Na + /K + -pumppu vaikuttaa välittäjäaineiden reseptoreihin eli niiden tiheyteen ja herkkyyteen välittäjäaineelle, ja näitä vaikutuksia tarkastellaan seuraavaksi.
ACh-reseptorit ACh:n nisäkkäiden ACh:n reseptorit jaetaan nikotiinisiin ja muskariinisiin reseptoreihin. Nämä reseptorit voidaan jakaa edelleen alatyyppeihin eli M1-M5-muskariinireseptoreihin (Caulfield ja Birdsall 1998) ja 16 nikotiinireseptorin alatyyppiin eli α1-α9, β1-β4, yksi γ, yksi δ, yksi ε (Lukas ym. 1999). Nilviäisissä Aplysiassa tunnistettiin alun perin toiminnallisesti kolme ACh-reseptoria: nopean kiihdyttävän vasteen reseptori, nopean estävän vasteen reseptori ja hitaan estävän vasteen reseptori (Kehoe 1972). Kaksi nopean vasteen reseptoria ovat nikotiinisia, mutta hitaalla inhiboivan vasteen reseptorilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, ja se aktivoituu vain ACh:n, karbamyylikoliinin ja arekoliinin vaikutuksesta. Pinsker ja Kandel (1969) ehdottivat, että kolinerginen Aplysia-interneuroni, L10, aktivoi seuraaja-neuronin, ei kuitenkaan kalvon johtokyvyn muutoksen kautta, vaan aktivoimalla elektrogeenisen Na+/K+-pumpun. Osoitettiin kuitenkin, että ainakin osa tästä postsynaptisesta vasteesta johtui K+ -läpäisevyyden lisääntymisestä (Kehoe ja Ascher 1970). Vuonna 1980 Arvanov ja Ayrapetyan julkaisivat artikkelin ouabainin masentavasta vaikutuksesta Helix-neuronien ACh:n aiheuttaman virran amplitudiin. Tämä oli tärkeä havainto, ja se käynnisti tutkimukset hermovälittäjäainejärjestelmien aktiivisuuden säätelystä Na+/K+-pumpun avulla.
Koska nisäkkäiden aivoista on löydetty endogeenisten ouabaiinin kaltaisten yhdisteiden fraktioita, endobaiineja (Rodriguez De Lores Arnaiz ym. 1998), ei voida sulkea pois sitä mahdollisuutta, että näitä yhdisteitä esiintyy myös selkärangattomissa ja että ne säätelevät jatkuvasti välittäjäaineiden reseptoreja pumppujen aktiivisuuden muutosten kautta selkärangattomien hermojärjestelmissä. Endobaiinin määrän lisääntyminen voi tukahduttaa pumpun aktiivisuutta ja siten vähentää Na+/K+-ATPaasin helpottavaa vaikutusta kolinergisen järjestelmän aktiivisuuteen, mikä voisi olla tilanne myös selkärangattomilla. Yksityiskohtaista tietoa endogeenisen ouabaiinin ja Na+/K+-pumpun vuorovaikutuksen kehittymisestä saa Blausteinin (2018) erinomaisesta katsauksesta.
Seuraavassa yksityiskohtaisemmassa artikkelissa (Ayrapetyan ym. 1985) analysoitiin Na+/K+-pumpun aktiivisuuden ja kalvojen kemosensitiivisyyden välistä korrelaatiota Helix-neuronien solunsisäisen dialyysin avulla. Vaikutukset ACh:n ja GABA:n aiheuttamiin kalvovirtoihin sekä 3H-α-bungarotoksiinin (3H-α-BT) ja 3H-GABA:n sitoutumiseen Helix-ganglioissa analysoitiin pumpun aktiivisuuden ja solunsisäisen ATP:n muutosten jälkeen. Altistaminen joko solunulkoiselle 100 µM ouabainille tai kaliumittomalle liuokselle tukahdutti ACh:n aiheuttaman virran A-tyypin dialysoiduissa neuroneissa. Solunsisäisen ATP-tason nousu johti ACh-virran heikkenemiseen ja ouabaiinin näitä virtoja estävän vaikutuksen häviämiseen. Solunsisäisellä ADP:llä oli samanlainen mutta vähemmän merkittävä vaikutus ACh:n aiheuttamiin virtauksiin, kun taas solunsisäinen AMP oli tehoton. Tätä solunsisäisen ATP:n vaikutusta ACh-virtaan vaimensi kalvon fosforylaation estäjä dinitrofenoli. Ayrapetyan ym. (1985) ehdottavat, että kalvojen fosforylaatio vähentää kalvoreseptorien affiniteettia ACh:lle ja GABA:lle.
3H-α-BT:n ja 3H-GABA:n sitoutumista kalvoihin estivät sekä ouabaiinia sisältävät että kaliumittomat liuokset, samoin kuin teofylliini ja NaF, jotka molemmat lisäävät solunsisäisen ATP:n määrää. Nämä tulokset osoittavat, että Na+/K+-pumppu moduloi kalvoreseptorien affiniteettia ACh:lle ja GABA:lle. Se, että tämä oli samanlaista kuin fosforylaation modulaattoreilla havaitut vaikutukset, viittaa siihen, että pumpun aktiivisuuden vaikutukset välittyvät reseptorien fosforyloidusta tilasta.
Myöhemmässä artikkelissa Arvanov et al. (1992b) osoittivat, että ouabaiini tukahdutti selektiivisesti Helix A-tyypin hermosolujen vasteet ACh:lle, jotka johtuivat kalvojen läpäisevyyden selektiivisestä lisääntymisestä kloridille. Tämä ouabaiinin vaikutus välittyy cAMP-tasojen nousulla. Sitä vastoin ouabaiini ei vaikuttanut Helix B-tyypin neuronin vasteisiin, jotka johtuivat pääasiassa monovalenttisen kationin läpäisevyyden lisääntymisestä. Cl- vasteiden estoon ei liittynyt muutosta vasteen käänteispotentiaalissa. Arvanov ym. (1992a) päättelivät, että ouabaiinin vaikutus ei liittynyt suoraan ACh-reseptorin desensitointiin. Artikkelista voidaan päätellä, että ouabaiinin vaikutusten suuruus Helixiin voi liittyä cAMP-tason nousuun ja vastaavasti ACh-reseptorin fosforylaatioon A-tyypin neuroneissa ja reseptorin fosforylaation puuttumiseen B-tyypin neuroneissa.
Seuraavassa tutkimuksessa Grigorian et al. (2001) löysivät H. pomatian samasta neuronista ouabaiinille herkkiä A-tyypin muskariinireseptoreita ja ouabaiinille epäherkkiä B-tyypin nikotiinireseptoreita. Jommankumman A- tai B-tyypin reseptorin aktiivisuus voi riippua neuronin fysiologisesta tilasta, joka puolestaan voi riippua reseptorin fosforylaatiotilasta ja/tai endogeenisen ouabaiinin kaltaisen yhdisteen aktiivisuustasosta.
Kaksi aivokuoren liukoista fraktiota, jotka on nimetty piikeiksi I ja II ja jotka vastaavasti stimuloivat ja inhiboivat neuronaalista Na+/K+-ATPaasiaktiivisuutta, on eristetty geelisuodattamalla Sephadex G-50:ssä (Rodriguez De Lores Arnaiz ym. 1997, 1998, 1999). Koska aiemmat tutkimukset viittasivat kolinergisen siirtymisen ja Na+/K+-ATPaasiaktiivisuuden väliseen korrelaatioon, Rodriguez De Lores Arnaiz ym. (1999) testasivat näiden piikkien vaikutuksia muskariiniantagonistin kinuklidinyylibentsilaatin sitoutumiseen näihin kalvoihin. Kirjoittajat havaitsivat, että sitoutumista lisäsi huippu I ja vähensi huippu II, II-E (II:n puhdistettu fraktio) ja ouabaiini, ja nämä vaikutukset olivat pitoisuusriippuvaisia. Nämä tulokset ovat samankaltaisia kuin synaptosomaalisten kalvojen Na+/K+-ATPaasilla saadut tulokset, joten kirjoittajat päättelivät, että molemmat järjestelmät toimivat samalla tavalla. Pumpun stimulointi aktivoi nikotiinisia ja muskariinisia kolinergisiä reseptoreita, ja tämän entsyymin aktiivisuuden estäminen aiheuttaa päinvastaisen vaikutuksen.
Tämä johtopäätös tukee ajatusta siitä, että Na+/K+-pumpun endogeenisia modulaattoreita on olemassa ja että ne voivat fysiologisesti säädellä pumppua, joka voi epäsuorasti määritellä signalointia moduloimalla muita välittäjäainereseptoreita.
Tutkimukset, jotka koskevat C. elegansin nielu- ja ruumiinseinämälihaksia ja Na+/K+-pumppua, sisältyvät myös tähän jaksoon, koska molemmat lihakset saavat kolinergistä innervaatiota (Chiang ym. 2006; Rand ym. 2000; Richmond ja Jorgensen 1999). eat-6 koodaa Na+/K+-ATPaasin α-alayksikön ortologia C. elegansissa (Davis ym. 1995). eat-6-mutanttien nielusupistusten ominaisuudet eroavat villityypistä siten, että ne ovat heikompia, hitaampia ja niiden rentoutuminen viivästyy. Solunsisäiset rekisteröinnit eat-6-mutanttien terminaalisista bulbus-lihassäikeistä osoittavat, että MP on johdonmukaisesti depolarisoitunut ja toimintapotentiaalien (AP) amplitudi pienentynyt. Davis ym. ehdottavat, että vähentyneen Na+/K+-pumpun aktiivisuuden vuoksi ionigradientit lihassyiden poikki ovat pienentyneet. Nieluhermoston ablaation jälkeen eat-6-fenotyyppi säilyy, mikä viittaa siihen, että EAT-6:lla on vaikutuskohta lihassyissä. Mielenkiintoista on, että 20 µM ouabainin antaminen villityypin C. elegansin leikattuihin nieluihin aiheutti elektrofaryngeogrammin (EPG) relaksaation R-transientin suuren vähenemisen. Nämä EPG:t ovat samanlaisia kuin eat-6-mutaatioista saadut EPG:t. Tämä ouabaiinin vaikutus voitiin kumota pesun jälkeen. Suuremmat ouabaiinipitoisuudet (35-40 µM) aiheuttivat lihasten hyperkontraktiota, mikä vaikutus havaittiin myös eat-6-mutaatioilla.
Näitä eat-6-mutaatioilla tehtyjä tutkimuksia ovat laajentaneet Doi ja Iwasaki (2008), jotka havaitsivat, että EAT-6:n mutaatiot vaikuttivat ACh:n synaptiseen tehokkuuteen muuttamalla nAChR:ien ilmentymistä ja lokalisaatiota C. elegansin hermo-muskulaarisessa liitoksessa. On ehdotettu, että Na+/K+-pumpulla voi olla uusi rooli telineproteiinina, joka auttaa luomaan jäykän reseptoriklusterin juuri presynaptisen vapautumiskohdan alapuolelle. Nämä EAT-6 Na+/K+-ATPaasin vaikutukset säätelevät kolinergistä synaptista siirtoa pumpun aktiivisuudesta riippumatta. Doi ja Iwasaki tutkivat myös Na+/K+-ATPaasin β-alayksikön, NKB-1:n, joka on laajimmin ekspressoitunut kolmesta NKB β-alayksiköstä C. elegansissa, lokalisaatiota. NKB-1-proteiini sitoutuu fyysisesti EAT-6:een, ja nKB-1-mutantit osoittivat samanlaisia puutteita kuin eat-6-mutantit, mukaan lukien puutteet pumppaamisessa. Tämä viittaa siihen, että EAT-6 ja NKB-1 muodostavat toimivan Na+/K+-ATPaasin in vivo. Doi ja Iwasaki keskustelevat mahdollisista mekanismeista, joilla Na+/K+-ATPaasi voisi indusoida nAChR-klusteroitumista. Na+/K+-ATPaasi voi esimerkiksi muokata nAChR:n kulkua Src-tyrosiinikinaasin aktivoinnin/inaktivoinnin kautta. On osoitettu, että Src:n sitoutuminen Na+/K+-ATPaasiin voi muodostaa toiminnallisen signaalikompleksin (Tian ym. 2006). On myös mahdollista, että eat-6-mutanttien postsynaptisten kolinergisten reseptorien määrä voi olla lisääntynyt. Doi ja Iwasaki (2008) havaitsivat myös, että eat-6-mutanttien levamisoli- ja nikotiinireseptoreiden ilmentyminen ja lokalisoituminen rungon seinämälihaksen liittymäkohdassa oli erilaista. Myös herkkyys ACh-agonisteille oli lisääntynyt eat-6-mutaatioissa.
Etanoli voi aiheuttaa C. elegansin hyperkontraktiota aktivoimalla uuden, kolinergiseen rungon seinämälihaksen reseptoriin liittyvän α-alayksikön (Hawkins ym. 2015). Tämä hyperkontraktio voi palautua 40 minuutin kuluttua etanolin jatkuvasta läsnäolosta huolimatta, mikä osoittaa etanolin sietokykyä. Kirjoittajat osoittivat yhteyden tämän kolinergisen signaloinnin, Na+/K+-ATPaasin ja etanolin sietokyvyn välillä. Esimerkiksi EAT-6:n epätavallinen mutaatio, eat-6 (eg200), ei kehittänyt toleranssia etanolin aiheuttamalle hyperkontraktiolle, mikä viittaa siihen, että Na+/K+-ATPaasin toimintaa tarvitaan etanolin toleranssin kehittymiselle C. elegansissa.
Glutamaattireseptorit Glutamaatti on tärkein eksitatorinen synaptinen lähettimenä nisäkkäiden aivoissa, ja se toimii lähettimenä myös selkärangattomissa eli selkärangattomissa eläimissä (Walker et al. 1996). Molekyylibiologisten menetelmien käytön ansiosta 1990-luvulla glutamaattireseptorit jaettiin ionotrooppisiin (iGlu) ja metabotrooppisiin (mGlu) reseptoreihin (Mosharova 2001). NMDA-, AMPA- ja kainaattireseptoreita kutsutaan ionotrooppisiksi (eli ionikanaviksi) reseptoreiksi. Kaikkia muita reseptoreita kutsutaan metabotrooppisiksi (mGluR), ja ne säätelevät ionikanavia ja entsyymejä, jotka tuottavat sekundaarisia sanansaattajia spesifisten G-proteiineihin kytkettyjen reseptorien kautta. MGluR-reseptoreita on kahdeksan, ja ne on jaettu kolmeen ryhmään, I, II ja III, riippuen niiden aminohapposekvenssien ja vaikutustavan säilyvyydestä (Pin ja Duvoison 1995). AMPARit välittävät valtaosan nopeasta eksitatorisesta synaptisesta transmissiosta (Trussell ym. 1994), kun taas NMDAReilla on tärkeä rooli synaptisen tehokkuuden moduloinnissa, synaptisen plastisuuden synnyttämisessä (Hunt ja Castillo 2012).
AMPARit ovat heterotetrameereja, jotka koostuvat neljän GluA1-4-alayksikön erilaisista kombinaatioista, joista yleisimpiä ovat reseptorit, jotka sisältävät GluA1/GluA2- tai GluAR2/GluA3-reseptoreita. NMDAR:t koostuvat GluN1-alayksiköistä ja vähintään yhdestä GluN2-alayksiköstä neljästä GluN2-alatyypistä, GluN2A-2D. AMPAR ja NMDAR yhteislokalisoituvat postsynaptisella alueella suurella tiheydellä, todennäköisesti stabiloituna ja säädeltynä, vuorovaikutuksessa sytosolisten telineproteiinien kanssa (Traynelis ym. 2010).
AMPARit ovat ensisijaisesti natriumkanavia. Sen sijaan NMDARit sallivat sekä natriumin että kalsiumin sisäänpääsyn, ja jälkimmäisellä on tärkeä rooli synaptisessa plastisuudessa, koska kalsium laukaisee erilaisia alempana olevia signalointitapahtumia.
NMDAReilla on tärkeä rooli eksitatorisessa tiedonsiirrossa, plastisuudessa ja eksitotoksisuudessa aivoissa (Zhang ym. 2012a). Niiden aktivaatio lisää pitkäaikaista potentiaatiota ja vähentää pitkäaikaista masennusta Schafferin kollateraali-CA1-synapseissa hippokampuksessa. NMDA-reseptori on samanaikaisesti potentiaaliriippuvainen ja ligandiriippuvainen ionikanava, joka välittää selektiivisesti positiivisesti varattuja ioneja. Suurin osa ionivirrasta koostuu kalsium- ja natriumioneista, jotka kulkevat soluun ja vapauttavat kaliumioneja solusta. NMDA-reseptori koostuu neljästä alayksiköstä, kahdesta NR1-luokan ja kahdesta NR2-luokan alayksiköstä. Myöhemmin tunnistettiin kolmas NMDA-reseptorin alayksikkö, NR3, jota ovat tarkastelleet Low ja Wee (2010).
Rotan aivoista on eristetty endogeeninen Na+/K+-ATPaasin estäjä, endobaiini E (fraktio IIE), jolla on useita ominaisuuksia ouabaiinin kanssa. Endobaiinilla on neurotoksisia ominaisuuksia, jotka johtuvat Na+/K+-ATPaasin estämisestä, mikä johtaa NMDAR-aktivoitumiseen, mikä tukee käsitystä, että Na+- ja K+-ionien solunsisäiset pitoisuudet voivat moduloida NMDAR-toimintaa (Reines ym. 2001, 2004). Endobaiini E:n vaikutus NMDA-reseptorin alayksiköiden ilmentymiseen rotan aivokuoren ja hippokampuksen kalvoilla analysoitiin Western blot -menetelmällä (Bersier ym. 2008). Kaksi päivää 10 µl endobaiinin (1 μl per 28 mg kudosta) antamisen jälkeen NR1-alayksikön ilmentyminen kasvoi viisinkertaiseksi aivokuoressa ja 2,5-kertaiseksi hippokampuksessa. NR2A-, NR2B- ja NR2D-alayksiköiden ilmentyminen lisääntyi molemmilla aivoalueilla. NR2C-alayksikön ilmentymiseen ei ollut vaikutusta kummallakaan alueella. Nämä tulokset osoittavat, että endobaiini E muuttaa NMDA-reseptorin alayksiköiden ilmentymistä eri tavoin.
Nisäkkäiden aivokuorella tapahtuvaan eksitatoriseen synaptiseen siirtoon liittyy AMPAR:ien aktivoituminen ja Na+:n pääsy soluun, joka on poistettava Na+/K+-ATPaasin aktivoitumisen kautta. On järkevää olettaa, että näiden reseptorien ja Na+/K+-ATPaasin välillä on ristikkäisvaikutuksia. Mielenkiintoista on, että on osoitettu, että Na+/K+-ATPaasia on runsaasti synaptisissa paikoissa ja se on yhteislokalisoitunut AMPAR:ien kanssa (Zhang ym. 2009). Nämä kirjoittajat ehdottavat vuorovaikutusta Na+/K+-ATPaasi α1-alayksikön ja GluR2-alayksiköiden solunsisäisen C-terminaalin välillä. Na+/K+-ATPaasin eston jälkeen tapahtuu AMPARien nopea internalisaatio ja proteasomaalivälitteinen hajoaminen sekä AMPA-välitteisen synaptisen siirtymisen tukahduttaminen. Tämä viittaa siihen, että Na+/K+-ATPaasi säätelee AMPAReja homeostaattisesti. Ehdotetaan, että Na+/K+-ATPaasin inaktiivisuuden aiheuttama solunsisäinen Na+-kertymä johtaa Na+-kanavien poistumiseen solun pinnalta. Ouabainin aiheuttama AMPAR:n hajoaminen lakkaa proteasomin estäjien läsnäollessa. On mahdollista, että endogeeniset Na+/K+-ATPaasi-inhibiittorit moduloivat tätä hajoamisreittiä. Tällä tavoin pumpulla saattaa olla tärkeä tehtävä AMPAR:n synaptisen jakautumisen ja siirron säätelyssä, jotka ovat plastisuuden olennaisia komponentteja (Man 2012). Näitä voivat olla esimerkiksi endogeeninen ouabaiini, endobaiini ja agriini (Hilgenberg ym. 2006; Schoner 2000, 2002). Na+/K+-ATPaasi voi siis säädellä AMPAR:n vaihtuvuutta, synaptista voimakkuutta ja aivojen toimintaa. Na+/K+-ATPaasin toimintahäiriö hypoksiaa, iskemiaa ja aivohalvausta seuranneena on merkittävä varhainen patologinen vaste (Zhang ym. 2009).
Na+/K+-ATPaasilla ja NMDAReilla on tärkeä rooli oppimisen ja muistin säätelyssä hippokampuksessa (Zhang ym. 2012a), joista edellinen toimii ionin kuljettajana ja jälkimmäinen ionikanavina. Nämä kirjoittajat käyttivät dihydro-ouabainia tutkiakseen sen vaikutuksia NMDA-virtoihin rotan hippokampuksen CA1-neuroneissa. Dihydro-ouabaiini (10-1000 µM) lisäsi näitä NMDA-virtoja, mutta ei proteiinikinaasi A:n tai C:n aktivaation kautta. Src-tyrosiinikinaasin ja mitogeeni-aktivoitujen proteiinikinaasien (MARK) kaskadin selektiiviset estäjät estivät kuitenkin dihydro-ouabaiinin aiheuttamat NMDA-virrat. Zhang et al. (2012a) päättelivät, että Src välittää Na+/K+-ATPaasin ja NMDAR:ien välistä ristikkäisviestintää Na+/K+-ATPaasin signaalien välittämiseksi MARK-kaskadille.
NMDA-reseptorien aktivointi muuttaa solunsisäisiä Na+- ja K+-pitoisuuksia, jotka Na+/K+-ATPaasi myöhemmin palauttaa. On havaittu, että NMDA-reseptori ja Na+/K+-ATPaasi ovat vuorovaikutuksessa keskenään, ja tämä vuorovaikutus osoitettiin molemmille hermosoluissa ilmentyville Na+/K+-ATPaasin α-alayksikön isomuodoille (α1 ja α3) (Akkuratov ym. 2015). Western blotting -menetelmää käyttäen nämä kirjoittajat osoittivat, että rotan pikkuaivojen primaariviljelmän pitkäaikainen altistaminen nanomolaarisille ouabaiinipitoisuuksille johtaa NMDAR-alayksiköiden NR1 ja NR2B tasojen laskuun, joka todennäköisesti välittyy Na+/K+-ATPaasin α3-alayksikön kautta. Tämä eroaa aiemmasta työstä, jossa endobaiini E:n injektio johti NMDAR-ekspression lisääntymiseen aivokuoressa ja hippokampuksessa (Bersier ym. 2008). Kirjoittajat arvelevat, että tämä ero voisi johtua aivojen alueen erosta tai endobaiini E:n ja ouabaiinin vaikutustavan erosta. Na+/K+-ATPaasin α1-alayksikön entsymaattisen aktiivisuuden vähenemistä havaittiin myös NMDAR-aktivoinnin jälkeen. Tämä vaikutus välittyy solunsisäisen Ca2+:n lisääntymisestä. Na+/K+-ATPaasi ja NMDAR voivat siis olla toiminnallisessa vuorovaikutuksessa muodostamalla makromolekyylikompleksin, joka voi olla tärkeä ionitasapainon palauttamisessa hermosolujen herätyksen jälkeen (Akkuratov ym. 2015). Lisäksi NMDAR:n toimintaa voidaan säädellä endogeenisilla ouabaiinin kaltaisilla yhdisteillä.
Ouabaiinin myrkyllisyysvaikutukset Solujen Na+/K+-ATPaasin inaktivointi pikkuaivojen neuro-gliasoluviljelmissä 1 mM ouabaiinilla johtaa glutamaatin (Glu) kertymiseen, glutamaattireseptoreiden hyperstimulaatioon, korkeampaan Ca2+ :n ja Na+ :n sisäänvirtaukseen soluihin Glu:n aktivoimien kanavien välityksellä (Stelmashook ym. 1999). Tämä prosessi johtaa solujen turpoamiseen, mitokondrioiden energiattomuuteen ja jyvässolujen kuolemaan. NMDAR-antagonistin lisääminen ouabainin kanssa esti kuitenkin nämä vasteet. Kirjoittajat esittävät, että Na+/K+-ATPaasiaktiivisuuden lasku neuroneissa voi vaikuttaa kroonisten neurologisten häiriöiden syntyyn.
Na+/K+-ATPaasin useilla alfa-isoformeilla, joilla on erilainen herkkyys ouabaiinille, voi olla erilaisia signalointitoimintoja. Rotan neuronaalisen Na+/K+-ATPaasin alfa-3-isomuodon estäminen pienellä (100 nM) ouabaiinipitoisuudella johti MAP-kinaasikaskadin aktivoitumiseen PKC:n ja PIP3-kinaasin kautta. Toisin kuin ouabaiinille herkkä Na+/K+-ATPaasin alfa3-isomuoto, ouabaiinille vastustuskykyinen Na+/K+-ATPaasin alfa1-isomuoto (esto 1 mM ouabaiinilla) säätelee MAP-kinaasia Src-kinaasista riippuvien reaktioiden kautta. Käyttämällä Annexin V-FITC -apoptoositestiä niiden solujen määrittämiseksi, joilla on varhaisia apoptoottisia piirteitä, voimme päätellä, että alfa3-isomuoto stimuloi ja alfa1 tukahduttaa apoptoottista prosessia pikkuaivojen hermosoluissa. Nämä tiedot ovat ensimmäinen osoitus, joka osoittaa ouabaiinille vastustuskykyisten (alfa-1) ja ouabaiinille herkkien (alfa-3) Na+/K+-ATPaasi-isomuotojen osallistumisen erilaisiin signaalireitteihin hermosoluissa (Karpova ym. 2010a, b).
Glutamaattireseptorit selkärangattomissa Glutamatergisen transmissiokyvyn tärkeä rooli kaikissa selkärangattomien luokissa tuo esiin väylän, jota pitkin Na+ /K+-pumppu saattaisi vaikuttaa glutationiseen transmissiokykyyn. Tällä lähettimellä on tärkeä rooli niveljalkaisten NMJ:ssä. Lisäksi se on keskeinen tekijä keskushermostossa muissa tärkeimmissä selkärangattomien luokissa (Walker ym. 1996). Näihin tärkeisiin tehtäviin osallistuvat sekä homologiset ionotrooppiset että metabotrooppiset glutamaattireseptorit. Glutamaattireseptorien ja korkeampien käyttäytymismuotojen välillä on läheinen yhteys eri heimoissa (ks. katsaus Robbins ja Murphy 2006). Tästä huolimatta tähän mennessä ei ole kuvattu selkärangattomia glutamaattireseptoreita, joita Na+/K+-pumppu moduloi. Glutamaatti ja muut kuin NMDA-glutamaattiagonistit depolarisoivat kuitenkin iilimato- ja Retzius-soluja, mikä muuttaa solunsisäistä Na+-aktiivisuutta ja indusoi jälkihyperpolarisaatiota (Dorner ym. 1994). Tämä after-hyperpolarisaatio estyy 100 µM ouabainilla ja kun ulkoinen natrium korvataan osittain litiumilla. Nämä kokeet osoittavat, että glutamaatin ja muiden kuin NMDA-glutamaattiagonistien suorat vaikutukset voivat aktivoida Na+/K+-pumpun.
GABA-reseptorit Nisäkkäiden GABAR-reseptorit luokitellaan GABAA-, GABABAB- ja GABAC-reseptoreihin (Olsen 2018). GABAA- ja GABAC-reseptorit ovat ionotrooppisia, kun taas GABAB-reseptorit ovat metabotrooppisia. Na+/K+-ATPaasin ja GABARien välisestä vuorovaikutuksesta on suhteellisen vähän kirjallisuutta. Tutkimukset, joissa käytettiin rotan aivojen RNA:ta injektoituna Xenopusin oosyytteihin, osoittivat ouabainin vaikutuksen GABA-reseptoreihin (Arvanov 1990; Arvanov ja Usherwood 1991). Neljä-kymmenen päivää injektion jälkeen munasolut reagoivat 1-100 µM:n GABA-, L-kainaatti- ja L-glutamaattisovelluksiin. Kaikki kolme yhdistettä aiheuttivat sisäänpäin suuntautuvia virtoja. Ouabaiinia sisältävässä suolaliuoksessa vasteet GABA:lle, L-kainaatille ja L-glutamaatille lisääntyivät vastaavasti 80-120 %, 20-30 % ja 20-40 % sekä follikuloituneissa että defollikuloituneissa munasoluissa. Näiden agonistin aiheuttamien virtojen käänteispotentiaalit eivät muuttuneet ouabainin läsnäollessa. 100 µM ouabaiini lisäsi myös munasolujen painoa ja tilavuutta. Kirjoittajat ehdottivat, että lisäämällä munasolujen tilavuutta ouabaiini kasvattaa reseptoreita sisältävän munasolukalvon pinta-alaa, joka on eksogeenisesti annettujen agonistien käytettävissä. Tämä viittaa siihen, että ouabaiinin vaikutus on suora. Na+/K+-ATPaasin keskeinen rooli Cl-virtojen moduloinnissa (ks. edellä) tarkoittaa, että on mahdollista, että tämä vaikutus saattaa moduloida tätä tärkeää inhibitoristen reseptorien luokkaa.
Dopamiinireseptorit (DAR) Na+/K+-ATPaasi osallistuu DAR:ien säätelyyn. DAR:t voivat olla vuorovaikutuksessa erilaisten molekyylien kanssa, joita kutsutaan kollektiivisesti dopamiinireseptoreiden vuorovaikutusproteiineiksi (dopamine receptor interacting proteins, DRIPs), jotka paitsi säätelevät reseptorin signalointia, myös edistävät reseptorien kulkeutumista ja stabiilisuutta sekä DAR-signalointikompleksin muodostumista soluissa (Kabbani ja Levenson 2007). Bertorello ym. (1990) toimittivat todisteita siitä, että dopamiini estää D1- ja D2-reseptoreihin kohdistuvan synergistisen vaikutuksen kautta eristettyjen striatoneuronien Na+/K+-ATPaasiaktiivisuutta. Tämä johtaa MP:n ohimenevään depolarisaatioon, jolloin solunsisäinen Na+ nousee. Nisäkkäiden DAR-reseptorit jaetaan kahteen perheeseen eli D1- ja D2-reseptoreihin. D1-perheeseen kuuluvat D1- ja D5-alatyypit, jotka ovat kytkeytyneet heterotrimeeriseen G-proteiiniin GS ja säätelevät positiivisesti adenyylisyklaasin aktiivisuutta. D2-perheen alatyypit D2, D3 ja D4 kytkeytyvät inhiboiviin GI/O-proteiineihin ja vähentävät adenyylisyklaasin aktiivisuutta. Dopamiini ja muut katekoliamiinit moduloivat Na+/K+-ATPaasiaktiivisuutta kahdella mekanismilla, eli suoralla vaikutuksella entsyymiin ja toiseksi katekoliamiinireseptoreihin, mutta PKC- ja PKA-reittien avulla. Jälkimmäiset aktivoivat Na+/K+-ATPaasia stimuloimalla PKC- ja PKA-reittejä tietyissä kudoksissa (Therien ja Blostein 2000). Dopamiinin sitoutuminen neostriataalisten neuronien D1 DAR-reseptoreihin estää Na+/K+-ATPaasiaktiivisuutta, kun taas dopamiinin sitoutuminen D2 DAR-reseptoreihin aktivoi natriumkanavia, mikä lisää solunsisäistä natriumia ja aktivoi Na+/K+-ATPaasia (Aizman ym. 2000). Käyttämällä koimmunoprecipitaatiota ja massaspektrometriaa osoitettiin, että D1- ja D2-DAR:t ovat kompleksissa Na + / K + -ATPaasin kanssa (Hazelwood et ai. 2008). Nämä kirjoittajat tekivät biologisia kokeita, joissa Na+/K+-ATPaasia ja DAR:eja ekspressoitiin yhdessä HEK293T-soluissa, tutkiakseen Na+/K+-ATPaasin vaikutusta DAR:n toimintaan. Joko D1- tai D2-DAR:ien transfektio HEK293T-soluihin johti Na+/K+-ATPaasi α1:n aktiivisuuden selvään vähenemiseen ilman, että entsyymin proteiinipitoisuudet muuttuivat. DAR:t pystyvät vähentämään Na+/K+-ATPaasin toimintaa ilman dopamiinia ja ilman entsyymitasojen muutosta. Tämä antaa lisää näyttöä vuorovaikutuksessa olevan kompleksin merkityksestä. Näiden kahden proteiinin yhteisekspressio signaalikompleksissa (termi kuvaamaan reseptorikompleksia, joka koostuu erilaisista proteiinien vuorovaikutussuhteista, ks. Hazelwood et al. 2010) johti toistensa toiminnan vastavuoroiseen vaimentamiseen. Tämä työ osoittaa, että DAR:ien ja Na+/K+-ATPaasin α1-alayksikön välinen vuorovaikutus johtaa molempien proteiinien välisen toiminnan vastavuoroiseen modulaatioon sekä ligandien läsnä ollessa että niiden puuttuessa, mikä tarjoaa uudenlaisen valvontamekanismin DAR-signaalien välittämiselle ja ionitasapainolle solussa.
DAR:t osallistuvat hiiren striataalisen Na+/K+-ATPaasiaktiivisuuden sopeutumiseen opioidireseptoreiden aktivoitua morfiinin vaikutuksesta (Wu et ai. 2007). In vivo lyhytaikainen morfiinihoito stimuloi Na + / K + -ATPaasiaktiivisuutta ja tämä stimulaatio estettiin D2R-antagonistilla, kun taas pitkäaikainen morfiinihoito estää Na + / K + -ATPaasia ja tämä esto estettiin D1R-antagonistilla. CAMP-riippuvainen proteiinikinaasi A osallistui Na+/K+-ATPaasiaktiivisuuden säätelyyn morfiinin vaikutuksesta.
Selkärangattomien DAR-vuorovaikutus Na+/K+-ATPaasin kanssa Selkärangattomien dopamiinisignaalien monimutkaisuus selkärangattomilla on hyvin todettu, ja kaikki tärkeimmät heimot ilmentävät nisäkkäiden dopamiinisignaalien DARS:ien homologeja (Walker ym. 1996; Troppmann ym. 2014). Esimerkkinä voidaan mainita Na+/K+-ATPaasin ja dopamiinireseptorien välinen vuorovaikutus punkin, Ixodes scapularis, acinarisoluissa (Kim ym. 2016). Dopamiinin indusoima sylkirauhasen eritys estyi ouabainilla (10 µM), joka esti nesteen kuljetuksen tyypin III acinoissa. Kim ym. (2016) viittaavat siihen, että D1-reseptorin välittämän solunsisäisen signaloinnin kohteena sylkirauhasen eritykselle on muun muassa Na+/K+-ATPaasi. Tämän toiminnallisen vuorovaikutuksen perusta on vielä selvittämättä. Toimiiko se nisäkkäiden kohdalla kuvattujen suorien proteiinivuorovaikutusten avulla vai siirtämällä ionigradientteja, joita solun normaali toiminta edellyttää? Näyttö tällaisista vuorovaikutuksista selkärangattomien hermostossa puuttuu.
Serotoniini- (5-hydroksitryptamiini) reseptorit (5-HTR:t) 5-HTR:t luokitellaan G-proteiiniin kytkettyihin reseptoreihin (GPCR:t) ja ligandi-ohjattuihin ionikanaviin, ja ne välittävät sekä eksitatorisia että inhiboivia vaikutuksia (Hoyer ym. 1994). GPCR:iä on ainakin kuusi, nimittäin 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, jotka voidaan jakaa alatyyppeihin, ja yksi ligandi-ohjattu Na+- ja K+-kationikanava, 5-HT3. 5-HT moduloi Na+ / K+-ATPaasiaktiivisuutta rotan hippokampuksen CA1-pyramidineuroneissa (Zhang et ai. 2012b). Tämä inhibitio tapahtuu 5-HT3R:ien kautta, sillä sitä vähensi 5-HT3R-antagonisti mutta ei 5-HT1R-antagonisti. Lisäksi 5-HT3R-agonisti jäljitteli 5-HT:n vaikutusta. 5-HT-agonistit voivat muuttaa Na+/K+-ATPaasiaktiivisuutta rottien aivokuoressa päivästä 21 alkaen (Hernández 1982), ja tämä vaikutus estyy 5-HT-antagonisteilla. Indusoidun 5-HT-reseptoriyliherkkyyden tilan jälkeen Na+/K+-ATPaasin vaste 5-HT-agonisteille voimistui. Kirjoittaja päätteli, että 5-HT-reseptoriyliherkkyys rotan aivoissa liittyy Na+/K+-ATPaasiin.
5-HT toimii lähettimenä kaikissa suurissa heimoissa (Walker ym. 1996). 5-HTR:n ja Na+/K+-pumpun välisestä vuorovaikutuksesta on kuitenkin vain vähän näyttöä. Na+:n ruiskuttaminen iilimaton, H. medicinalis, T-aistineuroneihin johtaa siihen, että MP muuttuu negatiivisemmaksi Na+/K+-ATPaasin aktivoitumisen vuoksi (Catarsi ja Brunelli 1991). Tämä negatiivisuuden lisääntyminen estyy 5-HT:llä, joka estää suoraan Na+/K+-pumpun toimintaa T-soluissa cAMP:n kautta (Catarsi ym. 1993). T-solujen reseptiivisen kentän toistuva stimulaatio saa aikaan T-soluissa lisääntyneen jälkihyperpolarisaation (AHP), joka johtuu pääasiassa lisääntyneestä Na+/K+-ATPaasiaktiivisuudesta (Scuri ym. 2002). AHP:tä vähentää 5-HT tai Na+/K+-pumpun esto, joka voi helpottaa toimintapotentiaalin johtumista synaptisissa päätepisteissä ja olla tärkeä lyhytaikaisen plastisuuden kannalta (Scuri ym. 2007). Na+/K+-pumpun estäminen 10 nM dihydro-ouabainin injektion jälkeen johtaa nopeampaan uintikäyttäytymiseen, mikä viittaa pumpun rooliin iilimatojen uinnin fysiologiassa. 5-HT:n ja Na+/K+-pumpun välistä vuorovaikutusta molekyylitasolla iilimatolla ei kuitenkaan tunneta.