Pompa Na+/K+ wpływa na receptory neuroprzekaźników, viz, ich gęstość i wrażliwość na ich przekaźnik, i te efekty zostaną teraz rozważone.
Receptory ACh Receptory ssaków dla ACh są podzielone na receptory nikotynowe i muskarynowe. Te receptory mogą być dalej podzielone na podtypy, viz, M1-M5 receptorów muskarynowych (Caulfield i Birdsall 1998) i 16 podtypów receptorów nikotynowych, viz, α1-α9, β1-β4, jeden γ, jeden δ, jeden ε (Lukas et al. 1999). U mięczaków, w Aplysia, początkowo funkcjonalnie zidentyfikowano trzy receptory ACh, jako receptor szybkiej odpowiedzi pobudzającej, receptor szybkiej odpowiedzi hamującej i receptor wolnej odpowiedzi hamującej (Kehoe 1972). Dwa receptory szybkiej odpowiedzi są nikotynowe, ale receptor wolnej odpowiedzi hamującej ma unikalne właściwości i jest aktywowany tylko przez ACh, karbamylocholinę i arekolinę. Pinsker i Kandel (1969) zaproponowali, że cholinergiczny interneuron Aplysia, L10, aktywował neuron następczy nie poprzez zmianę przewodnictwa błonowego, ale poprzez aktywację elektrogenicznej pompy Na+/K+. Wykazano jednak, że przynajmniej część tej postsynaptycznej odpowiedzi była spowodowana wzrostem przepuszczalności K+ (Kehoe i Ascher 1970). W 1980 r. Arvanov i Ayrapetyan opublikowali artykuł o depresyjnym wpływie ouabainy na amplitudę prądu indukowanego ACh w neuronach Helix. Była to ważna obserwacja i zapoczątkowała badania nad regulacją aktywności układów neuroprzekaźnikowych przez pompę Na+/K+.
Ponieważ frakcje endogennych związków ouabainopodobnych, endobain, zostały znalezione w mózgu ssaków (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1998), nie można wykluczyć, że związki te występują również u bezkręgowców i w sposób ciągły regulują receptory przekaźnikowe poprzez zmiany aktywności pompy w układach nerwowych bezkręgowców. Wzrost poziomu endobainy może tłumić aktywność pompy, a tym samym zmniejszać ułatwiający wpływ Na+/K+-ATPazy na aktywność układu cholinergicznego, co może mieć miejsce również u bezkręgowców. W celu uzyskania szczegółowych informacji na temat ewolucji endogennych interakcji ouabaina-Na+/K+ pompa, czytelnik jest odsyłany do doskonałego przeglądu Blaustein (2018).
W kolejnej, bardziej szczegółowej pracy (Ayrapetyan i wsp. 1985), korelacja pomiędzy aktywnością pompy Na+/K+ a chemowrażliwością błon została przeanalizowana przy użyciu dializy wewnątrzkomórkowej neuronów Helix. Wpływ na prądy błonowe indukowane ACh i GABA oraz wiązanie 3H-α-bungarotoksyny (3H-α-BT) i 3H-GABA w zwojach nerwowych Helix analizowano po zmianach aktywności pompy i wewnątrzkomórkowego ATP. Ekspozycja na zewnątrzkomórkową 100 µM ouabainę lub roztwór wolny od potasu, tłumiła prąd indukowany ACh w neuronach dializowanych typu A. Wzrost wewnątrzkomórkowego poziomu ATP prowadził do depresji prądu ACh i zaniku blokującego efektu ouabainy na te prądy. Wewnątrzkomórkowy ADP miał podobny, ale mniej znaczący wpływ na prądy wywołane przez ACh, podczas gdy wewnątrzkomórkowy AMP był nieefektywny. Ten efekt wewnątrzkomórkowego ATP na prąd ACh był tłumiony przez dinitrofenol, inhibitor fosforylacji błonowej. Ayrapetyan i wsp. (1985) proponują, że fosforylacja błon zmniejsza powinowactwo receptorów błonowych do ACh i GABA.
Wiązanie 3H-α-BT i 3H-GABA do błon było hamowane zarówno przez roztwory zawierające ouabainę jak i pozbawione potasu, a także przez teofilinę i NaF, które zwiększają poziom wewnątrzkomórkowego ATP. Wyniki te wskazują, że pompa Na+/K+ moduluje powinowactwo receptorów błonowych do ACh i GABA. Fakt, że było to podobne do efektów widzianych przez modulatory fosforylacji sugeruje, że efekty aktywności pompy są pośredniczone przez stan fosforylacji ich receptorów.
W późniejszej pracy, Arvanov et al. (1992b) wykazali, że ouabain selektywnie tłumił odpowiedzi neuronów typu Helix A na ACh, które były spowodowane selektywnym wzrostem przepuszczalności błony dla chlorku. Ten efekt ouabainy jest mediowany przez wzrost poziomu cAMP. Z kolei odpowiedzi neuronu typu Helix B, spowodowane głównie wzrostem przepuszczalności kationów jednowartościowych, nie były hamowane przez ouabainę. Blokada odpowiedzi Cl- nie była związana ze zmianą potencjału odwracającego odpowiedź. Arvanov i wsp. (1992a) stwierdzili, że działanie ouabainy nie było bezpośrednio związane z desensytyzacją receptora ACh. Z artykułu można wywnioskować, że wielkość wpływu ouabainy na Helixa może być związana ze wzrostem poziomu cAMP i odpowiednio fosforylacji receptora ACh w neuronach typu A oraz brakiem fosforylacji receptora w neuronach typu B.
W kolejnym badaniu Grigorian et al. (2001) znaleźli wrażliwe na ouabainę receptory muskarynowe typu A i niewrażliwe na ouabainę receptory nikotynowe typu B na tym samym neuronie w H. pomatia. Aktywność receptora typu A lub B może zależeć od stanu fizjologicznego neuronu, który z kolei może zależeć od stanu fosforylacji receptora i/lub poziomu aktywności endogennego związku podobnego do ouabainy.
Dwie rozpuszczalne frakcje kory mózgowej, nazwane szczytami I i II, które odpowiednio stymulują i hamują aktywność neuronalnej Na+/K+-ATPazy, zostały wyizolowane przez filtrację żelową w Sephadex G-50 (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1997, 1998, 1999). Ponieważ wcześniejsze badania sugerowały korelację między przekaźnictwem cholinergicznym a aktywnością Na+/K+-ATPazy, Rodriguez De Lores Arnaiz i wsp. (1999) sprawdzili wpływ tych szczytów na wiązanie się do tych błon antagonisty muskarynowego – benzilanu chinuklidynylu. Autorzy stwierdzili, że wiązanie było zwiększone przez szczyt I i zmniejszone przez szczyt II, II-E (oczyszczona frakcja II) oraz przez ouabainę, przy czym efekty te były zależne od stężenia. Wyniki te są podobne do tych uzyskanych przy użyciu synaptosomalnej błonowej Na+/K+-ATPazy, dlatego autorzy stwierdzili, że oba systemy funkcjonują w podobny sposób. Stymulacja pompy aktywuje nikotynowe i muskarynowe receptory cholinergiczne, a zahamowanie aktywności tego enzymu powoduje efekt przeciwny.
Ten wniosek wspiera ideę, że istnieją endogenne modulatory pompy Na+/K+ i mogą fizjologicznie regulować pompę, która może pośrednio określać sygnalizację poprzez modulację innych receptorów neuroprzekaźników.
Badania dotyczące mięśni gardła i ściany ciała C. elegans oraz pompy Na+/K+ są również zawarte w tej sekcji, ponieważ oba mięśnie otrzymują unerwienie cholinergiczne (Chiang i wsp. 2006; Rand i wsp. 2000; Richmond i Jorgensen 1999). eat-6 koduje ortologa podjednostki α Na+/K+-ATPazy u C. elegans (Davis i wsp. 1995). Właściwości skurczów gardła mutantów eat-6 różnią się od typu dzikiego tym, że są one słabsze, wolniejsze, a ich relaksacja opóźniona. Wewnątrzkomórkowe zapisy z końcowych włókien mięśniowych bulw mutantów eat-6 pokazują, że MP jest konsekwentnie depolaryzowane, a potencjały czynnościowe (APs) mają zmniejszoną amplitudę. Davis i wsp. proponują, że z powodu zmniejszonej aktywności pompy Na+/K+, gradienty jonowe we włóknach mięśniowych są zredukowane. Po ablacji układu nerwowego gardła fenotyp eat-6 utrzymuje się, co sugeruje, że EAT-6 ma swoje miejsce działania we włóknach mięśniowych. Co ciekawe, podanie 20 µM ouabainy do rozciętego gardła C. elegans typu dzikiego spowodowało znaczną redukcję relaksacyjnego transientu R elektrofaryngeogramu (EPG). Te EPG są podobne do tych uzyskanych u mutantów eat-6. Ten efekt działania ouabainy mógł być odwrócony po przemyciu. Wyższe stężenia ouabainy (35-40 µM) powodowały hiperkurcz mięśni, efekt ten również obserwowano u mutantów eat-6.
Badania z użyciem mutantów eat-6 zostały rozszerzone przez Doi i Iwasaki (2008), którzy stwierdzili, że mutacje w EAT-6 wpływają na skuteczność synaptyczną ACh poprzez zmianę ekspresji i lokalizacji nAChRs w złączu nerwowo-mięśniowym C. elegans. Proponuje się, że pompa Na+/K+ może pełnić now± rolę jako białko rusztowania, pomagaj±c w utworzeniu sztywnego skupiska receptorów tuż pod presynaptycznym miejscem uwalniania. Te efekty EAT-6 Na+/K+-ATPazy regulują cholinergiczną transmisję synaptyczną niezależnie od aktywności pompy. Doi i Iwasaki zbadali również lokalizację podjednostki β Na+/K+-ATPazy, NKB-1, najszerzej wyrażonej z trzech podjednostek NKB β w C. elegans. Białko NKB-1 wiąże się fizycznie z EAT-6, a mutanty nkb-1 wykazywały deficyty podobne do mutantów eat-6, w tym defekty w pompowaniu. Sugeruje to, że EAT-6 i NKB-1 tworzą funkcjonalną Na+/K+-ATPazę in vivo. Doi i Iwasaki omawiają możliwe mechanizmy, dzięki którym Na+/K+-ATPaza może indukować grupowanie nAChR. Na przykład, Na+/K+-ATPaza może modulować trajektorię nAChR poprzez aktywację/inaktywację kinazy tyrozynowej Src. Wykazano, że wi±zanie Src z Na+/K+-ATPaz± może tworzyć funkcjonalny kompleks sygnalizacyjny (Tian i wsp. 2006). Możliwe jest również, że liczba postsynaptycznych receptorów cholinergicznych mutantów eat-6 może być zwiększona. Doi i Iwasaki (2008) stwierdzili również, że receptory lewamisolowe i nikotynowe mutantów eat-6 były zróżnicowane pod względem ich ekspresji i lokalizacji w złączu mięśniowym ściany ciała. Wrażliwość na agonistów ACh była również zwiększona u mutantów eat-6.
Etanol może powodować hiperkurczliwość C. elegans poprzez aktywację nowej podjednostki α związanej z cholinergicznym receptorem mięśni ściany ciała (Hawkins i wsp. 2015). Ta hiperkurczliwość może się odwrócić po 40 min pomimo ciągłej obecności etanolu, co wskazuje na tolerancję etanolu. Autorzy ustalili związek między tą sygnalizacją cholinergiczną, Na+/K+-ATPazą i tolerancją etanolu. Na przykład, nietypowa mutacja w EAT-6, eat-6 (eg200), nie rozwinęła tolerancji na hiperkurcz wywołany etanolem, co sugeruje, że funkcja Na+/K+-ATPazy jest wymagana do rozwoju tolerancji na etanol u C. elegans.
Receptory glutaminianu Glutaminian jest głównym pobudzającym przekaźnikiem synaptycznym w mózgu ssaków i działa jako przekaźnik u bezkręgowców (Walker i wsp. 1996). W latach 90. XX wieku, dzięki zastosowaniu metod biologii molekularnej do badania receptorów glutaminianowych, podzielono je na jonotropowe (iGlu) i metabotropowe (mGlu) (Mosharova 2001). Receptory NMDA, AMPA i kainianowe określane są jako receptory jonotropowe (tj. jonokanałowe). Wszystkie pozostałe receptory określane są jako metabotropowe (mGluRs) i regulują kanały jonowe oraz enzymy wytwarzające drugie przekaźniki za pośrednictwem specyficznych receptorów sprzężonych z białkami G. Istnieje osiem receptorów mGluRs. Istnieje osiem mGluRs, podzielonych na 3 grupy: I, II i III, w zależności od stopnia zachowania ich sekwencji aminokwasowej i sposobu działania (Pin i Duvoison 1995). AMPAR-y pośredniczą w zdecydowanej większości szybkiej pobudzającej transmisji synaptycznej (Trussell i wsp. 1994), natomiast NMDAR-y odgrywają istotną rolę w modulacji efektywności synaptycznej, generując plastyczność synaptyczną (Hunt i Castillo 2012).
AMPAR-y są heterotetramerami, zbudowanymi z różnych kombinacji czterech podjednostek GluA1-4, z których najczęściej spotykane są receptory zawierające GluA1/GluA2 lub GluAR2/GluA3. NMDAR-y składają się z podjednostek GluN1 i co najmniej jednej podjednostki GluN2, spośród czterech podtypów GluN2, GluN2A-2D. AMPAR i NMDAR kolokalizują się w domenie postsynaptycznej w dużej gęstości, prawdopodobnie stabilizowanej i regulowanej przez interakcje z cytozolowymi białkami rusztowania (Traynelis i wsp. 2010).
AMPAR-y są przede wszystkim kanałami sodowymi. W porównaniu z nimi, NMDAR-y umożliwiają wejście zarówno sodu, jak i wapnia, przy czym ten ostatni odgrywa istotną rolę w plastyczności synaptycznej, ponieważ wapń uruchamia szereg zdarzeń sygnalizacyjnych.
NMDAR-y odgrywają ważną rolę w przekaźnictwie pobudzającym, plastyczności i ekscytotoksyczności w mózgu (Zhang i wsp. 2012a). Ich aktywacja zwiększa potencjację długotrwałą i zmniejsza depresję długotrwałą na synapsach Schaffera z bocznicą CA1 w hipokampie. Receptor NMDA jest jednocześnie zależnym od potencjału i ligandu kanałem jonowym, który selektywnie przepuszcza dodatnio naładowane jony. Główną część prądu jonowego stanowią jony wapnia i sodu, które przedostają się do wnętrza komórki, uwalniając z niej jony potasu. Receptor NMDA składa się z czterech podjednostek, dwóch klasy NR1 i dwóch klasy NR2. Trzecia podjednostka receptora NMDA, NR3, została później zidentyfikowana i została omówiona przez Low i Wee (2010).
Endogenny inhibitor Na+/K+-ATPazy, endobaina E (frakcja IIE), została wyizolowana z mózgu szczura i ma kilka właściwości wspólnych z ouabainą. Endobaina posiada właściwości neurotoksyczne, które można przypisać inhibicji Na+/K+-ATPazy, co prowadzi do aktywacji NMDAR, wspierając koncepcję, że wewnątrzkomórkowe stężenia jonów Na+ i K+ mogą modulować funkcję NMDAR (Reines et al. 2001, 2004). Wpływ endobainy E na ekspresję podjednostek receptora NMDA w błonach kory mózgowej i hipokampa szczura analizowano metodą Western blot (Bersier i wsp. 2008). Dwa dni po podaniu 10 µl endobainy (1 μl na 28 mg tkanki), ekspresja podjednostki NR1 wzrosła odpowiednio pięciokrotnie i 2,5-krotnie w korze mózgowej i hipokampie. Ekspresja podjednostek NR2A, NR2B i NR2D wzrastała w obu obszarach mózgu. Ekspresja podjednostki NR2C nie uległa zmianie w żadnym z tych obszarów. Wyniki te wskazują, że endobaina E w różny sposób modyfikuje ekspresję podjednostek receptora NMDA.
Pobudzająca transmisja synaptyczna w korze mózgowej ssaków wiąże się z aktywacją AMPAR-ów i wejściem Na+ do komórki, który musi być usunięty poprzez aktywację Na+/K+-ATPazy. Można więc przypuszczać, że istnieje sprzężenie zwrotne między tymi receptorami a Na+/K+-ATPazą. Co ciekawe, wykazano, że Na+/K+-ATPaza obficie występuje w miejscach synaptycznych i jest kolokalizowana z AMPAR-ami (Zhang i wsp. 2009). Autorzy ci proponują interakcję pomiędzy podjednostką α1 Na+/K+-ATPazy a wewnątrzkomórkowym C-końcem podjednostek GluR2. Po zahamowaniu Na+/K+-ATPazy następuje szybka internalizacja i proteasomalna degradacja AMPAR-ów oraz supresja transmisji synaptycznej z udziałem AMPA. Sugeruje to homeostatyczną regulację AMPAR przez Na+/K+-ATPazę. Proponuje się, że wewnątrzkomórkowa akumulacja Na+ spowodowana brakiem aktywności Na+/K+-ATPazy prowadzi do usunięcia kanałów Na+ na powierzchni komórki. Degradacja AMPAR indukowana przez ouabainę jest zniesiona w obecności inhibitorów proteasomu. Jest możliwe, że ta droga degradacji jest modulowana przez endogenne inhibitory Na+/K+-ATPazy. W ten sposób pompa ta może pełnić ważną funkcję w regulacji dystrybucji i transmisji synaptycznej AMPAR, które są istotnymi składnikami plastyczności (Man 2012). Mogą to być m.in. endogenne ouabaina, endobaina i agryna (Hilgenberg i wsp. 2006; Schoner 2000, 2002). W ten sposób Na+/K+-ATPaza może regulować obrót AMPAR, siłę synaptyczną i funkcjonowanie mózgu. Dysfunkcja Na+/K+-ATPazy w następstwie niedotlenienia, niedokrwienia i udaru mózgu jest główną wczesną reakcją patologiczną (Zhang i wsp. 2009).
Na+/K+-ATPaza i NMDARs odgrywają ważne role w regulacji uczenia się i pamięci w hipokampie (Zhang i wsp. 2012a), przy czym pierwsza z nich działa jako transporter jonów, a druga jako kanały jonowe. Autorzy ci wykorzystali dihydro-ouabainę do zbadania jej wpływu na prądy NMDA w neuronach CA1 hipokampa szczura. Dihydro-ouabaina (10-1000 µM) zwiększała te prądy NMDA, ale nie poprzez aktywację kinazy białkowej A lub C. Natomiast selektywne inhibitory kinazy tyrozynowej Src i kaskady kinaz białkowych aktywowanych mitogenami (MARK) blokowały indukowane dihydro-ouabainą prądy NMDA. Zhang i wsp. (2012a) doszli do wniosku, że Src pośredniczy w przesłuchach między Na+/K+-ATPazą i NMDAR w celu przekazania sygnałów od Na+/K+-ATPazy do kaskady MARK.
Aktywacja receptorów NMDA zmienia wewnątrzkomórkowe stężenia Na+ i K+, które są następnie przywracane przez Na+/K+-ATPazę. Zaobserwowano, że receptor NMDA i Na+/K+-ATPaza oddziałują ze sobą, a interakcję tę wykazano dla obu izoform podjednostki α (α1 i α3) Na+/K+-ATPazy ulegających ekspresji w neuronach (Akkuratov i wsp. 2015). Wykorzystując Western blotting, autorzy ci wykazali, że długotrwała ekspozycja pierwotnej hodowli neuronów móżdżku szczura na nanomolarne stężenia ouabainy prowadzi do spadku poziomu podjednostek NMDAR NR1 i NR2B, który jest prawdopodobnie mediowany przez podjednostkę α3 Na+/K+-ATPazy. Różni się to od wcześniejszych prac, w których wstrzyknięcie endobainy E powodowało wzrost ekspresji NMDAR w korze mózgowej i hipokampie (Bersier i wsp. 2008). Autorzy spekulują, że różnica ta może być spowodowana różnicą w regionie mózgu lub różnicą w sposobie działania endobainy E i ouabainy. Po aktywacji NMDAR obserwowano również spadek aktywności enzymatycznej podjednostki α1 Na+/K+-ATPazy. Efekt ten jest mediowany przez wzrost wewnątrzkomórkowego Ca2+. Zatem Na+/K+-ATPaza i NMDAR mogą oddziaływać funkcjonalnie, tworząc wielkocząsteczkowy kompleks, który może być istotny w przywracaniu równowagi jonowej po pobudzeniu neuronów (Akkuratov i wsp. 2015). Ponadto, funkcja NMDAR może być regulowana przez endogenne związki podobne do ouabainy.
Wyniki toksyczności ouabainy Komórkowa inaktywacja Na+/K+-ATPazy w hodowlach komórek neuroglejowych móżdżku przez 1 mM ouabainy prowadzi do akumulacji glutaminianu (Glu), hiperstymulacji receptorów glutaminianowych, większego napływu Ca2+ i Na+ do komórek przez kanały aktywowane przez Glu (Stelmashook i wsp. 1999). Proces ten prowadzi do pęcznienia komórek, de-energizacji mitochondriów i śmierci komórek ziarnistych. Jednak dodanie antagonisty NMDAR z ouabainą zapobiegało tym reakcjom. Autorzy sugerują, że spadek aktywności Na+/K+-ATPazy w neuronach może przyczyniać się do wystąpienia przewlekłych zaburzeń neurologicznych.
Kilka alfa-izoform Na+/K+-ATPazy, posiadających różną wrażliwość na ouabainę, może pełnić różne funkcje sygnalizacyjne. Hamowanie szczurzej neuronalnej izoformy alfa-3 Na+/K+-ATPazy przy niskim (100 nM) stężeniu ouabainy prowadziło do aktywacji kaskady kinazy MAP poprzez PKC i kinazę PIP3. W przeciwieństwie do wrażliwej na ouabainę izoformy alfa3 Na+/K+-ATPazy, oporna na ouabainę izoforma alfa1 (inhibicja przy użyciu 1 mM ouabainy) Na+/K+-ATPazy reguluje kinazę MAP poprzez reakcje zależne od kinazy Src. Zastosowanie testu apoptotycznego Annexin V-FITC do oznaczenia komórek z wczesnymi cechami apoptozy pozwala stwierdzić, że izoforma alfa3 stymuluje, a alfa1 tłumi proces apoptozy w neuronach móżdżku. Dane te są pierwszą demonstracją wskazującą na udział izoform Na+/K+-ATPazy opornej na ouabainę (alfa-1) i wrażliwej na ouabainę (alfa-3) w różnych szlakach sygnalizacyjnych w komórkach neuronalnych (Karpova i wsp. 2010a, b).
Receptory glutaminianowe u bezkręgowców Ważna rola transmisji glutaminianergicznej u bezkręgowców wskazuje na drogę, którą pompa Na+/K+ może wpływać na transmisję glutaminianergiczną. Transmiter ten odgrywa istotną rolę w NMJ stawonogów. Co więcej, jest on kluczową determinantą w centralnym układzie nerwowym u innych głównych klas bezkręgowców (Walker et al. 1996). W tych ważnych rolach uczestniczą zarówno homologiczne jonotropowe, jak i metabotropowe receptory glutaminianowe. Istnieje ścisły związek między receptorami glutaminianowymi a wyższymi formami zachowania u różnych gromad (patrz przegląd Robbins i Murphy 2006). Mimo to, do tej pory nie opisano receptorów glutaminianowych u bezkręgowców, które byłyby modulowane przez pompę Na+/K+. Jednakże agoniści glutaminianu i nie-NMDA depolaryzują komórki glejowe pijawki i komórki Retziusa, zmieniając aktywność wewnątrzkomórkową Na+ i indukując następczą hiperpolaryzację (Dorner i wsp. 1994). Ta after-hiperpolaryzacja jest blokowana przez 100 µM ouabainy i gdy zewnętrzny sód jest częściowo zastąpiony litem. Eksperymenty te pokazują, że bezpośrednie działanie glutaminianu i agonistów glutaminianu nie-NMDA może aktywować pompę Na+/K+.
Receptory GABA Receptory GABAR u ssaków klasyfikuje się na receptory GABAA, GABAB i GABAC (Olsen 2018). Receptory GABAA i GABAC są receptorami jonotropowymi, natomiast receptory GABAB są receptorami metabotropowymi. Istnieje stosunkowo mało literatury na temat interakcji pomiędzy Na+/K+-ATPazą a GABARami. Badania z wykorzystaniem RNA mózgu szczura wstrzykniętego do oocytów Xenopus wykazały wpływ ouabainy na receptory GABA (Arvanov 1990; Arvanov i Usherwood 1991). Cztery do dziesięciu dni po wstrzyknięciu, oocyty reagowały na podanie 1-100 µM GABA, L-kainatu i L-glutaminianu. Wszystkie trzy związki wywoływały prądy wewnętrzne. W soli fizjologicznej zawierającej ouabainę, odpowiedzi na GABA, L-kainat i L-glutaminian były zwiększone odpowiednio o 80-120%, 20-30% i 20-40%, zarówno w oocytach folikulowanych, jak i defolikulowanych. Potencjały odwrotne dla tych prądów indukowanych agonistami nie zmieniły się w obecności ouabainy. 100 µM ouabainy zwiększało również masę i objętość oocytów. Autorzy zaproponowali, że ouabaina, poprzez zwiększenie objętości oocytu, zwiększa powierzchnię błony oocytu zawierającej receptory, która jest dostępna dla egzogennie aplikowanych agonistów. Sugeruje to, że efekt działania ouabainy jest bezpośredni. Kluczowa rola Na+/K+-ATPazy w modulowaniu przepływu Cl- (patrz wyżej) oznacza, że jest możliwe, że ten efekt może modulować tę ważną klasę receptorów hamujących.
Receptory dopaminowe (DARs) Na+/K+-ATPaza jest zaangażowana w regulację DARs. DAR mogą wchodzić w interakcje z szeregiem cząsteczek określanych wspólnym mianem białek oddziałujących z receptorami dopaminowymi (DRIPs), które nie tylko regulują sygnalizację receptorową, ale przyczyniają się do handlu receptorami, stabilności i tworzenia kompleksu sygnalizacji DAR w komórkach (Kabbani i Levenson 2007). Bertorello i wsp. (1990) przedstawili dowody na to, że dopamina, poprzez synergistyczne działanie na receptory D1 i D2, hamuje aktywność Na+/K+-ATPazy w izolowanych neuronach striatalnych. Prowadzi to do przejściowej depolaryzacji MP, z jednoczesnym wzrostem wewnątrzkomórkowego Na+. DAR u ssaków dzielą się na dwie rodziny, tj. D1 i D2. Rodzina D1 zawiera podtypy D1 i D5, które s± sprzężone z heterotrimeryczn± protein± G GS i pozytywnie reguluj± aktywno¶ć cyklazy adenylowej. Podtypy z rodziny D2 (D2, D3, D4) s± sprzężone z hamuj±cymi białkami GI/O i zmniejszaj± aktywno¶ć cyklazy adenylowej. Dopamina i inne katecholaminy modulują aktywność Na+/K+-ATPazy poprzez dwa mechanizmy, tj. bezpośredni wpływ na enzym oraz wpływ na receptory katecholaminowe, ale z udziałem szlaków PKC i PKA. Te ostatnie aktywują Na+/K+-ATPazę poprzez stymulację szlaków PKC i PKA w określonych tkankach (Therien i Blostein 2000). Dopamina wiążąca się z D1 DAR neuronów neostriatalnych hamuje aktywność Na+/K+-ATPazy, podczas gdy dopamina wiążąca się z D2 DAR aktywuje kanały sodowe, co zwiększa wewnątrzkomórkowe stężenie sodu i aktywuje Na+/K+-ATPazę (Aizman i wsp. 2000). Stosując koimmunoprecypitację i spektrometrię mas wykazano, że D1 i D2 DAR występują w kompleksie z Na+/K+-ATPazą (Hazelwood i wsp. 2008). Autorzy ci przeprowadzili badania biologiczne z Na+/K+-ATPazą i DAR współekspresjonowanymi w komórkach HEK293T w celu zbadania wpływu Na+/K+-ATPazy na funkcję DAR. Transfekcja D1 lub D2 DAR do komórek HEK293T spowodowała wyraźny spadek aktywności Na+/K+-ATPazy α1 bez zmiany poziomu białka enzymu. DARs są w stanie zmniejszyć funkcję Na+/K+-ATPazy w nieobecności dopaminy i bez zmiany poziomu enzymu. Dostarcza to kolejnych dowodów potwierdzających znaczenie kompleksu interakcyjnego. Współekspresja tych dwóch białek w signalpleksie (termin określający kompleks receptorowy, składający się z wielu interakcji białkowych, patrz Hazelwood i wsp. 2010) powodowała wzajemne tłumienie ich funkcji. Praca ta pokazuje, że interakcja pomiędzy DAR i α1 podjednostką Na+/K+-ATPazy skutkuje wzajemną modulacją funkcji pomiędzy tymi dwoma białkami, zarówno w obecności, jak i przy braku ligandów, dostarczając nowego mechanizmu kontroli sygnalizacji DAR i równowagi jonowej w komórce.
DAR są zaangażowane w adaptację aktywności mysiej striatalnej Na+/K+-ATPazy po aktywacji receptorów opioidowych przez morfinę (Wu i wsp. 2007). Krótkotrwałe leczenie morfiną in vivo stymulowało aktywność Na+/K+-ATPazy, a stymulacja ta była hamowana przez antagonistę D2R, podczas gdy długotrwałe leczenie morfiną hamowało Na+/K+-ATPazę, a hamowanie to było hamowane przez antagonistę D1R. Kinaza białkowa A zależna od cAMP była zaangażowana w regulację aktywności Na+/K+-ATPazy przez morfinę.
Invertebrate DAR interaction with Na+/K+-ATPase The complexity of dopamine signalling in the invertebrates is well established, and all the major phyla express homologues of mammalian DARS (Walker et al. 1996; Troppmann et al. 2014). Przykładem jest interakcja pomiędzy Na+/K+-ATPazą a receptorami dopaminowymi komórek akinarnych kleszcza, Ixodes scapularis (Kim i wsp. 2016). Wydzielanie ślinianki indukowane dopaminą było hamowane przez ouabainę (10 µM), która blokowała transport płynu w acinariach typu III. Kim i wsp. (2016) sugerują, że celem wewnątrzkomórkowej sygnalizacji pośredniczącej w wydzielaniu śliny przez receptor D1 jest m.in. Na+/K+-ATPaza. Podstawa tej funkcjonalnej interakcji pozostaje do wyjaśnienia. Czy działa ona poprzez rodzaj bezpośrednich interakcji białkowych opisanych dla ssaków, czy też poprzez przesunięcie gradientów jonowych, które są wymagane do normalnego funkcjonowania komórki? Brak jest dowodów na takie interakcje w układzie nerwowym bezkręgowców.
Receptory serotoniny (5-hydroksytryptaminy) (5-HTRs) 5-HTRs są sklasyfikowane jako receptory sprzężone z białkami G (GPCRs) oraz kanały jonowe bramkowane ligandami i pośredniczą zarówno w działaniu pobudzającym jak i hamującym (Hoyer et al. 1994). Wyróżnia się co najmniej sześć GPCRs, tj. 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, które można podzielić na podtypy oraz jeden kanał kationowy Na+ i K+ sprzężony z ligandem, 5-HT3. 5-HT moduluje aktywność Na+/K+-ATPazy w neuronach piramidowych CA1 w hipokampie szczura (Zhang i wsp. 2012b). Hamowanie to odbywa się za pośrednictwem 5-HT3R, ponieważ było ono zmniejszane przez antagonistę 5-HT3R, ale nie przez antagonistę 5-HT1R. Ponadto, agonista 5-HT3R naśladował efekt działania 5-HT. Agoniści 5-HT mogą modyfikować aktywność Na+/K+-ATPazy w korze mózgowej szczurów od 21. dnia życia (Hernández 1982), a efekt ten jest blokowany przez antagonistów 5-HT. W stanie indukowanej nadwrażliwości receptorów 5-HT odpowiedź Na+/K+-ATPazy na agonistów 5-HT była zwiększona. Autor doszedł do wniosku, że wrażliwość receptora 5-HT w mózgu szczura angażuje Na+/K+-ATPazę.
5-HT działa jako transmiter we wszystkich głównych fyllach (Walker i wsp. 1996). Jednakże, istnieje niewiele dowodów na interakcje pomiędzy 5-HTR a pompą Na+/K+. Wstrzyknięcie Na+ do neuronów czuciowych pijawki lekarskiej (H. medicinalis) powoduje, że MP stają się bardziej ujemne z powodu aktywacji Na+/K+-ATPazy (Catarsi i Brunelli 1991). Ten wzrost negatywności jest blokowany przez 5-HT, który bezpośrednio hamuje aktywność pompy Na+/K+ w komórkach T poprzez cAMP (Catarsi et al. 1993). Powtarzalna stymulacja pola receptywnego komórek T indukuje zwiększoną hiperpolaryzację następczą (AHP) w komórkach T, która jest głównie spowodowana zwiększoną aktywnością Na+/K+-ATPazy (Scuri i wsp. 2002). AHP jest redukowana przez 5-HT lub inhibicję pompy Na+/K+, co może ułatwiać przewodzenie potencjału czynnościowego w zakończeniach synaptycznych i być istotne dla krótkotrwałej plastyczności (Scuri i wsp. 2007). Zahamowanie pompy Na+/K+, po wstrzyknięciu 10 nM dihydro-ouabainy, skutkuje szybszym zachowaniem pływackim, co sugeruje rolę pompy w fizjologii pływania u pijawki. Jednakże interakcja pomiędzy 5-HT a pompą Na+/K+ na poziomie molekularnym u pijawki nie jest znana.
.