Na+/K+-pumpen påvirker neurotransmitterreceptorer, dvs. deres tæthed og følsomhed over for deres transmitter, og disse virkninger vil nu blive gennemgået.

ACh-receptorer Pattedyrs receptorer for ACh er opdelt i nikotiniske og muscariniske receptorer. Disse receptorer kan yderligere opdeles i undertyper, nemlig M1-M5 muskarinreceptorer (Caulfield og Birdsall 1998) og 16 nikotinreceptorsubtyper, nemlig α1-α9, β1-β4, en γ, en δ, en ε (Lukas et al. 1999). Hos bløddyr blev tre ACh-receptorer oprindeligt identificeret funktionelt i Aplysia, som en hurtig excitatorisk responsreceptor, en hurtig inhibitorisk responsreceptor og en langsom inhibitorisk responsreceptor (Kehoe 1972). De to hurtige responsreceptorer er nikotiniske, men den langsomme inhibitoriske responsreceptor har unikke egenskaber og aktiveres kun af ACh, carbamylcholin og arecolin. Pinsker og Kandel (1969) foreslog, at et cholinergisk Aplysia-interneuron, L10, aktiverede et følgereneuron, ikke gennem en ændring i membrankonduktansen, men gennem aktivering af en elektrogen Na+/K+-pumpe. Det blev imidlertid vist, at i det mindste en del af dette postsynaptiske respons skyldtes en stigning i K+ permeabiliteten (Kehoe og Ascher 1970). I 1980 offentliggjorde Arvanov og Ayrapetyan en artikel om den depressive virkning af ouabain på amplituden af den ACh-inducerede strøm i Helix-neuroner. Dette var en vigtig observation og indledte undersøgelser af reguleringen af aktiviteten af neurotransmittersystemer ved Na+/K+-pumpen.

Da der er fundet fraktioner af endogene ouabainlignende forbindelser, endobainer, i pattedyrhjernen (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1998), er det umuligt at udelukke, at disse forbindelser også forekommer i hvirvelløse dyr og løbende regulerer transmitterreceptorer gennem ændringer i pumpens aktivitet i hvirvelløse dyrs nervesystemer. En stigning i endobainniveauet kan undertrykke pumpens aktivitet og dermed reducere Na+/K+-ATPasens fremmende virkning på aktiviteten af det kolinerge system, hvilket også kunne være tilfældet hos hvirvelløse dyr. For detaljerede oplysninger om udviklingen af endogene ouabain-Na+/K+-pumpens interaktioner henvises læseren til den fremragende gennemgang af Blaustein (2018).

I en efterfølgende mere detaljeret artikel (Ayrapetyan et al. 1985) blev sammenhængen mellem Na+/K+-pumpens aktivitet og membranens kemosensitivitet analyseret ved hjælp af intracellulær dialyse af Helix-neuroner. Virkningerne på ACh- og GABA-inducerede membranstrømme og 3H-α-bungarotoxin (3H-α-BT) og 3H-GABA-binding i Helix-ganglier blev analyseret efter ændringer i pumpeaktivitet og intracellulær ATP. Eksponering for enten ekstracellulær 100 µM ouabain eller en kaliumfri opløsning undertrykte den ACh-inducerede strøm i dialyserede neuroner af A-typen. En forøgelse af det intracellulære ATP-niveau førte til en nedgang i ACh-strømmen og til, at ouabain’s blokerende virkning på disse strømme forsvandt. Intracellulært ADP havde en lignende, men mindre signifikant virkning på de ACh-fremkaldte strømme, mens intracellulært AMP var ineffektivt. Denne virkning af intracellulær ATP på ACh-strømmen blev undertrykt af dinitrophenol, en inhibitor af membranfosforylering. Ayrapetyan et al. (1985) foreslår, at membranfosforylering nedsætter membranreceptorernes affinitet for ACh og GABA.

Bindingen af 3H-α-BT og 3H-GABA til membraner blev hæmmet af både ouabainholdige og kaliumfrie opløsninger og af theophyllin og NaF, der begge øger niveauet af intracellulært ATP. Disse resultater viser, at Na+/K+-pumpen modulerer affiniteten af membranreceptorer for ACh og GABA. Det faktum, at dette lignede de virkninger, der blev set af modulatorer af fosforylering, tyder på, at virkningerne af pumpeaktivitet formidles af den fosforylerede tilstand af deres receptorer.

I en senere artikel viste Arvanov et al. (1992b), at ouabain selektivt undertrykte Helix A-type neuronresponser på ACh, som skyldtes den selektive stigning i membranpermeabiliteten for chlorid. Denne virkning af ouabain er medieret af en stigning i cAMP-niveauet. I modsætning hertil blev reaktioner fra Helix B-type neuroner, der hovedsagelig skyldes en stigning i monovalent kationisk permeabilitet, ikke påvirket af ouabain. Blokering af Cl- responser var ikke forbundet med en ændring i responsens reverseringspotentiale. Arvanov et al. (1992a) konkluderede, at virkningen af ouabain ikke var direkte relateret til desensibilisering af ACh-receptoren. Det kan ud fra artiklen konkluderes, at størrelsen af virkningerne af ouabain på Helix kan være relateret til en stigning i niveauet af cAMP og henholdsvis fosforylering af ACh-receptoren i neuroner af type A og fraværet af fosforylering af receptoren i neuroner af type B.

I en efterfølgende undersøgelse fandt Grigorian et al. (2001) ouabain-følsomme muscarinreceptorer af A-typen og ouabain-usynlige nikotinreceptorer af B-typen på den samme neuron i H. pomatia. Aktiviteten af enten A- eller B-type receptoren kunne afhænge af neuronets fysiologiske tilstand, som igen kunne afhænge af receptorens fosforyleringstilstand og/eller aktivitetsniveauet af et endogent ouabainlignende stof.

To cerebrale cortex-opløselige fraktioner, kaldet peaks I og II, som henholdsvis stimulerer og hæmmer neuronal Na+/K++-ATPase-aktivitet, er blevet isoleret ved gelfiltrering i Sephadex G-50 (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1997, 1998, 1999). Da tidligere undersøgelser tydede på en sammenhæng mellem kolinerg transmission og Na+/K++-ATPase-aktivitet, testede Rodriguez De Lores Arnaiz et al. (1999) virkningerne af disse toppe på bindingen af den muscariniske antagonist quinuclidinylbenzilat til disse membraner. Forfatterne fandt, at bindingen blev forøget af top I og mindsket af top II, II-E (en renset fraktion af II) og af ouabain, idet disse virkninger var koncentrationsafhængige. Disse resultater svarer til dem, der blev fundet ved brug af synaptosomal Na+/K+-ATPase i synaptosomale membraner, og forfatterne konkluderede derfor, at begge systemer fungerede på samme måde. Stimulering af pumpen aktiverer nikotiniske og muscariniske kolinerge receptorer, og hæmning af aktiviteten af dette enzym forårsager den modsatte effekt.

Denne konklusion understøtter ideen om, at der findes endogene modulatorer af Na+/K+-pumpen, som kan regulere pumpen fysiologisk, der indirekte kan definere signalering ved at modulere andre neurotransmitterreceptorer.

Studier, der involverer pharyngeal- og kropsvægsmusklen hos C. elegans og Na+/K+-pumpen, er også medtaget i dette afsnit, da begge muskler modtager kolinerge innervation (Chiang et al. 2006; Rand et al. 2000; Richmond og Jorgensen 1999). eat-6 koder for en ortolog af α-underenheden af Na+/K+-ATPase i C. elegans (Davis et al. 1995). Egenskaberne ved pharyngeale kontraktioner hos eat-6 mutanter adskiller sig fra wild type ved at de er svagere, langsommere og deres afslapning forsinket. Intracellulære optagelser fra terminale bulb muskelfibre fra eat-6 mutanter viser, at MP konsekvent er depolariseret og at aktionspotentialerne (AP’erne) er reduceret i amplitude. Davis et al. foreslår, at på grund af nedsat Na+/K+-pumpeaktivitet er iongradienterne på tværs af muskelfibrene reduceret. Efter ablation af det pharyngeale nervesystem fortsætter eat-6-fænotypen, hvilket tyder på, at EAT-6 har et virkningssted i muskelfibrene. Interessant nok forårsagede påføring af 20 µM ouabain på dissekerede pharynxer af wild-type C. elegans en stor reduktion i relaxations-R-transienten i elektropharyngeogrammet (EPG). Disse EPG’er svarer til dem, der er opnået fra eat-6 mutanter. Denne virkning af ouabain kunne vendes efter vask. Højere koncentrationer af ouabain (35-40 µM) fik musklerne til at hyperkontraktere, en effekt, der også blev observeret i eat-6 mutanter.

Disse undersøgelser med eat-6 mutanter er blevet udvidet af Doi og Iwasaki (2008), som fandt, at mutationer i EAT-6 påvirkede ACh synaptisk effektivitet ved at ændre ekspression og lokalisering af nAChRs ved C. elegans neuromuskulære krydsning. Det foreslås, at Na+/K+-pumpen kan have en ny rolle som et stilladserende protein, der hjælper med at etablere en stiv receptorklynge lige under det præsynaptiske frigørelsessted. Disse virkninger af EAT-6 Na+/K+-ATPase regulerer den kolinerge synaptiske transmission uafhængigt af pumpeaktivitet. Doi og Iwasaki undersøgte også lokaliseringen af Na+/K++-ATPase β-underenheden, NKB-1, som er den mest udbredte af de tre NKB β-underenheder i C. elegans. NKB-1-protein binder fysisk til EAT-6, og nkb-1-mutanter viste mangler svarende til eat-6-mutanter, herunder defekter i pumpning. Dette tyder på, at EAT-6 og NKB-1 danner en funktionel Na+/K+-ATPase in vivo. Doi og Iwasaki diskuterer mulige mekanismer, hvorved Na+/K++-ATPase kan fremkalde nAChR-gruppering. Na+/K+-ATPase kan f.eks. modulere nAChR-trafikering gennem aktivering/inaktivering af Src-tyrosinkinase. Det er blevet vist, at binding af Src til Na+/K++-ATPase kan danne et funktionelt signaleringskompleks (Tian et al. 2006). Det er også muligt, at antallet af postsynaptiske kolinerge receptorer hos eat-6-mutanter kan være øget. Doi og Iwasaki (2008) fandt også, at levamisol- og nikotinreceptorer hos eat-6-mutanter var differentielt påvirket i deres ekspression og lokalisering i kropsvæggens muskelknudepunkt. Følsomheden over for ACh-agonister var også øget i eat-6 mutanter.

Ethanol kan forårsage hyperkontraktion af C. elegans gennem aktivering af en ny α-underenhed associeret med den kolinerge kropsvægsmuskelreceptor (Hawkins et al. 2015). Denne hyperkontraktion kan vende efter 40 min. på trods af den fortsatte tilstedeværelse af ethanol, hvilket indikerer ethanoltolerance. Forfatterne etablerede en forbindelse mellem denne kolinerge signalering, Na+/K+-ATPase og ethanoltolerance. For eksempel kunne en usædvanlig mutation i EAT-6, eat-6 (eg200), ikke udvikle tolerance over for ethanolinduceret hyperkontraktion, hvilket tyder på, at Na+/K+-ATPase-funktionen er nødvendig for udviklingen af ethanoltolerance hos C. elegans.

Glutamatreceptorer Glutamat er den vigtigste excitatoriske synaptiske transmitter i pattedyrhjernen og fungerer som en transmitter hos hvirvelløse dyr (Walker et al. 1996). I 1990’erne blev de takket være brugen af molekylærbiologiske metoder til undersøgelse af glutamatreceptorer opdelt i ionotropiske (iGlu) og metabotropiske (mGlu) (Mosharova 2001). NMDA-, AMPA- og kainatreceptorer betegnes som ionotrope (dvs. ionkanal)-receptorer. Alle de andre receptorer betegnes metabotrope (mGluR’er) og regulerer ionkanaler og enzymer, der producerer sekundære budbringere via specifikke receptorer koblet til G-proteiner. Der findes otte mGluR’er, som er opdelt i tre grupper, I, II og III, afhængigt af graden af bevarelse af deres aminosyresekvenser og virkemåde (Pin og Duvoison 1995). AMPAR’er medierer langt størstedelen af den hurtige excitatoriske synaptiske transmission (Trussell et al. 1994), mens NMDAR’er spiller en afgørende rolle i moduleringen af den synaptiske effektivitet og genererer synaptisk plasticitet (Hunt og Castillo 2012).

AMPAR’er er heterotetramere, der er sammensat af forskellige kombinationer af fire underenheder GluA1-4, hvoraf de mest almindelige er receptorer, der indeholder GluA1/GluA2 eller GluAR2/GluA3. NMDAR’er er sammensat af GluN1-underenheder og mindst én GluN2-underenhed ud af fire GluN2-undertyper, GluN2A-2D. AMPAR og NMDAR samlokaliseres ved det postsynaptiske domæne ved en høj tæthed, sandsynligvis stabiliseret og reguleret, ved interaktion med cytosoliske scaffoldingproteiner (Traynelis et al. 2010).

AMPARs er primært natriumkanaler. Til sammenligning tillader NMDAR’er indgang for både natrium og calcium, hvor sidstnævnte spiller en vigtig rolle i synaptisk plasticitet, da calcium udløser en række nedstrøms signalbegivenheder.

NMDAR’er spiller en vigtig rolle i excitatorisk transmission, plasticitet og excitotoksicitet i hjernen (Zhang et al. 2012a). Deres aktivering forbedrer langtidspotentiering og reducerer langtidsdepression ved Schaffer collateral-CA1-synapser i hippocampus. NMDA-receptoren er samtidig en potentialafhængig og ligandafhængig ionkanal, der selektivt overfører positivt ladede ioner. Hovedparten af ionstrømmen består af calcium- og natriumioner, der passerer ind i cellen og frigiver kaliumioner fra cellen. NMDA-receptoren består af fire underenheder, to af NR1-klassen og to af NR2-klassen. En tredje NMDA-receptorunderenhed, NR3, er efterfølgende blevet identificeret og er blevet gennemgået af Low og Wee (2010).

En endogen Na+/K+-ATPase-hæmmer, endobain E (fraktion IIE), er blevet isoleret fra rottehjerne og har flere egenskaber til fælles med ouabain. Endobain besidder neurotoksiske egenskaber, der kan tilskrives Na+/K+-ATPase-hæmning, hvilket fører til NMDAR-aktivering, hvilket understøtter det koncept, at intracellulære koncentrationer af Na+- og K+-ioner kan modulere NMDAR-funktionen (Reines et al. 2001, 2004). Effekten af endobain E på ekspressionen af NMDA-receptorunderenheder i membraner fra hjernebark og hippocampus hos rotter blev analyseret ved hjælp af Western Blot (Bersier et al. 2008). To dage efter indgivelse af 10 µl endobain (1 μl pr. 28 mg væv) steg ekspressionen af NR1-underenheder fem gange og 2,5 gange i henholdsvis hjernebarken og hippocampus. NR2A-, NR2B- og NR2D-underenhedsekspressionen steg i begge hjerneområder. Ekspressionen af NR2C-underenheden var upåvirket i begge områder. Disse resultater tyder på, at endobain E differentielt ændrer ekspressionen af NMDA-receptorunderenheder.

Excitatorisk synaptisk transmission i pattedyrs cortex indebærer aktivering af AMPAR’er og indgang af Na+ i cellen, som skal fjernes via aktivering af Na+/K+-ATPase. Det er rimeligt at antage, at der eksisterer en crosstalk mellem disse receptorer og Na+/K+-ATPase. Interessant nok er det blevet vist, at Na+/K+-ATPase er rigeligt forekommende på synaptiske steder og er samlokaliseret med AMPAR’er (Zhang et al. 2009). Disse forfattere foreslår en interaktion mellem Na+/K+-ATPase α1-underenheden og den intracellulære C-terminale del af GluR2-underenhederne. Efter Na+/K+-ATPase-hæmning sker der en hurtig internalisering og proteasomal-medieret nedbrydning af AMPAR’er og undertrykkelse af AMPA-medieret synaptisk transmission. Dette tyder på en homeostatisk regulering af AMPAR’er af Na+/K+-ATPase. Det foreslås, at den intracellulære Na+-akkumulering forårsaget af Na+/K+-ATPase-inaktivitet fører til en fjernelse af Na+-kanaler i celleoverfladen. Ouabain-induceret AMPAR-nedbrydning ophæves ved tilstedeværelse af proteasomhæmmere. Det er muligt, at denne nedbrydningsvej moduleres af endogene Na+/K+-ATPase-hæmmere. På denne måde kan pumpen muligvis spille en vigtig funktion for at regulere AMPAR synaptisk distribution og transmission, som er væsentlige komponenter i plasticitet (Man 2012). Disse kan omfatte endogent ouabain, endobain og agrin (Hilgenberg et al. 2006; Schoner 2000, 2002). Na+/K+-ATPase kan således regulere AMPAR-omsætningen, den synaptiske styrke og hjernefunktionen. Na+/K+-ATPase-dysfunktion efter hypoxi, iskæmi og slagtilfælde er en vigtig tidlig patologisk reaktion (Zhang et al. 2009).

Na+/K+-ATPase og NMDAR’er spiller vigtige roller i reguleringen af indlæring og hukommelse i hippocampus (Zhang et al. 2012a), idet førstnævnte fungerer som en iontransportør og sidstnævnte som ionkanaler. Disse forfattere brugte dihydro-ouabain til at undersøge dets virkninger på NMDA-strømme i rotte hippocampale CA1-neuroner. Dihydro-ouabain (10-1000 µM) øgede disse NMDA-strømme, men ikke gennem aktivering af proteinkinase A eller C. Selektive inhibitorer af Src tyrosinkinase og mitogen-aktiverede proteinkinaser (MARK)-kaskaden blokerede imidlertid dihydro-ouabain-inducerede NMDA-strømme. Zhang et al. (2012a) konkluderede (2012a), at Src medierer crosstalk mellem Na+/K+-ATPase og NMDAR’er for at overføre signalerne fra Na+/K+-ATPase til MARK-kaskaden.

Aktivering af NMDA-receptorer ændrer de intracellulære koncentrationer af Na+ og K+, som efterfølgende genoprettes af Na+/K+-ATPase. Det blev observeret, at NMDA-receptor og Na+/K+-ATPase interagerer med hinanden, og denne interaktion blev vist for begge isoformer af α-underenheden (α1 og α3) af Na+/K+-ATPase, der udtrykkes i neuroner (Akkuratov et al. 2015). Ved hjælp af Western Blotting viste disse forfattere, at langvarig eksponering af primærkulturen af rottecerebellære neuroner for nanomolære koncentrationer af ouabain fører til et fald i niveauerne af NMDAR-underenhederne NR1 og NR2B, som sandsynligvis medieres af α3-underenheden af Na+/K+-ATPase. Dette adskiller sig fra tidligere arbejde, hvor endobain E-injektion resulterede i øget NMDAR-ekspression i hjernebarken og hippocampus (Bersier et al. 2008). Forfatterne spekulerer i, at denne forskel kan skyldes en forskel i hjerneområdet eller en forskel mellem virkemåden for endobain E og ouabain. Der blev også observeret et fald i den enzymatiske aktivitet af α1-underenheden af Na+/K+-ATPase efter NMDAR-aktivering. Denne virkning er medieret af en stigning i intracellulær Ca2+. Na+/K+-ATPase og NMDAR kan således interagere funktionelt ved at danne et makromolekylært kompleks, som kan være vigtigt for genoprettelse af ionbalancen efter neuronal excitation (Akkuratov et al. 2015). Desuden kan NMDAR-funktionen reguleres af endogene ouabainlignende forbindelser.

Toksicitetsvirkninger af ouabain Cellulær Na+/K+-ATPase-inaktivering i neuro-gliale cellekulturer af cerebellum med 1 mM ouabain fører til glutamat (Glu)-akkumulering, hyperstimulering af glutamatreceptorer, højere Ca2+- og Na+-indstrømninger i cellerne gennem Glu-aktiverede kanaler (Stelmashook et al. 1999). Denne proces fører til celleopsvulmning, mitokondriel de-energisering og død af granulecellerne. Tilsætning af en NMDAR-antagonist med ouabain forhindrede imidlertid disse reaktioner. Forfatterne foreslår, at et fald i Na+/K++-ATPase-aktiviteten i neuroner kan bidrage til udbruddet af kroniske neurologiske lidelser.

Flere alfa-isoformer af Na+/K+-ATPase, der besidder forskellig følsomhed over for ouabain, kan have forskellige signalfunktioner. Hæmning af rotte neuronal Na+/K++-ATPase alfa-3 isoform ved lav (100 nM) ouabain koncentration førte til aktivering af MAP kinase kaskade via PKC og PIP3 kinase. I modsætning til den ouabain-følsomme alfa3-isoform af Na+/K++-ATPase regulerer en ouabain-resistent alfa1-isoform (hæmning med 1 mM ouabain) af Na+/K+-ATPase MAP-kinase via Src-kinase-afhængige reaktioner. Ved hjælp af en Annexin V-FITC apoptotisk test til bestemmelse af celler med tidlige apoptotiske træk kan vi konkludere, at alfa3 isoform stimulerer og alfa1 undertrykker apoptotiske processer i cerebellumneuroner. Disse data er den første demonstration, der viser, at ouabain-resistente (alfa-1) og ouabain-følsomme (alfa-3) Na+/K+-ATPase isoformer deltager i forskellige signalveje i neuronale celler (Karpova et al. 2010a, b).

Glutamatreceptorer i hvirvelløse dyr Den vigtige rolle, som glutamatergisk transmission spiller på tværs af hvirvelløse dyrs klasser, fremhæver en rute, hvor Na+/K+-pumpen kan påvirke glutamatergisk transmission. Denne transmitter spiller en vigtig rolle ved leddyrenes NMJ. Desuden er den en afgørende faktor i centralnervesystemet i andre større klasser af hvirvelløse dyr (Walker et al. 1996). Disse vigtige roller involverer både homologe ionotrope og metabotrope glutamatreceptorer. Der er et tæt forhold mellem glutamatreceptorer og højere former for adfærd på tværs af fylaer (se oversigt Robbins og Murphy 2006). På trods heraf er der til dato ikke beskrevet nogen glutamatreceptorer hos hvirvelløse dyr, som moduleres af Na+/K+-pumpen. Glutamat- og ikke-NMDA-glutamatagonister depolariserer imidlertid glial- og Retziusceller fra igler, idet de ændrer den intracellulære Na+-aktivitet og inducerer en efter-hyperpolarisering (Dorner et al. 1994). Denne efter-hyperpolarisering blokeres af 100 µM ouabain og når ekstern natrium delvist erstattes med lithium. Disse eksperimenter viser, at direkte virkninger af glutamat og ikke-NMDA-glutamatagonister kan aktivere en Na+/K+-pumpe.

GABA-receptorer Pattedyrs GABARs er klassificeret i GABAA-, GABABAB- og GABAC-receptorer (Olsen 2018). GABAA- og GABAC-receptorer er ionotrope, mens GABABAB-receptorer er metabotrope. Der er relativt lidt litteratur om interaktionen mellem Na+/K+-ATPase og GABARs. Undersøgelser ved hjælp af RNA fra rottehjerne injiceret i Xenopus oocytter viste effekten af ouabain på GABA-receptorer (Arvanov 1990; Arvanov og Usherwood 1991). Fire til ti dage efter injektionen reagerede oocyterne på applikationer af 1-100 µM, GABA, L-kainat og L-glutamat. Alle tre forbindelser fremkaldte indadgående strømme. I ouabainholdig saltvand blev responserne på GABA, L-kainat og L-glutamat forøget med henholdsvis 80-120 %, 20-30 % og 20-40 % i både folliculerede og defolliculerede oocytter. Omvendingspotentialerne for disse agonistinducerede strømme ændrede sig ikke i tilstedeværelsen af ouabain. 100 µM ouabain øgede også oocytvægten og -volumen. Forfatterne foreslog, at ouabain ved at øge oocytvolumenet øger arealet af oocytmembranen med receptorer, som er tilgængeligt for eksogent påførte agonister. Dette tyder på, at ouabain har en direkte virkning. Na+/K++-ATPasens centrale rolle i modulering af Cl- fluxer (se ovenfor) betyder, at det er muligt, at denne virkning kan modulere denne vigtige klasse af hæmmende receptorer.

Dopaminreceptorer (DAR’er) Na+/K+-ATPase er involveret i reguleringen af DAR’er. DAR’er kan interagere med en række molekyler, der kollektivt betegnes dopaminreceptorinteragerende proteiner, DRIP’er, som ikke blot regulerer receptorsignalering, men også bidrager til receptortrafikken og -stabiliteten og dannelsen af DAR-signalkomplekset i cellerne (Kabbani og Levenson 2007). Bertorello et al. (1990) gav beviser for, at dopamin gennem en synergistisk virkning på D1- og D2-receptorer hæmmer Na+/K+-ATPase-aktiviteten i isolerede striatal-neuroner. Dette fører til en forbigående depolarisering af MP med en stigning i intracellulær Na+. Pattedyrs DAR’er er opdelt i to familier, nemlig D1 og D2. D1-familien indeholder D1- og D5-subtyperne, der er koblet til det heterotrimeriske G-protein GS og positivt regulerer adenylylcyklaseaktiviteten. D2-familien, dvs. D2, D3, D3 og D4, er koblet til hæmmende GI/O-proteiner og reducerer adenylylcyklaseaktiviteten. Dopamin og andre katekolaminer modulerer Na+/K++-ATPase-aktiviteten gennem to mekanismer, nemlig en direkte virkning på enzymet og for det andet på katekolaminreceptorer, men med inddragelse af PKC- og PKA-veje. Sidstnævnte aktiverer Na+/K++-ATPase gennem stimulering af PKC- og PKA-veje i specifikke væv (Therien og Blostein 2000). Dopaminbinding til neostriatale neuronale D1 DAR’er hæmmer Na+/K+-ATPase-aktiviteten, mens dopaminbinding til D2 DAR’er aktiverer natriumkanaler, hvilket øger den intracellulære natriummængde og aktiverer Na+/K+-ATPase (Aizman et al. 2000). Ved hjælp af co-immunoprecipitation og massespektrometri blev det vist, at D1- og D2 DAR’er eksisterer i et kompleks med Na+/K+-ATPase (Hazelwood et al. 2008). Disse forfattere foretog biologiske forsøg med Na+/K++-ATPase og DAR’er, der er co-eksprimeret i HEK293T-celler for at undersøge Na+/K+-ATPases indvirkning på DAR-funktionen. Transfektion af enten D1- eller D2-DAR’er i HEK293T-celler resulterede i et markant fald i Na+/K+-ATPase α1-aktivitet uden ændring i enzymproteinniveauer. DAR’er er i stand til at reducere Na+/K++-ATPase-funktionen i fravær af dopamin og uden en ændring i enzymniveauerne. Dette giver yderligere beviser til støtte for betydningen af et interagerende kompleks. Samekspression af de to proteiner i et signalplex (et udtryk til beskrivelse af et receptorkompleks, der består af en række proteininteraktioner, se Hazelwood et al. 2010) resulterede i gensidig dæmpning af hinandens funktion. Dette arbejde viser, at interaktion mellem DAR’er og α1-underenheden af Na+/K+-ATPase resulterer i gensidig modulering af funktionen mellem de to proteiner, både i tilstedeværelse og fravær af ligander, hvilket giver en ny kontrolmekanisme for DAR-signalering og ionbalance i cellen.

DAR’er er involveret i tilpasningen af musestriatal Na+/K+-ATPase-aktivitet efter aktivering af opioidreceptorer med morfin (Wu et al. 2007). In vivo kortvarig morfinbehandling stimulerede Na+/K++-ATPase-aktivitet, og denne stimulering blev hæmmet af en D2R-antagonist, mens langvarig morfinbehandling hæmmer Na+/K++-ATPase, og denne hæmning blev hæmmet af en D1R-antagonist. En cAMP-afhængig proteinkinase A var involveret i reguleringen af Na+/K+-ATPase-aktivitet ved morfin.

Invertebrate DAR-interaktion med Na+/K+-ATPase Kompleksiteten af dopaminsignalering i hvirvelløse dyr er veletableret, og alle de større fylaer udtrykker homologer af pattedyrs DARS (Walker et al. 1996; Troppmann et al. 2014). Et eksempel er interaktionen mellem Na+/K++-ATPase og dopaminreceptorer i acinarceller hos flåt, Ixodes scapularis (Kim et al. 2016). Dopamin-induceret spytkirtelsekretion blev hæmmet af ouabain (10 µM), som blokerede væsketransport i type III acini. Kim et al. (2016) foreslår, at målet for den D1-receptormedierede intracellulære signalering for spytkirtelsekretion omfatter Na+/K+-ATPase. Grundlaget for denne funktionelle interaktion skal stadig belyses. Virker den ved hjælp af den slags direkte proteininteraktioner, der er beskrevet for pattedyr, eller ved at forskyde de ioniske gradienter, der er nødvendige for normal cellefunktion? Der mangler beviser for sådanne interaktioner i hvirvelløse dyrs nervesystem.

Serotonin (5-hydroxytryptamin)-receptorer (5-HTR’er) 5-HTR’er klassificeres i G-protein-koblede receptorer (GPCR’er) og ligand-gated ionkanaler og medierer både excitatoriske og inhiberende virkninger (Hoyer et al. 1994). Der findes mindst seks GPCR’er, nemlig 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, som kan opdeles i undertyper, og en ligand-gated Na+- og K+-kationkanal, 5-HT3. 5-HT modulerer Na+/K++-ATPase-aktiviteten i CA1-pyramidale neuroner i rottehippocampus (Zhang et al. 2012b). Denne hæmning sker gennem 5-HT3R’er, da den blev reduceret af en 5-HT3R-antagonist, men ikke af en 5-HT1R-antagonist. Desuden efterlignede en 5-HT3R-agonist virkningen af 5-HT. 5-HT-agonister kan ændre Na+/K+-ATPase-aktiviteten i hjernebarken hos rotter fra dag 21 og fremefter (Hernández 1982), og denne virkning blokeres af 5-HT-antagonister. Efter en tilstand af induceret 5-HT-receptoroverfølsomhed blev Na+/K+-ATPaseresponset på 5-HT-agonister forstærket. Forfatteren konkluderede, at 5-HT-receptorfølsomhed i rottehjernen involverer Na+/K++-ATPase.

5-HT virker som en transmitter i alle de store stamceller (Walker et al. 1996). Der er imidlertid kun få beviser for interaktioner mellem 5-HTR’er og Na+/K+-pumpen. Injektion af Na+ i igle, H. medicinalis, T-sensoriske neuroner resulterer i, at MP bliver mere negativ på grund af aktivering af Na+/K+-ATPase (Catarsi og Brunelli 1991). Denne stigning i negativitet blokeres af 5-HT, som direkte hæmmer Na+/K+-pumpens aktivitet i T-celler via cAMP (Catarsi et al. 1993). Gentagen stimulering af T-cellers receptive felt inducerer en øget efter-hyperpolarisering (AHP) i T-celler, som hovedsagelig skyldes øget Na+/K++-ATPase-aktivitet (Scuri et al. 2002). AHP reduceres af 5-HT eller hæmning af Na+/K+-pumpen, som kan lette aktionspotentialets ledelse i synaptiske terminaler og være vigtig for korttidsplasticitet (Scuri et al. 2007). Inhibering af Na+/K+-pumpen efter injektion af 10 nM dihydro-ouabain resulterer i en hurtigere svømmeadfærd, hvilket tyder på, at pumpen spiller en rolle i svømmefysiologien hos iglen. Interaktionen mellem 5-HT og Na+/K+-pumpen på molekylært niveau i iglen er imidlertid ikke kendt.