De Na+/K+-pomp beïnvloedt neurotransmitterreceptoren, namelijk hun dichtheid en gevoeligheid voor hun transmitter, en deze effecten zullen nu worden bekeken.
ACh-receptoren Zoogdierreceptoren voor ACh worden onderverdeeld in nicotine- en muscarine-receptoren. Deze receptoren kunnen verder worden onderverdeeld in subtypes, nl. M1-M5 muscarine-receptoren (Caulfield and Birdsall 1998) en 16 nicotine-receptor subtypes, nl. α1-α9, β1-β4, een γ, een δ, een ε (Lukas et al. 1999). Bij weekdieren werden aanvankelijk drie ACh-receptoren functioneel geïdentificeerd in Aplysia, als een snelle excitatoire responsreceptor, een snelle remmende responsreceptor en een trage remmende responsreceptor (Kehoe 1972). De twee snelle responsreceptoren zijn nicotinisch, maar de trage remmende responsreceptor heeft unieke eigenschappen en wordt alleen geactiveerd door ACh, carbamylcholine en arecoline. Pinsker en Kandel (1969) stelden voor dat een cholinerge Aplysia interneuron, L10, een volgneuron activeerde, niet door een verandering in membraangeleiding, maar door activering van een electrogene Na+/K+-pomp. Er werd echter aangetoond dat ten minste een deel van deze postsynaptische respons te wijten was aan een verhoging van de K+ permeabiliteit (Kehoe en Ascher 1970). In 1980 publiceerden Arvanov en Ayrapetyan een artikel over het depressieve effect van ouabain op de amplitude van de ACh-geïnduceerde stroom van Helix neuronen. Dit was een belangrijke waarneming en gaf de aanzet tot studies over de regulering van de activiteit van neurotransmittersystemen door de Na+/K+ pomp.
Omdat fracties van endogene ouabain-achtige verbindingen, endobains, zijn aangetroffen in de hersenen van zoogdieren (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1998), is het onmogelijk de mogelijkheid uit te sluiten dat deze verbindingen ook voorkomen in ongewervelde dieren en voortdurend transmitterreceptoren reguleren via veranderingen in de activiteit van de pomp in ongewervelde zenuwstelsels. Een verhoging van het niveau van endobain kan de activiteit van de pomp onderdrukken en zo het faciliterend effect van Na+/K+-ATPase op de activiteit van het cholinerge systeem verminderen, wat ook bij ongewervelden het geval zou kunnen zijn. Voor gedetailleerde informatie over de evolutie van endogene ouabain-Na+/K+ pomp interacties wordt de lezer verwezen naar de uitstekende review van Blaustein (2018).
In een daaropvolgend meer gedetailleerd paper (Ayrapetyan et al. 1985) werd de correlatie tussen Na+/K+ pomp activiteit en membraan chemosensitiviteit geanalyseerd met behulp van intracellulaire dialyse van Helix neuronen. De effecten op ACh en GABA-geïnduceerde membraanstromingen en 3H-α-bungarotoxine (3H-α-BT) en 3H-GABA binding in Helix ganglia werden geanalyseerd na veranderingen in pompactiviteit en intracellulair ATP. Blootstelling aan ofwel extracellulaire 100 µM ouabain, ofwel een kaliumvrije oplossing, onderdrukte de ACh-geïnduceerde stroom in A-type gedialyseerde neuronen. Een verhoging van het intracellulaire ATP-niveau leidde tot een depressie van de ACh-stroom en het verdwijnen van het blokkerende effect van ouabain op deze stromen. Intracellulair ADP had een vergelijkbaar maar minder significant effect op de door ACh veroorzaakte stromen, terwijl intracellulair AMP niet effectief was. Dit effect van intracellulair ATP op ACh stromen werd onderdrukt door dinitrofenol, een inhibitor van membraanfosforylatie. Ayrapetyan et al. (1985) stellen dat membraanfosforylering de affiniteit van membraanreceptoren voor ACh en GABA vermindert.
De binding van 3H-α-BT en 3H-GABA aan membranen werd geremd door zowel ouabain-bevattende als kaliumvrije oplossingen, en door theophylline en NaF, die beide de niveaus van intracellulair ATP verhogen. Deze resultaten tonen aan dat de Na+/K+-pomp de affiniteit van membraanreceptoren voor ACh en GABA moduleert. Het feit dat dit vergelijkbaar was met effecten gezien door modulatoren van fosforylering suggereert dat de effecten van pompactiviteit gemedieerd worden door de gefosforyleerde toestand van hun receptoren.
In een later artikel toonden Arvanov et al. (1992b) aan dat ouabain selectief de Helix A-type neuron responsen op ACh onderdrukte, die te wijten waren aan de selectieve verhoging van de membraanpermeabiliteit voor chloride. Dit effect van ouabain wordt gemedieerd door een verhoging van het cAMP-niveau. Daarentegen werden de responsen van het Helix B-type neuron, die hoofdzakelijk veroorzaakt werden door een verhoging van de monovalente kation permeabiliteit, niet beïnvloed door ouabain. De blokkade van Cl-responsen ging niet gepaard met een verandering in de omkeerpotentiaal van de respons. Arvanov et al. (1992a) concludeerden dat het effect van ouabain niet direct gerelateerd was aan desensitisatie van de ACh receptor. Uit het artikel kan worden geconcludeerd dat de omvang van de effecten van ouabain op Helix verband kan houden met een toename van het niveau van cAMP en, respectievelijk, fosforylering van de ACh-receptor in neuronen van type A, en de afwezigheid van fosforylering van de receptor in neuronen van type B.
In een latere studie vonden Grigorian et al. (2001) ouabain-gevoelige A-type muscarine-receptoren en ouabain-insensitieve B-type nicotine-receptoren op hetzelfde neuron in H. pomatia. De activiteit van een van beide A- of B-type receptoren zou kunnen afhangen van de fysiologische toestand van het neuron, die op zijn beurt zou kunnen afhangen van de fosforyleringstoestand van de receptor en/of de mate van activiteit van een endogene ouabain-achtige verbinding.
Twee cerebrale cortex oplosbare fracties, genaamd pieken I en II, die respectievelijk neuronale Na+/K+-ATPase activiteit stimuleren en remmen, zijn geïsoleerd door gel filtratie in Sephadex G-50 (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1997, 1998, 1999). Aangezien vroegere studies een correlatie suggereerden tussen cholinerge transmissie en Na+/K+-ATPase activiteit, testten Rodriguez De Lores Arnaiz et al. (1999) de effecten van deze pieken op de binding van de muscarine-antagonist quinuclidinylbenzilaat aan deze membranen. De auteurs stelden vast dat de binding werd verhoogd door piek I en verlaagd door piek II, II-E (een gezuiverde fractie van II) en door ouabain, waarbij deze effecten concentratieafhankelijk waren. Deze resultaten zijn vergelijkbaar met die welke werden gevonden bij gebruik van synaptosomale membraan Na+/K+-ATPase, en de auteurs concludeerden dan ook dat beide systemen op soortgelijke wijze functioneerden. Stimulatie van de pomp activeert nicotinische en muscarinische cholinerge receptoren, en remming van de activiteit van dit enzym veroorzaakt het tegenovergestelde effect.
Deze conclusie ondersteunt het idee dat er endogene modulatoren van de Na+/K+-pomp bestaan en de pomp fysiologisch kunnen reguleren die indirect de signalering kunnen bepalen door andere neurotransmitterreceptoren te moduleren.
Studies waarbij de faryngeale en lichaamswandspieren van C. elegans en de Na+/K+-pomp betrokken zijn, zijn ook in deze sectie opgenomen omdat beide spieren cholinerge innervatie ontvangen (Chiang et al. 2006; Rand et al. 2000; Richmond and Jorgensen 1999). eat-6 codeert voor een ortholoog van de α-subeenheid van Na+/K+-ATPase in C. elegans (Davis et al. 1995). De eigenschappen van faryngeale contracties van eat-6 mutanten verschillen van die van wild type doordat ze zwakker en trager zijn en hun relaxatie vertraagd. Intracellulaire opnamen van terminale bolspiervezels van eat-6 mutanten tonen aan dat de MP consequent gedepolariseerd is en dat de actiepotentialen (AP’s) in amplitude gereduceerd zijn. Davis et al. stellen dat door de verminderde Na+/K+-pompactiviteit de ionengradiënten over de spiervezels verminderd zijn. Na ablatie van het faryngeale zenuwstelsel blijft het eat-6 fenotype bestaan, wat suggereert dat EAT-6 een werkingsplaats heeft in de spiervezels. Interessant is dat toepassing van 20 µM ouabain op wild-type C. elegans ontlede farynxen een grote reductie veroorzaakt in de relaxatie R transient van het electropharyngeogram (EPG). Deze EPG’s zijn vergelijkbaar met die verkregen bij eat-6 mutanten. Dit effect van ouabain kon ongedaan worden gemaakt na het wassen. Hogere concentraties ouabain (35-40 µM) veroorzaakten een hypercontractie van de spieren, een effect dat ook werd waargenomen bij eat-6 mutanten.
Deze studies met eat-6 mutanten zijn uitgebreid door Doi en Iwasaki (2008) die ontdekten dat mutaties in EAT-6 de ACh synaptische efficiëntie beïnvloedden door de expressie en lokalisatie van nAChRs bij de neuromusculaire junctie van C. elegans te veranderen. Er wordt voorgesteld dat de Na+/K+-pomp een nieuwe rol zou kunnen spelen als een steigereiwit om te helpen een rigide receptorcluster te vestigen net onder de presynaptische vrijgaveplaats. Deze effecten van EAT-6 Na+/K+-ATPase reguleren cholinerge synaptische transmissie onafhankelijk van de pompactiviteit. Doi en Iwasaki onderzochten ook de lokalisatie van de Na+/K+-ATPase β-subeenheid, NKB-1, de meest tot expressie komende van de drie NKB β-subeenheden in C. elegans. NKB-1 eiwit bindt zich fysiek aan EAT-6, en nkb-1 mutanten vertoonden gebreken vergelijkbaar met eat-6 mutanten, inclusief defecten in het pompen. Dit suggereert dat EAT-6 en NKB-1 in vivo een functioneel Na+/K+-ATPase vormen. Doi en Iwasaki bespreken mogelijke mechanismen waardoor Na+/K+-ATPase nAChR clustering zou kunnen induceren. Zo zou Na+/K+-ATPase de nAChR trafficking kunnen moduleren door activering/inactivering van Src tyrosine kinase. Er is aangetoond dat binding van Src aan Na+/K+-ATPase een functioneel signaleringscomplex kan vormen (Tian et al. 2006). Het is ook mogelijk dat het aantal postsynaptische cholinerge receptoren van eat-6 mutanten verhoogd is. Doi en Iwasaki (2008) vonden ook dat levamisole en nicotine receptoren van eat-6 mutanten verschillend beïnvloed waren in hun expressie en lokalisatie in de lichaamswand spierknoop. De gevoeligheid voor ACh agonisten was ook verhoogd in eat-6 mutanten.
Ethanol kan hypercontractie van C. elegans veroorzaken door activering van een nieuwe α-subeenheid geassocieerd met de cholinerge lichaamswandspierreceptor (Hawkins et al. 2015). Deze hypercontractie kan na 40 min omkeren ondanks de voortdurende aanwezigheid van ethanol, wat wijst op ethanoltolerantie. De auteurs legden een verband tussen deze cholinerge signalering, Na+/K+-ATPase en ethanoltolerantie. Zo slaagde een ongebruikelijke mutatie in EAT-6, eat-6 (eg200), er niet in tolerantie te ontwikkelen voor ethanol-geïnduceerde hypercontractie, hetgeen suggereert dat Na+/K+-ATPase-functie vereist is voor de ontwikkeling van ethanol-tolerantie in C. elegans.
Glutamaatreceptoren Glutamaat is de belangrijkste excitatoire synaptische transmitter in de hersenen van zoogdieren en werkt ook als transmitter in ongewervelde dieren (Walker et al. 1996). In de jaren negentig werden de glutamaatreceptoren, dankzij het gebruik van moleculair-biologische methoden voor de bestudering ervan, onderverdeeld in ionotrope (iGlu) en metabotrope (mGlu) receptoren (Mosharova 2001). NMDA-, AMPA- en kainaatreceptoren worden ionotrope (d.w.z. ionkanaal-) receptoren genoemd. Alle andere receptoren worden metabotrope receptoren (mGluR’s) genoemd en reguleren ionenkanalen en enzymen die tweede boodschappers produceren via specifieke receptoren die aan G-eiwitten gekoppeld zijn. Er zijn acht mGluR’s, verdeeld in drie groepen, I, II en III, afhankelijk van de mate van instandhouding van hun aminozuursequenties en hun werkingsmechanisme (Pin en Duvoison 1995). AMPARs mediëren de overgrote meerderheid van de snelle excitatoire synaptische transmissie (Trussell et al. 1994), terwijl NMDARs een vitale rol spelen in de modulatie van de synaptische efficiëntie, waardoor synaptische plasticiteit wordt gegenereerd (Hunt en Castillo 2012).
AMPARs zijn heterotetramers, samengesteld uit verschillende combinaties van vier subeenheden GluA1-4, waarvan de meest voorkomende receptoren GluA1/GluA2 of GluAR2/GluA3 bevatten. NMDAR’s zijn samengesteld uit GluN1-subeenheden, en ten minste één GluN2-subeenheid, van de vier GluN2-subtypes, GluN2A-2D. AMPAR en NMDAR co-lokaliseren op het postsynaptische domein in een hoge dichtheid, waarschijnlijk gestabiliseerd en gereguleerd, door interactie met cytosolische steigereiwitten (Traynelis et al. 2010).
AMPARs zijn voornamelijk natriumkanalen. NMDARs daarentegen laten zowel natrium als calcium door, waarbij calcium een belangrijke rol speelt bij synaptische plasticiteit, omdat calcium een verscheidenheid aan downstream-signaalgebeurtenissen in gang zet.
NMDARs spelen een belangrijke rol bij excitatoire transmissie, plasticiteit en excitotoxiciteit in de hersenen (Zhang et al. 2012a). Hun activering verhoogt de lange termijn potentiatie en vermindert de lange termijn depressie bij Schaffer collateraal-CA1 synapsen in de hippocampus. De NMDA-receptor is tegelijkertijd een potentiaal-afhankelijk en ligand-afhankelijk ionkanaal dat selectief positief geladen ionen doorgeeft. Het grootste deel van de ionenstroom bestaat uit calcium- en natriumionen die de cel in gaan, waarbij kaliumionen uit de cel vrijkomen. De NMDA-receptor bestaat uit vier subeenheden, twee NR1-klasse, en twee NR2-klasse. Een derde NMDA-receptorsubeenheid, NR3, werd later geïdentificeerd en is besproken door Low en Wee (2010).
Een endogene Na+/K+-ATPase inhibitor, endobain E (fractie IIE), is geïsoleerd uit rattenhersenen en deelt verschillende eigenschappen met ouabain. Endobain bezit neurotoxische eigenschappen die toe te schrijven zijn aan Na+/K+-ATPase inhibitie, wat leidt tot NMDAR activatie, wat het concept ondersteunt dat intracellulaire concentraties van Na+ en K+ ionen de NMDAR functie kunnen moduleren (Reines et al. 2001, 2004). Het effect van endobain E op de expressie van NMDA receptor subeenheden in membranen van rat cerebrale cortex en hippocampus werd geanalyseerd met behulp van Western blot (Bersier et al. 2008). Twee dagen na toediening van 10 µl endobain (1 μl per 28 mg weefsel) nam de expressie van NR1-subeenheden respectievelijk vijf- en 2,5-voudig toe in de hersenschors en de hippocampus. De expressie van NR2A-, NR2B- en NR2D-subeenheden nam in beide hersengebieden toe. De expressie van NR2C-subeenheden was in beide gebieden onaangetast. Deze resultaten geven aan dat endobain E de NMDA receptor subeenheid expressie differentieel wijzigt.
Excitatoire synaptische transmissie in de zoogdiercortex gaat gepaard met activering van AMPARs en het binnendringen van Na+ in de cel dat verwijderd moet worden via activering van Na+/K+-ATPase. Het is redelijk te veronderstellen dat er een wisselwerking bestaat tussen deze receptoren en Na+/K+-ATPase. Interessant is dat werd aangetoond dat Na+/K+-ATPase overvloedig aanwezig is op synaptische sites en dat het geco-lokaliseerd is met AMPARs (Zhang et al. 2009). Deze auteurs stellen een interactie voor tussen Na+/K+-ATPase α1-subeenheid en de intracellulaire C-terminal van GluR2-subeenheden. Na Na+/K+-ATPase inhibitie is er een snelle internalisatie en proteasomaal-gemedieerde degradatie van AMPARs en onderdrukking van AMPA-gemedieerde synaptische transmissie. Dit suggereert een homeostatische regulatie van AMPARs door Na+/K+-ATPase. Er wordt voorgesteld dat de intracellulaire Na+ accumulatie veroorzaakt door Na+/K+-ATPase inactiviteit leidt tot een verwijdering van Na+ kanalen aan het celoppervlak. Ouabain-geïnduceerde AMPAR degradatie wordt opgeheven in aanwezigheid van proteasoom remmers. Het is mogelijk dat deze afbraakroute gemoduleerd wordt door endogene Na+/K+-ATPase remmers. Op deze manier zou de pomp een belangrijke functie kunnen spelen in het reguleren van AMPAR synaptische distributie en transmissie die essentiële componenten zijn van plasticiteit (Man 2012). Het kan hierbij gaan om endogene ouabain, endobain en agrin (Hilgenberg et al. 2006; Schoner 2000, 2002). Na+/K+-ATPase kan dus de AMPAR-omzet, de synaptische sterkte en de hersenfunctie reguleren. Na+/K+-ATPase disfunctie na hypoxie, ischemie en beroerte is een belangrijke vroege pathologische respons (Zhang et al. 2009).
Na+/K+-ATPase en NMDARs spelen belangrijke rollen in de regulatie van leren en geheugen in de hippocampus (Zhang et al. 2012a), waarbij de eerste fungeert als een ionentransporter en de laatste als ionenkanalen. Deze auteurs gebruikten dihydro-ouabain om de effecten op NMDA stromen in rat hippocampale CA1 neuronen te onderzoeken. Dihydro-ouabain (10-1000 µM) verhoogde deze NMDA stromen, maar niet door activering van proteïne kinase A of C. Selectieve remmers van Src tyrosine kinase en mitogeen-geactiveerde proteïne kinases (MARK) cascade blokkeerden echter dihydro-ouabain-geïnduceerde NMDA stromen. Zhang et al. (2012a) concludeerden dat Src de crosstalk tussen Na+/K+-ATPase en NMDARs bemiddelt om de signalen van Na+/K+-ATPase naar de MARK cascade te transporteren.
Activering van NMDA receptoren verandert intracellulaire concentraties van Na+ en K+, die vervolgens worden hersteld door Na+/K+-ATPase. Er werd waargenomen dat NMDA-receptor en Na+/K+-ATPase met elkaar interageren en deze interactie werd aangetoond voor beide isovormen van α-subeenheid (α1 en α3) van Na+/K+-ATPase uitgedrukt in neuronen (Akkuratov et al. 2015). Met behulp van Western blotting toonden deze auteurs aan dat langdurige blootstelling van de primaire cultuur van rat cerebellaire neuronen aan nanomolaire concentraties ouabain leidt tot een afname van de niveaus van NMDAR-subeenheden NR1 en NR2B die waarschijnlijk wordt gemedieerd door de α3-subeenheid van Na+/K+-ATPase. Dit verschilt van eerder werk waarbij endobain E injectie resulteerde in verhoogde NMDAR expressie in cerebrale cortex en hippocampus (Bersier et al. 2008). De auteurs speculeren dat dit verschil te wijten zou kunnen zijn aan een verschil in hersengebied of een verschil tussen het werkingsmechanisme van endobain E en ouabain. Een afname van de enzymatische activiteit van de α1 subeenheid van Na+/K+-ATPase werd ook waargenomen na NMDAR activatie. Dit effect wordt gemedieerd door een toename van intracellulair Ca2+. Na+/K+-ATPase en NMDAR kunnen dus functioneel op elkaar inwerken door een macromoleculair complex te vormen dat belangrijk kan zijn voor het herstellen van de ionische balans na neuronale excitatie (Akkuratov et al. 2015). Bovendien kan de NMDAR-functie worden gereguleerd door endogene ouabain-achtige verbindingen.
Toxiciteitseffecten van ouabain Cellulaire Na+/K+-ATPase-inactivatie in neuro-gliale celculturen van cerebellum door 1 mM ouabain leidt tot glutamaat (Glu) accumulatie, hyperstimulatie van glutamaatreceptoren, hogere Ca2+ en Na+ influxen in de cellen via Glu-geactiveerde kanalen (Stelmashook et al. 1999). Dit proces leidt tot celzwelling, mitochondriale de-energetisatie en dood van de granule cellen. Toevoeging van een NMDAR antagonist met ouabain verhinderde echter deze reacties. De auteurs suggereren dat een daling in Na+/K+-ATPase activiteit in neuronen kan bijdragen tot het ontstaan van chronische neurologische aandoeningen.
De verschillende alfa-isovormen van Na+/K+-ATPase, die een verschillende gevoeligheid voor ouabain bezitten, kunnen verschillende signaalfuncties hebben. Inhibitie van rat neuronaal Na+/K+-ATPase alpha-3 isovorm bij lage (100 nM) ouabain concentratie leidde tot activatie van MAP kinase cascade via PKC en PIP3 kinase. In tegenstelling tot de ouabain-gevoelige alpha3 isovorm van Na+/K+-ATPase, reguleert een ouabain-resistente alpha1 isovorm (remming met 1 mM ouabain) van Na+/K+-ATPase MAP kinase via Src kinase-afhankelijke reacties. Met behulp van een Annexine V-FITC apoptotest om de cellen met vroege apoptotische kenmerken te bepalen, kunnen we concluderen dat de alpha3 isovorm het apoptose proces in cerebellum neuronen stimuleert en dat alpha1 het apoptose proces onderdrukt. Deze gegevens zijn de eerste die de deelname aantonen van ouabain-resistente (alpha-1) en ouabain-gevoelige (alpha-3) Na+/K+-ATPase isovormen in diverse signaalwegen in neuronale cellen (Karpova et al. 2010a, b).
Glutamaatreceptoren bij ongewervelden De belangrijke rol van glutamaterge transmissie in ongewervelde dieren wijst op een route waarlangs Na+/K+-pomp invloed zou kunnen hebben op glutamaterge transmissie. Deze transmitter speelt een belangrijke rol in de NMJ van geleedpotigen. Bovendien is het een belangrijke determinant in het centrale zenuwstelsel in andere belangrijke klassen van ongewervelde dieren (Walker et al. 1996). Bij deze belangrijke rollen zijn zowel homologe ionotrope als metabotrope glutamaatreceptoren betrokken. Er bestaat een nauw verband tussen glutamaatreceptoren en hogere vormen van gedrag in alle fyla (zie bespreking Robbins en Murphy 2006). Desondanks zijn er tot op heden geen ongewervelde glutamaatreceptoren beschreven die gemoduleerd worden door Na+/K+-pompen. Glutamaat en niet-NMDA glutamaat agonisten depolariseren echter de gliacellen van de bloedzuiger en de Retzius cellen, waardoor de intracellulaire Na+ activiteit verandert en een na-hyperpolarisatie wordt geïnduceerd (Dorner et al. 1994). Deze na-hyperpolarisatie wordt geblokkeerd door 100 µM ouabain en wanneer extern natrium gedeeltelijk wordt vervangen door lithium. Deze experimenten laten zien dat directe effecten van glutamaat en niet-NMDA glutamaat agonisten een Na+/K+-pomp kunnen activeren.
GABA-receptoren Zoogdier GABARs worden ingedeeld in GABAA-, GABAB- en GABAC-receptoren (Olsen 2018). GABAA- en GABAC-receptoren zijn ionotroop, terwijl GABAB-receptoren metabotroop zijn. Er is relatief weinig literatuur over de interactie tussen Na+/K+-ATPase en GABARs. Studies met RNA van rattenhersenen geïnjecteerd in Xenopus oocyten toonden het effect aan van ouabain op GABA-receptoren (Arvanov 1990; Arvanov en Usherwood 1991). Vier tot tien dagen na injectie reageerden de oöcyten op toepassingen van 1-100 µM, GABA, L-kainaat en L-glutamaat. Alle drie verbindingen riepen inwaartse stromen op. In ouabain-bevattende zoutoplossing werden de responsen op GABA, L-kainaat en L-glutamaat verhoogd met respectievelijk 80-120%, 20-30% en 20-40%, zowel in gefollliculeerde als gedefolliculeerde oöcyten. De omkeerpotentiëlen voor deze agonist-geïnduceerde stromen veranderden niet in de aanwezigheid van ouabain. 100 µM ouabain verhoogde ook het gewicht en het volume van de oöcyten. De auteurs stelden dat ouabain, door het volume van de eicel te verhogen, het gebied van de eicelmembraan dat receptoren bevat en dat toegankelijk is voor exogeen toegepaste agonisten, vergroot. Dit suggereert dat ouabain een direct effect heeft. De sleutelrol van Na+/K+-ATPase in het moduleren van Cl- fluxen (zie boven) betekent dat het mogelijk is dat dit effect deze belangrijke klasse van inhibitoire receptoren moduleert.
Dopamine receptoren (DARs) Na+/K+-ATPase is betrokken bij de regulatie van DARs. DAR’s kunnen interageren met een reeks moleculen die gezamenlijk dopaminereceptor-interagerende proteïnen, DRIP’s, worden genoemd en die niet alleen de receptorsignalering reguleren, maar ook bijdragen tot de receptortraffic en -stabiliteit en de vorming van het DAR-signaleringscomplex in cellen (Kabbani en Levenson 2007). Bertorello e.a. (1990) hebben aangetoond dat dopamine, door een synergistisch effect op D1 en D2 receptoren, de Na+/K+-ATPase activiteit van geïsoleerde striatale neuronen remt. Dit leidt tot een voorbijgaande depolarisatie van de MP, met een stijging van het intracellulaire Na+. De DAR’s van zoogdieren zijn verdeeld in twee families, namelijk D1 en D2. De D1 familie omvat D1 en D5 subtypes die gekoppeld zijn aan het heterotrimere G-eiwit GS en de adenylyl cyclase activiteit positief reguleren. De D2-familie, d.w.z., D2, D3, D4, subtypes zijn gekoppeld aan remmende GI/O-eiwitten en verminderen de adenylyl-cyclase-activiteit. Dopamine en andere catecholamines moduleren de Na+/K+-ATPase activiteit via twee mechanismen, namelijk een direct effect op het enzym en een effect op de catecholaminereceptoren, waarbij echter de PKC- en PKA-wegen betrokken zijn. Deze laatste activeren Na+/K+-ATPase door stimulering van PKC- en PKA-paden in specifieke weefsels (Therien en Blostein 2000). Dopamine binding aan neostriatale D1 DARs remt de Na+/K+-ATPase activiteit, terwijl dopamine binding aan D2 DARs natriumkanalen activeert, waardoor intracellulair natrium toeneemt en Na+/K+-ATPase wordt geactiveerd (Aizman et al. 2000). Met behulp van co-immunoprecipitatie en massaspectrometrie werd aangetoond dat D1 en D2 DARs bestaan in een complex met Na+/K+-ATPase (Hazelwood et al. 2008). Deze auteurs voerden biologische tests uit met Na+/K+-ATPase en DARs gecoëxpresseerd in HEK293T cellen om de invloed van Na+/K+-ATPase op de DAR functie te onderzoeken. Transfectie van D1 of D2 DARs in HEK293T cellen resulteerde in een duidelijke afname van de Na+/K+-ATPase α1 activiteit zonder verandering in het eiwitgehalte van het enzym. DAR’s zijn in staat om de Na+/K+-ATPase functie te verminderen in afwezigheid van dopamine en zonder een verandering in de enzymeniveaus. Dit levert verder bewijs voor het belang van een interacterend complex. Co-expressie van de twee eiwitten in een signaalcomplex (een term om een receptorcomplex te beschrijven, bestaande uit een verscheidenheid van eiwitinteracties, zie Hazelwood et al. 2010) resulteerde in wederzijdse demping van elkaars functie. Dit werk toont aan dat interactie tussen DARs en α1 subeenheid van Na+/K+-ATPase resulteert in wederzijdse modulatie van de functie tussen de twee eiwitten, zowel in aanwezigheid als in afwezigheid van liganden, wat een nieuw controlemechanisme oplevert voor DAR signalering en ionenbalans in de cel.
DARs zijn betrokken bij de aanpassing van striatale Na+/K+-ATPase activiteit in muizen na activering van opioide receptoren door morfine (Wu et al. 2007). In vivo morfine behandeling op korte termijn stimuleerde Na+/K+-ATPase activiteit en deze stimulatie werd geremd door een D2R antagonist, terwijl morfine behandeling op lange termijn Na+/K+-ATPase remt en deze inhibitie werd geremd door een D1R antagonist. Een cAMP-afhankelijk eiwit kinase A was betrokken bij het reguleren van de Na+/K+-ATPase activiteit door morfine.
Invertebrate DAR interactie met Na+/K+-ATPase De complexiteit van dopamine signalering in de ongewervelden is goed vastgesteld, en alle belangrijke fyla brengen homologen van zoogdier DARS tot expressie (Walker et al. 1996; Troppmann et al. 2014). Een voorbeeld is de interactie tussen Na+/K+-ATPase en dopamine-receptoren van acinarcellen van de teek, Ixodes scapularis (Kim et al. 2016). Dopamine-geïnduceerde speekselkliersecretie werd geremd door ouabain (10 µM), dat vochttransport in type III acini blokkeerde. Kim et al. (2016) suggereren dat het doelwit van de D1 receptor-gemedieerde intracellulaire signalering voor speekselkliersecretie Na+/K+-ATPase omvat. De basis van deze functionele interactie moet nog worden opgehelderd. Werkt zij door het soort directe eiwitinteracties zoals beschreven bij zoogdieren of door verschuiving van de ionische gradiënten die nodig zijn voor een normale celfunctie? Bewijzen voor dergelijke interacties in het ongewervelde zenuwstelsel ontbreken.
Serotonine (5-hydroxytryptamine) receptoren (5-HTRs) 5-HTRs worden ingedeeld in G-eiwit-gekoppelde receptoren (GPCRs) en ligand-gated ionkanalen en mediëren zowel excitatoire als inhibitoire effecten (Hoyer et al. 1994). Er zijn ten minste zes GPCR’s, namelijk 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, die in subtypes kunnen worden onderverdeeld en één ligand-gated Na+ en K+ kationkanaal, 5-HT3. 5-HT moduleert de Na+/K+-ATPase activiteit in CA1 piramidale neuronen in de rat hippocampus (Zhang et al. 2012b). Deze inhibitie verloopt via 5-HT3Rs aangezien deze werd verminderd door een 5-HT3R antagonist maar niet door een 5-HT1R antagonist. Bovendien bootste een 5-HT3R agonist het effect van 5-HT na. 5-HT agonisten kunnen de Na+/K+-ATPase activiteit in de hersenschors van ratten wijzigen vanaf dag 21 (Hernández 1982), en dit effect wordt geblokkeerd door 5-HT antagonisten. Na een toestand van geïnduceerde 5-HT receptor overgevoeligheid, was de respons van Na+/K+-ATPase op 5-HT agonisten versterkt. De auteur concludeerde dat de 5-HT receptor gevoeligheid in de hersenen van de rat Na+/K+-ATPase impliceert.
5-HT werkt als een transmitter in alle belangrijke fyla (Walker et al. 1996). Er is echter weinig bewijs voor interacties tussen 5-HTR’s en de Na+/K+-pomp. Injectie van Na+ in sensorische neuronen van de bloedzuiger, H. medicinalis, T leidt tot een negatiever MP als gevolg van de activering van Na+/K+-ATPase (Catarsi en Brunelli 1991). Deze toename van de negativiteit wordt geblokkeerd door 5-HT, dat de Na+/K+-pompactiviteit in T-cellen direct remt via cAMP (Catarsi et al. 1993). Repetitieve stimulatie van het receptieve veld van T-cellen induceert een verhoogde na-hyperpolarisatie (AHP) in T-cellen, die voornamelijk te wijten is aan een verhoogde Na+/K+-ATPase activiteit (Scuri et al. 2002). De AHP wordt verminderd door 5-HT of remming van de Na+/K+-pomp, wat de geleiding van actiepotentialen in synaptische terminals kan vergemakkelijken en belangrijk kan zijn voor de plasticiteit op korte termijn (Scuri et al. 2007). Remming van de Na+/K+-pomp, na injectie van 10 nM dihydro-ouabain, resulteert in een sneller zwemgedrag, wat een rol suggereert voor de pomp in de fysiologie van het zwemmen bij de bloedzuiger. De interactie tussen 5-HT en de Na+/K+-pomp op moleculair niveau in de bloedzuiger is echter niet bekend.