A Na+/K+ -pumpa hatással van a neurotranszmitter-receptorokra, azaz azok sűrűségére és az átvivőre való érzékenységére, és ezeket a hatásokat fogjuk most megvizsgálni.

ACh-receptorok Az ACh-receptorokat az emlősök nikotinos és muszkarinos receptorokra osztják. Ezek a receptorok tovább oszthatók altípusokra, azaz M1-M5 muszkarin receptorokra (Caulfield és Birdsall 1998) és 16 nikotin receptor altípusra, azaz α1-α9, β1-β4, egy γ, egy δ, egy ε (Lukas és mtsai. 1999). A puhatestűekben az Aplysia-ban kezdetben három ACh-receptort azonosítottak funkcionálisan, egy gyors gerjesztő válaszreceptort, egy gyors gátló válaszreceptort és egy lassú gátló válaszreceptort (Kehoe 1972). A két gyors válaszreceptor nikotinikus, de a lassú gátló válaszreceptor egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, és csak ACh, karbamilkolin és arecolin aktiválja. Pinsker és Kandel (1969) azt javasolta, hogy egy kolinerg Aplysia interneuron, az L10 aktiválja a követő neuront, de nem a membrán konduktancia változásán keresztül, hanem egy elektrogenikus Na+/K+-pumpa aktiválásán keresztül. Kimutatták azonban, hogy ennek a posztszinaptikus válasznak legalább egy része a K+ permeabilitás növekedésének köszönhető (Kehoe és Ascher 1970). 1980-ban Arvanov és Ayrapetyan cikket publikált az ouabain Helix-neuronok ACh által indukált áramának amplitúdójára gyakorolt depresszív hatásáról. Ez fontos megfigyelés volt, és elindította a neurotranszmitter rendszerek aktivitásának a Na+/K+ pumpa általi szabályozásával kapcsolatos vizsgálatokat.

Mivel endogén ouabain-szerű vegyületek, endobainok frakcióit találták meg az emlősök agyában (Rodriguez De Lores Arnaiz és mtsai. 1998), nem zárható ki, hogy ezek a vegyületek gerinctelenekben is előfordulnak, és a pumpa aktivitásának változásán keresztül folyamatosan szabályozzák a transzmitter receptorokat a gerinctelen idegrendszerekben. Az endobain szintjének növekedése elnyomhatja a pumpa aktivitását, és így csökkentheti a Na+/K+-ATPáznak a kolinerg rendszer aktivitását elősegítő hatását, ami a gerinctelenek esetében is előfordulhat. Az endogén ouabain-Na+/K+ pumpa kölcsönhatások fejlődéséről szóló részletes információkért az olvasót Blaustein (2018) kiváló áttekintésére utaljuk.

Egy későbbi, részletesebb cikkben (Ayrapetyan et al. 1985) a Na+/K+ pumpa aktivitása és a membránok kemoszenzitivitása közötti összefüggést elemezték Helix neuronok intracelluláris dialízisével. Az ACh és GABA-indukált membránáramokra, valamint a 3H-α-bungarotoxin (3H-α-BT) és a 3H-GABA kötődésre gyakorolt hatásokat elemezték a Helix ganglionokban a pumpa aktivitás és az intracelluláris ATP változását követően. Az extracelluláris 100 µM ouabain vagy káliummentes oldat expozíciója elnyomta az ACh által kiváltott áramot az A-típusú dializált neuronokban. Az intracelluláris ATP-szint növekedése az ACh-áram depressziójához és az ouabain ezen áramokra gyakorolt blokkoló hatásának eltűnéséhez vezetett. Az intracelluláris ADP hasonló, de kevésbé jelentős hatást gyakorolt az ACh által kiváltott áramokra, míg az intracelluláris AMP hatástalan volt. Az intracelluláris ATP-nek az ACh-áramra gyakorolt hatását a dinitrofenol, a membránfoszforiláció gátlója elnyomta. Ayrapetyan és munkatársai (1985) azt javasolják, hogy a membránfoszforiláció csökkenti a membránreceptorok ACh és GABA iránti affinitását.

A 3H-α-BT és a 3H-GABA membránokhoz való kötődését mind ouabain-tartalmú, mind káliummentes oldatok, valamint az intracelluláris ATP szintjét növelő teofillin és NaF gátolta. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a Na+/K+-pumpa modulálja a membrán receptorok ACh és GABA iránti affinitását. Az a tény, hogy ez hasonló volt a foszforiláció modulátorai által tapasztalt hatásokhoz, arra utal, hogy a pumpa aktivitásának hatásait a receptoraik foszforilált állapota közvetíti.

Egy későbbi tanulmányban Arvanov és munkatársai (1992b) kimutatták, hogy az ouabain szelektíven elnyomta a Helix A-típusú neuronok ACh-ra adott válaszait, ami a membrán kloridra való permeabilitásának szelektív növekedésének volt köszönhető. Az ouabain ezen hatását a cAMP-szint növekedése közvetíti. Ezzel szemben a Helix B-típusú neuron válaszait, amelyeket elsősorban a monovalens kationos permeabilitás növekedése okozott, az ouabain nem befolyásolta. A Cl- válaszok blokkolása nem járt együtt a válasz reverzális potenciáljának változásával. Arvanov és munkatársai (1992a) arra a következtetésre jutottak, hogy az ouabain hatása nem közvetlenül az ACh-receptor deszenzibilizációjával függ össze. A cikkből arra lehet következtetni, hogy az ouabain Helixre gyakorolt hatásának nagysága a cAMP szintjének növekedésével, illetve az ACh-receptor foszforilációjával függhet össze az A típusú neuronokban, illetve a receptor foszforilációjának hiányával a B típusú neuronokban.

Egy későbbi vizsgálatban Grigorian és munkatársai (2001) ouabain-érzékeny A-típusú muszkarinikus receptorokat és ouabain-érzéketlen B-típusú nikotinikus receptorokat találtak ugyanazon a neuronon a H. pomatia-ban. Az A- vagy B-típusú receptorok aktivitása függhet a neuron fiziológiai állapotától, amely viszont függhet a receptor foszforilációs állapotától és/vagy egy endogén ouabain-szerű vegyület aktivitási szintjétől.

Két, a neuronális Na+/K+-ATPáz aktivitást serkentő, illetve gátló agykéreg oldható frakciót izoláltak Sephadex G-50 gélszűréssel (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1997, 1998, 1999). Mivel korábbi vizsgálatok összefüggést sugalltak a kolinerg transzmisszió és a Na+/K+-ATPáz aktivitás között, Rodriguez De Lores Arnaiz és munkatársai (1999) megvizsgálták e csúcsok hatását a muszkarin antagonista kinuklidinil-benzilát kötődésére ezeken a membránokon. A szerzők azt találták, hogy a kötődést növelte az I. csúcs, és csökkentette a II. csúcs, a II-E (a II. tisztított frakciója) és az ouabain, és ezek a hatások koncentrációfüggőek voltak. Ezek az eredmények hasonlóak a szinaptoszómális membrán Na+/K+-ATPáz használatával találtakhoz, ezért a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy mindkét rendszer hasonló módon működik. A pumpa stimulálása aktiválja a nikotinos és muskarinos kolinerg receptorokat, az enzim aktivitásának gátlása pedig ellenkező hatást vált ki.

Ez a következtetés alátámasztja azt az elképzelést, hogy léteznek a Na+/K+-pumpának endogén modulátorai, amelyek fiziológiailag szabályozhatják a pumpát, és amelyek közvetve, más neurotranszmitter-receptorok modulálásával meghatározhatják a jelátvitelt.

A C. elegans garat- és testfalizomzatát és a Na+/K+-pumpát érintő tanulmányok is szerepelnek ebben a fejezetben, mivel mindkét izomzat kolinerg innervációt kap (Chiang et al. 2006; Rand et al. 2000; Richmond és Jorgensen 1999). eat-6 a Na+/K+-ATPáz α alegységének ortológját kódolja a C. elegansban (Davis et al. 1995). Az eat-6 mutánsok garatösszehúzódásainak tulajdonságai abban különböznek a vad típustól, hogy gyengébbek, lassabbak és késleltetett a relaxációjuk. Az eat-6 mutánsok terminális bulbusz izomrostjainak intracelluláris felvételei azt mutatják, hogy a MP következetesen depolarizált és az akciós potenciálok (AP-k) amplitúdója csökkent. Davis és munkatársai azt javasolják, hogy a Na+/K+-pumpák csökkent aktivitása miatt az izomrostokon átívelő iongradiensek csökkennek. A garatidegrendszer ablációját követően az eat-6 fenotípus fennmarad, ami arra utal, hogy az EAT-6-nak az izomrostokban van egy hatáshelye. Érdekes módon 20 µM ouabain alkalmazása a vad típusú C. elegans felboncolt garatában az elektrofaringeogram (EPG) relaxációs R tranziensének nagymértékű csökkenését okozta. Ezek az EPG-k hasonlóak az eat-6 mutánsokból nyertekhez. Az ouabain ezen hatása mosást követően visszafordítható volt. Az ouabain magasabb koncentrációi (35-40 µM) az izmok hiperkontrakcióját okozták, ami szintén megfigyelhető volt az eat-6 mutánsoknál.

Az eat-6 mutánsokkal végzett vizsgálatokat Doi és Iwasaki (2008) kiterjesztette, akik megállapították, hogy az EAT-6 mutációi befolyásolták az ACh szinaptikus hatékonyságát a nAChR-ok expressziójának és lokalizációjának megváltoztatásával a C. elegans neuromuszkuláris csomópontban. Azt javasolják, hogy a Na+/K+-pumpának újszerű szerepe lehet, mint egy állványzatfehérjének, amely segít létrehozni egy merev receptorklasztert közvetlenül a preszinaptikus felszabadulási hely alatt. Az EAT-6 Na+/K+-ATPáz ezen hatásai a pumpa aktivitásától függetlenül szabályozzák a kolinerg szinaptikus transzmissziót. Doi és Iwasaki a Na+/K+-ATPáz β alegységének, az NKB-1-nek, a három NKB β alegység közül a C. elegansban legszélesebb körben expresszálódó NKB β alegységnek a lokalizációját is vizsgálta. Az NKB-1 fehérje fizikailag kötődik az EAT-6-hoz, és az nKB-1 mutánsok az eat-6 mutánsokhoz hasonló hiányosságokat mutattak, beleértve a pumpálás hibáit is. Ez arra utal, hogy az EAT-6 és az NKB-1 in vivo funkcionális Na+/K+-ATPázt alkot. Doi és Iwasaki tárgyalja azokat a lehetséges mechanizmusokat, amelyek révén a Na+/K+-ATPáz indukálhatja a nAChR-klaszterezést. Például a Na+/K+-ATPáz a Src tirozinkináz aktiválásán/inaktiválásán keresztül módosíthatja a nAChR-kereskedelmet. Kimutatták, hogy a Src és a Na+/K+-ATPáz kötődése funkcionális jelátviteli komplexet képezhet (Tian és mtsai. 2006). Az is lehetséges, hogy az eat-6 mutánsok posztszinaptikus kolinerg receptorainak száma megnövekedett. Doi és Iwasaki (2008) azt is megállapította, hogy az eat-6 mutánsok levamisol- és nikotinreceptorainak expressziója és lokalizációja a testfal izomkötegében eltérően változott. Az ACh agonistákkal szembeni érzékenység is megnövekedett az eat-6 mutánsokban.

Az etanol a kolinerg testfalizom-receptorhoz kapcsolódó új α alegység aktiválásán keresztül okozhat hiperkontrakciót a C. elegansban (Hawkins és mtsai. 2015). Ez a hiperkontrakció az etanol folyamatos jelenléte ellenére 40 perc után visszafordulhat, ami etanoltoleranciára utal. A szerzők kapcsolatot állapítottak meg e kolinerg jelátvitel, a Na+/K+-ATPáz és az etanol-tolerancia között. Például az EAT-6 egy szokatlan mutációja, az eat-6 (eg200) nem alakított ki toleranciát az etanol által kiváltott hiperkontrakcióval szemben, ami arra utal, hogy a Na+/K+-ATPáz funkciója szükséges az etanol-tolerancia kialakulásához a C. elegansban.

Glutamát receptorok A glutamát az emlősök agyában a fő izgalmi szinaptikus transzmitter, és gerinctelenekben is transzmitterként működik (Walker et al. 1996). Az 1990-es években a glutamátreceptorok tanulmányozására szolgáló molekuláris biológiai módszereknek köszönhetően ionotróp (iGlu) és metabotróp (mGlu) receptorokra osztották őket (Mosharova 2001). Az NMDA, AMPA és kainát receptorokat ionotróp (azaz ioncsatornás) receptoroknak nevezik. Az összes többi receptort metabotróp (mGluR) receptornak nevezzük, és a G-fehérjékhez kapcsolt specifikus receptorokon keresztül szabályozzák az ioncsatornákat és a másodlagos hírvivőket termelő enzimeket. Nyolc mGluRs létezik, amelyek három csoportra oszthatók: I, II és III, aminosav-szekvenciájuk konzerváltsági szintje és hatásmódjuk alapján (Pin és Duvoison 1995). Az AMPAR-ok közvetítik a gyors gerjesztő szinaptikus transzmisszió túlnyomó többségét (Trussell és mtsai. 1994), míg az NMDAR-ok létfontosságú szerepet játszanak a szinaptikus hatékonyság modulálásában, a szinaptikus plaszticitás létrehozásában (Hunt és Castillo 2012).

Az AMPAR-ok heterotetramerek, a négy GluA1-4 alegység különböző kombinációiból állnak össze, a leggyakoribbak a GluA1/GluA2 vagy GluAR2/GluA3 tartalmú receptorok. Az NMDAR-ok GluN1 alegységekből és legalább egy GluN2 alegységből állnak, a négy GluN2 altípusból, a GluN2A-2D-ből. Az AMPAR és az NMDAR nagy sűrűségben ko-lokalizálódik a posztszinaptikus doménben, valószínűleg stabilizálva és szabályozva, a citoszolikus állványozó fehérjékkel való kölcsönhatás révén (Traynelis és mtsai. 2010).

Az AMPAR-ok elsősorban nátriumcsatornák. Ehhez képest az NMDAR-ok mind a nátrium, mind a kalcium bejutását lehetővé teszik, és ez utóbbi fontos szerepet játszik a szinaptikus plaszticitásban, mivel a kalcium számos downstream jelátviteli eseményt indít el.

A NMDAR-ok fontos szerepet játszanak az excitatorikus transzmisszióban, a plaszticitásban és az excitotoxicitásban az agyban (Zhang et al. 2012a). Aktiválásuk fokozza a hosszú távú potenciálást és csökkenti a hosszú távú depressziót a Schaffer-kollaterális-CA1 szinapszisokban a hippokampuszban. Az NMDA-receptor egyszerre potenciálfüggő és ligandumfüggő ioncsatorna, amely szelektíven továbbítja a pozitív töltésű ionokat. Az ionáram nagy részét kalcium- és nátriumionok alkotják, amelyek bejutnak a sejtbe, és káliumionokat bocsátanak ki a sejtből. Az NMDA-receptor négy alegységből, két NR1 osztályú és két NR2 osztályú alegységből áll. Később azonosítottak egy harmadik NMDA receptor alegységet, az NR3-at, amelyet Low és Wee (2010) tekintett át.

Egy endogén Na+/K+-ATPáz gátlót, az endobain E-t (IIE frakció) izolálták patkányagyból, és számos tulajdonsága megegyezik az ouabainnal. Az endobain neurotoxikus tulajdonságai a Na+/K+-ATPáz gátlásának tulajdoníthatók, ami NMDAR aktivációhoz vezet, ami alátámasztja azt az elképzelést, hogy a Na+ és K+ ionok intracelluláris koncentrációja modulálhatja az NMDAR funkciót (Reines és mtsai. 2001, 2004). Az endobain E hatását az NMDA receptor alegységek expressziójára patkány agykéreg és hippokampusz membránjaiban Western blot segítségével elemezték (Bersier és mtsai. 2008). Két nappal 10 µl endobain (1 μl per 28 mg szövet) beadása után az NR1 alegység expressziója ötszörösére, illetve 2,5-szeresére nőtt az agykéregben és a hippokampuszban. Az NR2A, NR2B és NR2D alegység expressziója mindkét agyterületen nőtt. Az NR2C alegység expressziója egyik területen sem változott. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az endobain E differenciálisan módosítja az NMDA receptor alegység expresszióját.

Az emlős kéregben az izgalmi szinaptikus transzmisszió az AMPAR-ok aktiválásával és Na+ bejutásával jár, amelyet a Na+/K+-ATPáz aktiválásával kell eltávolítani a sejtbe. Ésszerű feltételezni, hogy e receptorok és a Na+/K+-ATPáz között keresztkapcsolat áll fenn. Érdekes módon kimutatták, hogy a Na+/K+-ATPáz bőségesen jelen van a szinaptikus helyeken, és együtt lokalizálódik az AMPAR-okkal (Zhang és mtsai. 2009). Ezek a szerzők a Na+/K+-ATPáz α1 alegysége és a GluR2 alegységek intracelluláris C-terminálisa közötti kölcsönhatást javasolják. A Na+/K+-ATPáz gátlását követően az AMPAR-ok gyors internalizációja és proteaszóma-mediált degradációja, valamint az AMPA-mediált szinaptikus transzmisszió elnyomása következik be. Ez az AMPAR-ok Na+/K+-ATPáz általi homeosztatikus szabályozására utal. A javaslat szerint a Na+/K+-ATPáz inaktivitása által okozott intracelluláris Na+-felhalmozódás a sejtfelszíni Na+-csatornák eltávolításához vezet. Az ouabain által indukált AMPAR-degradáció proteaszóma-inhibitorok jelenlétében megszűnik. Lehetséges, hogy ezt a lebontási útvonalat endogén Na+/K+-ATPáz inhibitorok modulálják. Ily módon a pumpa fontos szerepet játszhat az AMPAR szinaptikus eloszlásának és transzmissziójának szabályozásában, amelyek a plaszticitás alapvető összetevői (Man 2012). Ezek közé tartozhat az endogén ouabain, endobain és agrin (Hilgenberg és mtsai. 2006; Schoner 2000, 2002). Így a Na+/K+-ATPáz szabályozhatja az AMPAR-forgalmat, a szinaptikus erősséget és az agyműködést. A Na+/K+-ATPáz diszfunkciója hipoxiát, iszkémiát és stroke-ot követően jelentős korai patológiai válasz (Zhang és mtsai. 2009).

A Na+/K+-ATPáz és az NMDAR-ok fontos szerepet játszanak a tanulás és a memória szabályozásában a hippokampuszban (Zhang és mtsai. 2012a), előbbi iontranszporterként, utóbbi ioncsatornaként működik. Ezek a szerzők dihidro-ouabainnal vizsgálták az NMDA-áramokra gyakorolt hatását patkány hippokampusz CA1 neuronjaiban. A dihidro-ouabain (10-1000 µM) növelte ezeket az NMDA áramokat, de nem a protein kináz A vagy C aktiválásán keresztül. A Src tirozinkináz és a mitogén-aktivált protein kinázok (MARK) kaszkádjának szelektív gátlói azonban blokkolták a dihidro-ouabain által kiváltott NMDA áramokat. Zhang és munkatársai (2012a) arra a következtetésre jutottak, hogy a Src közvetíti a Na+/K+-ATPáz és az NMDAR-ok közötti crosstalkot, hogy a Na+/K+-ATPáz jeleit továbbítsa a MARK kaszkád felé.

Az NMDA-receptorok aktiválása megváltoztatja a Na+ és K+ intracelluláris koncentrációját, amelyet később a Na+/K+-ATPáz állít helyre. Megfigyelték, hogy az NMDA-receptor és a Na+/K+-ATPáz kölcsönhatásba lép egymással, és ezt a kölcsönhatást kimutatták a Na+/K+-ATPáz neuronokban expresszálódó α alegységének mindkét izoformájára (α1 és α3) (Akkuratov és mtsai. 2015). Western blotting segítségével ezek a szerzők kimutatták, hogy a patkány kisagyi neuronok primer kultúrájának hosszú távú expozíciója nanomoláris koncentrációjú ouabainnak az NR1 és NR2B NMDAR alegységek szintjének csökkenéséhez vezet, amelyet valószínűleg a Na+/K+-ATPáz α3 alegysége közvetít. Ez eltér korábbi munkáktól, ahol az endobain E beadása az NMDAR expressziójának növekedését eredményezte az agykéregben és a hippokampuszban (Bersier és mtsai. 2008). A szerzők feltételezik, hogy ez a különbség az agyi régiók közötti különbségnek vagy az endobain E és az ouabain hatásmódja közötti különbségnek tudható be. A Na+/K+-ATPáz α1 alegysége enzimatikus aktivitásának csökkenését is megfigyelték az NMDAR aktiválását követően. Ezt a hatást az intracelluláris Ca2+ emelkedése közvetíti. A Na+/K+-ATPáz és az NMDAR tehát funkcionális kölcsönhatásba léphet egymással, makromolekuláris komplexet alkotva, amely fontos lehet az ionegyensúly helyreállításában a neuronális gerjesztést követően (Akkuratov és mtsai. 2015). Emellett az NMDAR működése endogén ouabain-szerű vegyületekkel is szabályozható.

Az ouabain toxikus hatásai A sejtes Na+/K+-ATPáz 1 mM ouabainnal történő inaktiválása kisagyi neuro-gliális sejtkultúrákban glutamát (Glu) felhalmozódáshoz, a glutamát receptorok hiperstimulációjához, nagyobb Ca2+ és Na+ beáramláshoz vezet a sejtekbe Glu-aktivált csatornákon keresztül (Stelmashook et al. 1999). Ez a folyamat a sejtek duzzadásához, mitokondriális de-energiához és a szemcsesejtek elhalásához vezet. Egy NMDAR-antagonista ouabainnal történő hozzáadása azonban megakadályozta ezeket a válaszokat. A szerzők szerint a Na+/K+-ATPáz aktivitás csökkenése a neuronokban hozzájárulhat a krónikus neurológiai rendellenességek kialakulásához.

A Na+/K+-ATPáz több alfa-izoformája, amelyek különböző érzékenységgel rendelkeznek az ouabainra, különböző jelátviteli funkciókkal rendelkezhetnek. A patkány neuronális Na+/K+-ATPáz alfa-3 izoforma gátlása alacsony (100 nM) ouabain koncentrációban a MAP-kináz kaszkád aktiválódásához vezetett a PKC-n és a PIP3-kinázon keresztül. A Na+/K+-ATPáz ouabain-érzékeny alfa3 izoformájával ellentétben a Na+/K+-ATPáz ouabain-rezisztens alfa1 izoformája (1 mM ouabainnal történő gátlás) Src-kináz-függő reakciókon keresztül szabályozza a MAP-kinázt. Annexin V-FITC apoptotikus teszt alkalmazásával a korai apoptotikus jellemzőkkel rendelkező sejtek meghatározására azt a következtetést vonhatjuk le, hogy az alfa3 izoforma serkenti, az alfa1 pedig elnyomja az apoptotikus folyamatot a kisagyi neuronokban. Ezek az adatok az első bizonyítékok, amelyek az ouabain-rezisztens (alfa-1) és az ouabain-érzékeny (alfa-3) Na+/K+-ATPáz izoformák részvételét mutatják a neuronális sejtek különböző jelátviteli útvonalaiban (Karpova és mtsai. 2010a, b).

Glutamát receptorok gerinctelenekben A glutamatergikus átvitel fontos szerepe a gerinctelen osztályokban rávilágít egy útvonalra, amelyen keresztül a Na+/K+-pumpa hatással lehet a glutamatergikus átvitelre. Ez a transzmitter fontos szerepet játszik az ízeltlábúak NMJ-jén. Ezenkívül kulcsfontosságú meghatározó a központi idegrendszerben más főbb gerinctelen osztályokban is (Walker és mtsai. 1996). Ezek a fontos szerepek mind a homológ ionotróp, mind a metabotróp glutamát receptorokat érintik. A glutamátreceptorok és a viselkedés magasabb rendű formái között szoros kapcsolat áll fenn az egyes filágokban (lásd Robbins és Murphy 2006 áttekintését). Ennek ellenére mindeddig nem írtak le olyan gerinctelen glutamátreceptort, amelyet Na+/K+-pumpával modulálnak. A glutamát és a nem-NMDA glutamát agonisták azonban depolarizálják a pióca gliális és Retzius sejtjeit, megváltoztatva az intracelluláris Na+ aktivitást és indukálva egy after-hyperpolarizációt (Dorner és mtsai. 1994). Ezt az after-hyperpolarizációt 100 µM ouabain blokkolja, és ha a külső nátriumot részben lítiummal helyettesítjük. Ezek a kísérletek azt mutatják, hogy a glutamát és a nem-NMDA glutamát agonisták közvetlen hatásai aktiválhatják a Na+/K+-pumpát.

GABA receptorok Az emlősök GABAR-jait GABAA, GABABAB és GABAC receptorokba sorolják (Olsen 2018). A GABAA és GABAC receptorok ionotrop, míg a GABAB receptorok metabotropak. A Na+/K+-ATPáz és a GABAR-ok közötti kölcsönhatásról viszonylag kevés irodalom áll rendelkezésre. Xenopus oocitákba injektált patkányagy RNS-sel végzett vizsgálatok kimutatták az ouabain hatását a GABA receptorokra (Arvanov 1990; Arvanov és Usherwood 1991). Négy-tíz nappal az injektálás után az oociták reagáltak 1-100 µM, GABA, L-kainát és L-glutamát alkalmazására. Mindhárom vegyület befelé irányuló áramlásokat idézett elő. Az ouabain-tartalmú sóoldatban a GABA-ra, L-kainátra és L-glutamátra adott válaszok 80-120%-kal, 20-30%-kal, illetve 20-40%-kal nőttek mind a follikulált, mind a defollikulált petesejtekben. Ezen agonisták által kiváltott áramlások reverziós potenciáljai nem változtak ouabain jelenlétében. A 100 µM ouabain az oociták tömegét és térfogatát is növelte. A szerzők azt javasolták, hogy az ouabain azáltal, hogy növeli az oocita térfogatát, növeli a receptorokat tartalmazó oocita membrán területét, amely hozzáférhető az exogén módon alkalmazott agonisták számára. Ez arra utal, hogy az ouabain hatása közvetlen. A Na+/K+-ATPáz kulcsszerepe a Cl-áramlás modulálásában (lásd fentebb) azt jelenti, hogy lehetséges, hogy ez a hatás a gátló receptorok e fontos osztályát modulálja.

Dopamin receptorok (DAR-ok) A Na+/K+-ATPáz részt vesz a DAR-ok szabályozásában. A DAR-ok kölcsönhatásba léphetnek egy sor molekulával, amelyeket együttesen dopaminreceptor kölcsönható fehérjéknek, DRIP-eknek neveznek, és amelyek nemcsak a receptorok jelátvitelét szabályozzák, hanem hozzájárulnak a receptorok mozgásához és stabilitásához, valamint a DAR jelátviteli komplex kialakításához a sejtekben (Kabbani és Levenson 2007). Bertorello és munkatársai (1990) bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a dopamin a D1 és D2 receptorokra gyakorolt szinergista hatása révén gátolja az izolált striatális neuronok Na+/K+-ATPáz aktivitását. Ez a MP átmeneti depolarizációjához vezet, az intracelluláris Na+ emelkedésével. Az emlős DAR-ok két családra, azaz D1 és D2 receptorokra oszthatók. A D1 család a D1 és D5 altípusokat tartalmazza, amelyek a heterotrimer G-fehérje GS-hez kapcsolódnak és pozitívan szabályozzák az adenil-cikláz aktivitását. A D2 család, azaz a D2, D3, D4 altípusok gátló GI/O fehérjékhez kapcsolódnak és csökkentik az adenil-cikláz aktivitását. A dopamin és más katekolaminok két mechanizmuson keresztül modulálják a Na+/K+-ATPáz aktivitását, azaz közvetlenül az enzimre, másodszor pedig a katekolamin-receptorokra, de a PKC és PKA útvonalak bevonásával. Az utóbbiak a Na+/K+-ATPázt a PKC és PKA útvonalak stimulálásán keresztül aktiválják a specifikus szövetekben (Therien és Blostein 2000). A neostriatális neuronális D1 DAR-okhoz kötődő dopamin gátolja a Na+/K+-ATPáz aktivitását, míg a D2 DAR-okhoz kötődő dopamin aktiválja a nátriumcsatornákat, ami növeli az intracelluláris nátriumot és aktiválja a Na+/K+-ATPázt (Aizman és mtsai. 2000). Koimmunoprecipitáció és tömegspektrometria segítségével kimutatták, hogy a D1 és D2 DAR-ok komplexben léteznek a Na+/K+-ATPázzal (Hazelwood és mtsai. 2008). Ezek a szerzők biológiai vizsgálatokat végeztek HEK293T sejtekben koexprimált Na+/K+-ATPázzal és DAR-okkal, hogy megvizsgálják a Na+/K+-ATPáz hatását a DAR működésére. A D1 vagy D2 DAR-ok HEK293T sejtekbe történő transzfekciója a Na+/K+-ATPáz α1 aktivitásának jelentős csökkenését eredményezte az enzim fehérjeszintjének változása nélkül. A DAR-ok képesek csökkenteni a Na+/K+-ATPáz funkciót dopamin hiányában és az enzimszintek változása nélkül. Ez további bizonyítékot szolgáltat egy kölcsönhatásban lévő komplex fontosságának alátámasztására. A két fehérje együttes expressziója egy szignálkomplexben (a receptorkomplex leírására szolgáló kifejezés, amely különböző fehérje kölcsönhatásokból áll, lásd Hazelwood és mtsai. 2010) egymás funkciójának kölcsönös csillapítását eredményezte. Ez a munka azt mutatja, hogy a DAR-ok és a Na+/K+-ATPáz α1 alegysége közötti kölcsönhatás a két fehérje funkciójának kölcsönös modulációját eredményezi, mind ligandok jelenlétében, mind távollétében, ami a DAR jelátvitel és a sejtben lévő ionegyensúly új szabályozási mechanizmusát biztosítja.

A DAR-ok részt vesznek az egér striatális Na+/K+-ATPáz aktivitás adaptációjában az opioid receptorok morfinnal történő aktiválását követően (Wu et al. 2007). In vivo a rövid távú morfiumkezelés stimulálta a Na + / K + +-ATPáz aktivitást, és ezt a stimulációt egy D2R antagonista gátolta, míg a hosszú távú morfiumkezelés gátolja a Na + / K + +-ATPázt, és ezt a gátlást egy D1R antagonista gátolta. A Na+/K+-ATPáz aktivitásának morfium általi szabályozásában egy cAMP-függő protein-kináz A is részt vett.

Független gerinctelen DAR kölcsönhatása a Na+/K+-ATPázzal A gerinctelenek dopaminszignalizációjának komplexitása jól ismert, és az emlős DARS homológjait minden fontosabb törzs kifejezi (Walker et al. 1996; Troppmann et al. 2014). Erre példa a kullancs, Ixodes scapularis acináris sejtjeinek Na+/K+-ATPáz és dopaminreceptorai közötti kölcsönhatás (Kim és mtsai. 2016). A dopamin által indukált nyálmirigy-szekréciót gátolta az ouabain (10 µM), amely blokkolta a folyadék transzportját a III-as típusú acinusokban. Kim és munkatársai (2016) azt sugallják, hogy a D1 receptor által közvetített intracelluláris jelátvitel célpontja a nyálmirigy-szekrécióhoz a Na+/K+-ATPáz is. Ennek a funkcionális kölcsönhatásnak az alapja még tisztázásra vár. Vajon az emlősöknél leírt közvetlen fehérje kölcsönhatások révén működik, vagy a normál sejtműködéshez szükséges ionos gradiensek eltolódása révén? A gerinctelen idegrendszerben nincs bizonyíték ilyen kölcsönhatásokra.

Serotonin (5-hidroxitriptamin) receptorok (5-HTR-ek) Az 5-HTR-ek a G-fehérje kapcsolt receptorok (GPCR-ek) és a ligandum-függő ioncsatornák közé sorolhatók, és mind gerjesztő, mind gátló hatásokat közvetítenek (Hoyer et al. 1994). Legalább hat GPCR létezik, nevezetesen az 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, amelyek altípusokra oszthatók, valamint egy ligandumvezérelt Na+ és K+ kationcsatorna, az 5-HT3. Az 5-HT modulálja a Na+/K+-ATPáz aktivitást a patkány hippokampusz CA1 piramis neuronjaiban (Zhang és mtsai. 2012b). Ez a gátlás az 5-HT3R-eken keresztül történik, mivel 5-HT3R antagonista csökkentette, de 5-HT1R antagonista nem. Ezenkívül egy 5-HT3R agonista utánozta az 5-HT hatását. Az 5-HT agonisták a 21. naptól kezdve módosíthatják a Na+/K+-ATPáz aktivitását patkányok agykéregében (Hernández 1982), és ezt a hatást az 5-HT antagonisták blokkolják. Az indukált 5-HT receptor túlérzékenység állapotát követően a Na+/K+-ATPáz 5-HT agonistákra adott válasza fokozódott. A szerző arra a következtetésre jutott, hogy az 5-HT-receptor-érzékenység a patkányagyban a Na+/K+-ATPáz bevonásával történik.

Az 5-HT transzmitterként működik az összes nagy törzsfejlődésben (Walker és mtsai. 1996). Kevés bizonyíték van azonban az 5-HTR-ek és a Na+/K+-pumpák közötti kölcsönhatásokra. Na+ befecskendezése a pióca, H. medicinalis, T szenzoros neuronjaiba a Na+/K+-ATPáz aktiválódása miatt az MP negatívabbá válását eredményezi (Catarsi és Brunelli 1991). Ezt a negativitás növekedést blokkolja az 5-HT, amely közvetlenül gátolja a Na+/K+-pumpa aktivitását a T sejtekben a cAMP-on keresztül (Catarsi és mtsai. 1993). A T-sejtek receptív mezőjének ismétlődő ingerlése fokozott after-hyperpolarizációt (AHP) indukál a T-sejtekben, ami elsősorban a Na+/K+-ATPáz aktivitás növekedésének köszönhető (Scuri és mtsai. 2002). Az AHP-t csökkenti az 5-HT vagy a Na+/K+-pumpa gátlása, ami megkönnyítheti az akciós potenciálok vezetését a szinaptikus terminálokban, és fontos lehet a rövid távú plaszticitás szempontjából (Scuri és mtsai. 2007). A Na+/K+-pumpa gátlása 10 nM dihidro-ouabain befecskendezését követően gyorsabb úszási viselkedést eredményez, ami arra utal, hogy a pumpa szerepet játszik a pióca úszásának fiziológiájában. Az 5-HT és a Na+/K+-pumpa közötti molekuláris szintű kölcsönhatás azonban nem ismert a piócában.