1.4.1 Серотонин и его функции и метаболизм

1. 4. 1 Серотонин и его функции и метаболизм

Природным биолигандом для СТ-системы является серотонин, или 5-гидрокситриптамин (5-hydroxytriptamine, 5-Ht). Он выделяется нейронами синапса СТ-системы в синаптическую щель. В щели серотонин частично инактивируется, а частично захватывается обратно пресинаптическим окончанием.

Серотонин (5-Ht) (рисунок 3) является важным нейротрансмиттером, обнаруженным в нейронах, которые распространяются в различные области центральной нервной системы, он является одним из самых универсальных биолигандов-биорегуляторов широкого спектра действия, осуществляющих хеморегуляцию деятельности клеток организма на разных уровнях и в разных тканях. Функция этого медиатора в последние десятилетия полностью исследована.

Рисунок 3–  Молекулярная структура серотонина (Рычков, 2014)

Более 95% 5-Ht (серотонина) в организме синтезируется в энтерохромаффинных клетках кишечника, а оставшаяся часть синтезируется в ядрах шва головного мозга, нейроэндотелиальных клетках, выстилающих легкое, и в кровяных тельцах (тромбоцитах) (Cooper et al., 2003)

Незаменимая аминокислота триптофан является предшественником 5-HT (серотонина). Поступая с пищей, более 95 % триптофана метаболизируется в печени по киноурениновому пути, становясь недоступным для синтеза серотонина, на который расходуется не более 1 % триптофана. Фермент, опосредующий превращение триптофана в N-формилкиноуренин – триптофан-2, 3-диоксигеназа (TDO), является скорость лимитирующим этапом киноуренинового пути (Myint, 2012). Изменения активности данного фермента существенно влияют на концентрацию триптофана в крови и его доступность для синтеза серотонина.

Синтез серотонина зависит от конкретного действия и лимитирующей стадии фермента ТПГ, который передает гидроксильную группу бензильному кольцу триптофана (рисунок 4). Последующее декарбоксилирование декарбоксилазами аминокислот приводит к образованию 5-Ht.

Рисунок 4– Схема образования серотонина (Рычков, 2014)

Фермент Tph является фактором, ограничивающим скорость биосинтеза нейротрансмиссии 5-Ht, и играет ключевую роль в регулировании  доступности, обмена и функции серотонина. Tph имеет две изоформы: Tph-1, экспрессируемую в периферических тканях, и Tph-2, недавно обнаруженную и экспрессирующуюся преимущественно в головном мозге (Kamrowska, 2007)

Ген Tph-1 расположен на хромосоме 11p15, тогда как ген Tph-2 расположен на хромосоме 12q21. 1. Оба гена имеют несколько полиморфизмов (Booij et al, 2012, Clayden, 2012). Различные исследования показали, что полиморфизмы, влияющие на экспрессию генов Tph-1 и Tph-2, могут приводить к изменению физиологических процессов, связанных с 5-гидрокситриптамином (5-Ht) (Mann et al, 2008, Koller, 2005).

Изначально триптофан под действием фермента триптофангидроксилазы получает ОН-группу по 5-положению в основном индольном фрагменте, превращаясь в 5-гидрокситриптофан (5-Htp в англоязычных источниках). Затем 5-Нtр путём отщепления –СООН группы декарбоксилазой ароматических аминокислот превращается в собственно серотонин.

Дальнейший метаболизм серотонина разветвлён и зависит от «ферментного набора» ткани и органа, где соответственно протекает (Squires et al., 2010).

Однако, наибольшую значимость имеет путь, ведущий к мелатонину. Фермент N-ацетилтрансфераза превращает серотонин в N-ацетилсеротонин, а затем 5-гидроксииндол-О-метилтрансфераза превращает ОН-группу в CH3O-, осуществляя таким образом финальную стадию синтеза мелатонина (N-ацетил-5-гидрокситриптамина).

1. 4. 2 Транспортёр серотонина

Особое значение имеет инактивация высвобожденного 5-Нt, где ведущая роль принадлежит транспортеру обратного захвата серотонина – 5-Htt. Транспортёр серотонина - это внутриклеточный белок, являющийся продуктом гена Slc6a4. Он относится к семейству белков-транспортёров моноаминов. Его физиологической функцией является обратный захват и транспорт серотонина из синаптической щели обратно в выделивший его пресинаптический нейрон. Локализованный на пресинаптической мембране серотонинергических нейронов, он выступает регулятором серотонинергической нейропередачи во всем организме, и механизм его действия заключается в поглощении нейротрансмиттера в синапсе (Копытов с соавт., 2012).

Интересно, что многие представляют себе этот белок в качестве свободно находящегося в цитоплазме фермента (вроде моноаминоксидазы), который «цепляет» молекулы серотонина и закачивает их обратно. Такое представление в корне неверно: этот белок заякорен на клеточной мембране, являясь Na/Cl-зависимым транспортёром, переносящим серотонин вместе с ионами натрия внутрь клетки (рисунок 5).

Рисунок 5– Схема движения ионов c помощью переносчика серотонина (Бохан с соавт. 2013)

5-Htt кодируется геном Slc6a4 (англ. solute carrier family 6 member 4), расположенным на 17-й хромосоме в области q11. 1-q12. В ранних исследованиях был найден полиморфизм в промоторной области гена, кодирующего 5-Htt, называемый 5-Httlpr (англ. HTT gene-linked promoter region). 5-Httlpr представлен длинным состоящими из 16 повторов (long, L) и коротким из 14 повторов (short, S) аллелями (Murphy et al., 2004)., различающимися наличием/отсутствием участка из 44 нуклеотидных оснований. Данный полиморфизм (полиморфизм типа «вставка /отсутствие вставки») является функциональным: присутствие длинного аллеля обеспечивает более высокий уровень экспрессии гена и большую интенсивность метаболизма серотонина по сравнению с коротким аллелем, а наличие короткого аллеля локуса 5-Httlpr связано со снижением обратного захвата серотонина, что пролонгирует длительность действия освобожденного серотонина (Копытов с соавт., 2012). Было показано, что S-аллель связан со сниженной экспрессией гена в культуре клеток и с более высокой активностью миндалевидного тела в ответ на эмоциональные стимулы (Dannlowski et al., 2008). Во многих работах показана связь полиморфизма 5-Httlpr с тревожностью, депрессией и биполярным расстройством (Karg et al., 2011), однако только часть исследователей обнаруживает взаимосвязь между серотониновыми транспортерами и тревожностью (Sen et al., 2004), а другие исследователи преимущественно не находят такой взаимосвязи (Schinka et al., 2004).

Дальнейшее изучение гена Slc6a4, кодирующего белок транспортер серотонина, выявило еще один функциональный полиморфизм. Первоначально был найден полиморфный участок 5-Httlpr в промоторной области гена, состоящий из 16 (long, L) или 14 (short, S) повторяющихся элементов, описанный выше. Второй полиморфизм, STin2VNTR, выявлен позже и обусловлен изменением числа тандемных повторов во втором интроне с двумя частыми (10 и 12 повторов) и одним редким (9 повторов) аллелями. Этот полиморфизм выполняет роль аллель-зависимого усилителя экспрессии гена, то есть усиливающий эффект полиморфизма зависит от количества повторов в аллеле, и является разным для аллелей 9, 10 и 12 (Морозова c cоавт., 2013)