja jotkin myös Ca2+-kationeja. AMPAR:ien luonnollinen aktivoiva eli agonistinen välittäjäaine on L-glutamaatti. iGluR-ryhmään kuuluvat NMDAR:ät, kainaattireseptorit, ja delta-reseptorit.

Rotan homotetrameerinen GluA2-AMPAR (PDBID: 3KG2), todellinen rakenne.
Ampakiinit ovat AMPAR:ien toimintaa tehostavia positiivisia allosteerisia säätelijöitä.

AMPA.
1970-luvun lopulla löydettyjä AMPAR:iä kutsuttiin aluksi kviskualaattireseptoreiksi, sillä ne havaittiin omaksi iGluR-ryhmäkseen kviskuaalihapon (eng. *quisqualic acid*) avulla. Happo on valikoiva AMPAR-agonisti, ja sen hermostovaikutukset havaittiin ensi kerran 1974. 1980-luvulla reseptorit nimettiin jälleen happoakin valikoivamman AMPA:n mukaan, jonka aktiivinen enantiomeeri on (S)-AMPA. Aine kehitettiin rasemaattina ensi kerran 1981 iboteenihaposta. AMPA:n lyhenne tulee sen englanninkielisestä nimestä: *α-**A**mino-3-hydroxy-5-**M**ethyl-4-isoxazole**P**ropionic **A**cid* – suomeksi tämä on α-amino-3-hydroksi-5-metyyli-isoksatsoli-4-propionihappo.

Rakenne
-------

AMPAR:ät ovat tetrameerejä eli ne koostuvat 4:stä proteiinialayksiköstä. Yksiköt yhtyvät solulimakalvostossa ensin dimeereiksi ja sitten tetrameereiksi. AMPAR:ien alayksikköjä on nisäkkäillä 4 (vanhentuneet nimet suluissa):

* GluA1 (GluR1, GluRA)
* GluA2 (GluR2, GluRB)
* GluA3 (GluR3, GluRC)
* GluA4 (GluR4, GluRD)

Näitä koodaavat vastaavasti ihmisillä geenit *GRIA1, GRIA2, GRIA3* ja *GRIA4*, jotka ovat vastaavasti kromosomien kohdissa 5q31.1, 4q32-q33, Xq25-q26 ja 11q22.

Tetrameerinen AMPAR. Kuvassa (ylhäältä alas): ATD, LBD, TMD ja CTD (merkitsemätön).
Kukin AMPAR:än muodostava alayksikkö jaetaan 4:ään osaan:

1. Solun ulkoinen aminoterminaalidomeeni eli **ATD** (eng. *amino terminal domain*). Simpukkamainen LBD jaetaan vielä R1- ja R2-puolikkaisiin.
2. Solun ulkoinen ligandia sitova domeeni eli **LBD** (eng. *ligand binding domain*). Simpukkamainen LBD jaetaan vielä S1- ja S2-puolikkaisiin, joiden väliin L-glutamaatti (tai jokin muu ligandi) kiinnittyy. Myös nimiä D1 ja D2 käytetään.
3. Solukalvon läpäisevä domeeni eli **TMD** (eng. *transmembrane domain*). TMD jaetaan vielä osiin M1, M2, M3 ja M4. M2:t ovat kääntyneet kanavan sisään ja voivat vuorovaikuttaa sen läpi kulkevien ionien kanssa.
4. Solun sisäinen karboksiterminaalidomeeni eli **CTD** (eng. *carboxy terminal domain*).

### Alayksikköyhdistelmät

GluA2 on aikuisilla ihmisillä yleisin yksikkö. Valtaosa AMPAR:istä on heteromeerisiä eli niissä on keskenään erilaisia alayksikkötyyppejä. Hermoston yleisin heteromeeri on GluA1/2-AMPAR, jossa on 2 kpl GluA1-yksikköjä ja 2 kpl GluA2-yksikköjä. Eri yksikköyhdistelmien ilmeneminen vaihtelee riippuen solutyypistä ja eliön elämänvaiheesta.

### mRNA

Ihmisillä kaikkien AMPAR-alayksikköjen mRNA:n vaihtoehtoinen silmukointi voi tuottaa kustakin flip- tai flop-muodon. Näissä on eriävä 38. aminohapon pätkä TMD:n M4-osan jälkeen solun ulkopuolella. Suurin toiminnallinen ero on se, että flip-yksiköt reagoivat glutamaattiin hitaammin ja heikommin kuin flopit.

Vaihtoehtoinen silmukointi CTD:n sekvenssialueelta mRNA:ssa voi ihmisillä tuottaa GluA2- ja GluA4-yksiköistä pitkän (eng. *long*) tai lyhyen (eng. *short*) muodon. Lyhyitä muotoja kutsutaan vastaavasti nimin GluA2C ja GluA4C.

GluA2:ien mRNA:t voivat ihmisillä läpikäydä tumassa ADAR2-entsyymin toimesta Q/R-muutoksen, joka ilmenee TMD:n M2-osassa. Adenosiini muuntuu entsyymillä oksidatiivisella deaminaatiolla inosiiniksi, joka lukeutuu translaatiossa väärin guanosiinina. Muutos riippuu vain GluA2-mRNA:issa olevasta 10 komplementaarisesta nukleotidisekvenssistä, jonka geneettinen puutos on kuolettavaa. Muutoksessa koodattu glutamiini (Q) muuntuu arginiiniksi (R). Q/R-muutos on mm. aikuisten ihmisten aivosoluissa hyvin yleinen.

Ihmisillä on flip/flop-pätkän lähellä R/G-kohta. ADAR2 voi muuntaa mRNA:ta siten että muodostuvan proteiiniyksikön 764. argiiniini (R) onkin glysiini (G). Muutos voi tapahtua kaikille paitsi GluA1-yksiköille. Mekanismi on sama kuin Q/R-muutoksessa. G-alayksikköiset AMPAR:ät turtuvat ärsykkeille herkemmin, mutta myös palaavat nopeammin ärsykeherkiksi.

### Post-translaatio

Translaation jälkeen alayksikköproteiinit voivat läpikäydä väliaikaisempia rakennemuutoksia. Yksikköjen C-terminaalialueiden tietyt seriini-, treoniini- ja tyrosiinitähteet voivat fosforyloitua. GluA1:n S831 voi fosforyloitua proteiinikinaasi C- ja CaMKII-välitteisesti. S845 voi fosforyloitua proteiinikinaasi A:n toimesta. Fosforylaation vaikutukset vaihtelevat. Esimerkiksi NMDAR:ät pystyvät tehostamaan tai heikentämään AMPAR:ien toimintaa pitkäaikaisesti. Viime kädessä ionivirran lisäys tapahtuu mm. GluA1:n S831 fosforylaation kautta, ja heikennys reseptorin solun sisään ottoon johtavan GluA1:n S845 defosfosrylaation kautta.

Kaikkien ihmisten alayksiköiden M2- ja M4-osien solunsisäisillä alueilla on konservoituneet kysteiinitähteet, joihin voi liittyä palmitaatti. M2:n palmitylaation saa aikaan GODZ-entsyymi (eng. *Golgi-associated palmitoyl transferase*). Kaikissa alayksiköissä on 4–6 solun ulkoista aluetta, joissa olevat aminohapot voivat N-glykosyloitua. Alueet ovat solun ulkopuolella LBD:n S1-alueella ja ATD:ssä.

Aktivointi ja säätely
---------------------

AMPAR:ien luonnollinen agonisti on L-glutamaatti, jonka sitoutumisherkkyys näihin on pienempi kuin esimerkiksi NMDAR:iin. AMPAR:ät aktivoivat ja turtuvat nopeasti agonistien ärsykkeille suhteessa muihin iGluR:iin. Aktivoituessaan AMPAR päästää lävitseen Na+- ja K+-ioneita aiheuttaen depolarisaation. Usein nämä ionit virtaavat vastaavasti sisään ja ulos solusta. Synapsien depolarisaatio kasvaa huippuunsa muutamassa mikrosekunnissa, ja palaa perustilaan millisekunneissa. Kanavat läpäisevät muitakin yksiarvoisia kationeja. Esim. GluA1:n läpäisyherkkyys on K+ ≈ Rb+ > Cs+ > Na+ ≈ Li+.

GluA2-yksiköt määräävät pitkälti AMPAR:än ominaisuudet. Niitä sisältävät AMPAR:ät eivät mm. läpäise Ca2+-ioneita ja niiden kanavavirtaus on suoraan verrannollinen solukalvon jännitteeseen. Taas GluA2-yksikköjä sisältämätön AMPAR läpäisee Ca2+-ioneita – tällaisen kanavan ionivirtaus heikkenee ylitettäessä tietty kalvojännite, sillä tietyt sisäsyntyiset polyamiinit salpaavat kanavaa jänniteriippuvaisesti. pH-arvon kasvu vähentää AMPAR:ien ärsykeherkkyyttä – vaikutus on suurin flop-GluA1-yksiköiden kohdalla.

AMPAR:ien kanssa vuorovaikuttavat eri proteiinit, mutta eivät välttämättä suoraan aktivaatiossa. AMPAR:ien säätelyyn osallistuvat monet PDZ-motiivin sisältävät proteiinit kuten GRIP (*glutamate receptor interacting protein*) ja PICK1 (*protein interacting with C-kinase-1*). Muita proteiineja ovat mm. NSF (*N-ethylamide-sensitive fusion protein*), AP2 (*adaptor protein 2*), SAP97 (*synapse-associated protein 97*), NARP (*neuronal activity-regulated pentraxin*) ja TARP:it (*transmembrane AMPA receptor regulatory proteins*).

Sijainti ja roolit
------------------

AMPAR:ät ovat mm. nisäkkäiden aivoissa välttämättömiä ja pääasiallisia nopeiden solutoimintaa kiihdyttävien hermoviestien välittäjiä. AMPAR:iä löytyy kaikista tunnetuista hermosoluista ja hermotukisoluista, joista ensiksi mainituissa AMPAR:illä on monia postsynaptisia rooleja. Taas presynaptisesti AMPAR:ät mm. säätelevät GABA:n vapautumista korisolujen terminaaleista pikkuaivojen Purkinjen soluille. Hermotukisoluissa AMPAR:ät osallistuvat mm. astrosyyttien glutamaatin välityksen säätelyyn, solun sisäisten kalsiumpitoisuuserojen luomiseen, hermotukisolujen muotoutuvuuteen ja solun ulkoisten ionikoostumuksien säätelyyn.

GluA1:n poisto poistogeenisillä (knockout) hiirillä johtaa niiden työmuistin ja oppimiskyvyn heikkenemiseen, muttei vaikuta niiden elinikään. GLuA2:n poisto aiheuttaa homotsygooteilla hiirillä mm. vajaakasvuisuutta, fyysistä heikkoutta, koordinaatiokyvyn heikkoutta ja varhaisen kuoleman. GluA3:ien poiston vaikutukset ovat vähäiset. GluA2:ien Q/R-muutoskyvyn poistavat mutaatiot aiheuttavat hiirillä epilepsiaa ja kuoleman alle 3:ssa viikossa.

Ligandit
--------

**Kilpailevia agonisteja** (vaikutuskohteet suluissa):

* (S)-5-Fluorowillardiini (AMPAR/KAR)
* (S)-AMPA (AMPAR/KAR)
* Domoiinihappo (AMPAR/KAR)
* L-glutamiinihappo (AMPAR/KAR/NMDAR)
* Kaiinihappo (AMPAR/KAR)
* L-Kviskuaalihappo (AMPAR/KAR)

**Kilpailevia antagonisteja** (vaikutuskohteet suluissa):

* CNQX (AMPAR/KAR/NMDAR:n glysiiniä sitova alue)
* DNQX (AMPAR/KAR/NMDAR:n glysiiniä sitova alue)
* NBQX (AMPAR/KAR)

**Ei-kilpailevia antagonisteja** (vaikutuskohteet suluissa):

* Argiotoksiinit (salpaavat monia polyamiinien säätelemiä reseptoreja: AMPAR/KAR/α7-nACh ym. salpaavat vain AMPAR:iä, joissa ei ole GluA2:ia)
* Filantotoksiini (salpaa monia polyamiinien säätelemiä reseptoreja: AMPAR/KAR/α7-nACh ym. salpaa vain AMPAR:iä, joissa ei ole GluA2:ia)
* GYKI53655 (AMPAR/KAR)
* Jorotoksiini (salpaa monia polyamiinien säätelemiä reseptoreja: AMPAR/KAR/α7-nACh ym. salpaa vain AMPAR:iä, joissa ei ole GluA2:ia)
* SYM2206 (AMPAR)

**Positiivisia allosteerisia säätelijöitä** ovat ampakiinit.

Lähteet
-------

* RW Gereau, GT Swanson: *The glutamate receptors*. Humana Press, 2008. LCCN: 2007941658. ISBN 9781588297921.

### Viitteet

1. ↑  Gereau, s. 1–5
2. 1 2 3 4  Gereau, s. 9–13
3. ↑  Gereau, s. 159
4. 1 2  JC Watkins, DE Jane: The glutamate story.  *British Journal of Pharmacology*, tammikuu 2006, 147. vsk, nro Suppl 1, s. S100–S108. PubMed:16402093. doi:10.1038/sj.bjp.0706444. ISSN 0007-1188. Artikkelin verkkoversio.
5. ↑  H Shinozaki, I Shibuya: A new potent excitant, quisqualic acid: effects on crayfish neuromuscular junction.  *Neuropharmacology*, heinäkuu 1974, 13. vsk, nro 7, s. 665–672. PubMed:4437737. doi:10.1016/0028-3908(74)90056-2. ISSN 0028-3908. Artikkelin verkkoversio.
6. ↑  T Nishikawa et al: Modulation of extracellular d-serine content by calcium permeable AMPA receptors in rat medial prefrontal cortex as revealed by in vivo microdialysis.  *International Journal of Neuropsychopharmacology*, 1.7.2013, 22. vsk, nro 6, s. 1395–1406. doi:10.1017/S1461145712001484. ISSN 1461-1457. Artikkelin verkkoversio.
7. ↑  T Honoré et al: Glutamate and aspartate agonists structurally related to ibotenic acid.  *Molecular and Cellular Biochemistry*, 11.8.1981, 38. vsk, nro Pt 1, s. 123–128. PubMed:6270543. ISSN 0300-8177. Artikkelin verkkoversio.
8. 1 2 3 4 5 6 7 8  SF Traynelis et al: Glutamate Receptor Ion Channels: Structure, Regulation, and Function.  *Pharmacological Reviews*, syyskuu 2010, 62. vsk, nro 3, s. 405–496. PubMed:20716669. doi:10.1124/pr.109.002451. ISSN 0031-6997. Artikkelin verkkoversio.
9. 1 2 3  Gereau, s. 7–9
10. 1 2 3 4  Gereau, s. 5–8
11. 1 2  S Pachernegg et al: GluA2 is rapidly edited at the Q/R site during neural differentiation in vitro.  *Frontiers in Cellular Neuroscience*, 5.3.2015, 9. vsk, nro 69. PubMed:25798088. doi:10.3389/fncel.2015.00069. ISSN 1662-5102. Artikkelin verkkoversio.
12. ↑  Gereau, s. 19–22
13. ↑  Gereau, s. 12–14
14. ↑  Gereau, s. 25–27
15. 1 2 3 4 5  Gereau, s. 22–23
16. ↑  LG Costa et al: Domoic acid as a developmental neurotoxin.  *Neurotoxicology*, syyskuu 2010, 31. vsk, nro 5, s. 409–423. PubMed:20471419. doi:10.1016/j.neuro.2010.05.003. ISSN 0161-813X. Artikkelin verkkoversio.
17. 1 2 3  AM Larsen, L Bunch: Medicinal Chemistry of Competitive Kainate Receptor
Antagonists.  *ACS Chemical Neuroscience*, 10.12.2010, 2. vsk, nro 2, s. 60–74. PubMed:22778857. doi:10.1021/cn1001039. ISSN 1948-7193. Artikkelin verkkoversio.
18. ↑  O Meucci et al: Developmental Regulation of the Toxin Sensitivity of Ca2+ -Permeable AMPA Receptors in Cortical Glia.  *The Journal of neuroscience*, 15.1.1996, 16. vsk, nro 2, s. 519–530. PubMed:8551336. doi:10.1016/0736-5748(96)80260-7. ISSN 0270-6474. Artikkelin verkkoversio.
19. ↑  CJ McBain: The Role of the GluR2 Subunit in AMPA Receptor Function and Synaptic Plasticity.  *Neuron*, 21.6.2007, 54. vsk, nro 6, s. 859–871. PubMed:17582328. doi:10.1016/j.neuron.2007.06.001. ISSN 0896-6273. Artikkelin verkkoversio.
20. ↑  AV Paternain et al: Selective antagonism of AMPA receptors unmasks kainate receptor-mediated responses in hippocampal neurons.  *Neuron*, tammikuu 1995, 14. vsk, nro 1, s. 185–189. PubMed:7826635. doi:10.1016/0896-6273(95)90253-8. ISSN 0896-6273. Artikkelin verkkoversio.