DARPP-32/PP-1

DARPP-32/PP-1
DARPP-32 (dopamine- and cAMP-regulated neuronal phosphoprotein) også kendt som Protein phosphatase 1 regulatory subunit 1B (PPP1R1B, da den regulerer ekspressionen af PP-1 (pyrazolopyrimidine, 4-amino-5-(4-methylphenyl)-7-(t-butyl)pyrazolo[3,4-d]pyrimidine)
PKA/PKG fosforylerer DARPP32 på Thr34, som undergår en konformationsændring og bliver aktiv.
DARPP32 binder sig herefter til den katalytiske underenhed af PP-1, hvilket forhindrer PP-1's evne til at defosforylere andre proteiner.Fosforylering af DARPP32 (PKA, PKG).
Dopamin: Dopamin-receptoren D1 (en Gs-koblet GPCR-receptor) aktiverer cAMP, som binder sig til PKA der fosforylerer DARPP32 på Thr34.
A2A-receptorer findes ofte sammen med D2-receptorer, hvor A2A-receptoren kan hæmme D2-receptoren og dermed fremme produktionen af cAMP.
Adenosin kan dog også hæmme cAMP, ved indirekte at aktivere D2-receptorer, hvor egne receptorer (som A2A) modulerer, eller samvirker med D2-receptorer.
VIP (Vasoaktiv Intestinal Peptid) aktiverer VIP-receptoren (en GCPR-koblet receptor) der aktiverer cAMP.
NO (Nitrogenoxid) aktiverer cyklisk guanosinmonophosphat (cGMP), der binder sig til
den serin/threonin-specifikke proteinkinase PKG (Proteinkinase G) som fosforylerer DARPP32 på Thr34.
Processer der fører til deforsforylering af DARPP32 (PP-2B):Glutamat aktiverer NMDA-receptoren (N-methyl-D-aspartate) der aktiverer Ca2+.
Ca2+ binder sig til calmodulin og aktiverer PP-2B.
Vigtigt at fremhæve, at calmodulin/PP-2B reaktionen finder sted ved lavere koncentrationer af Ca2+, mens højere koncentrationer af Ca2+ også aktiverer CaMKII.
Glutamat kan også aktivere AMPA-receptoren (Glutamat-gated ion kanal).
Kun visse typer af AMPA-receptorer tillader Ca2+ at passere (de uden GLuR2 underenheden, kaldet CP-AMBA). Også dette aktiverer PP-2B.
Aktiviteten af ​​AMPA-receptoren vides at blive potenseret ved fosforylering af GluR1-underenheden på flere steder af ​​enzymer, der inkluderer PKA.
Dopamin øger synergistisk fosforyleringen af ​​AMPA-receptoren via aktivering af PKA og hæmning af PP-1. Samlet set tyder disse resultater på at nedsat defosforylering af AMPA-receptoren resulterer i øget kanalaktivitet.
Antipsykotika (neuroleptika) hæmmer D2 og fremmer dermed Ca2+ niveauet i cellen der aktiverer både PB2A og den Ca2+/calmodulin-afhængige fosfatase PB-2B (calcineurin). PB-2B og PB2A defosforylerer DARPP32 på Thr32.
Dopamin kan også aktivere D2-receptoren, der således virker som en negativ feedback-mekanisme der kontrollerer mængden af dopamin der syntetiseres, frisættes og genoptages.
Opioider kan hæmme produktionen af cAMP ved binding til GCPR-receptorerne μ (mu), δ (delta), og κ (kappa), som er en gruppe af inhibitoriske G-proteinkoblede receptorer (Gi alpha).
Dette sker ved en "allosterisk modulation", hvor opioid-receptoren binder sig til en anden GCPR-receptor, en D2-lignende GCPR-receptor, og danner et heterodimerisk kompleks.
Dette forårsager en konformationsændring:
μ-, δ-, og κ-receptorerne kobles til Gi/o proteinerne, som derved frakobler βγ-underenhederne fra α-underenheden.
βγ-underenhederne binder sig til adenylylcyklasen, som også undergår en konformationsændring, hvorefter det ikke længere kan omdanne ATP til cAMP.
α-receptoren kan indirekte påvirke signalering fra adenosin-receptoren A2AR ved at danne heterodime komplekser som modulerer andre receptorer der stimulerer cAMP-produktion.
GABA (γ-aminobutyric acid) binder sig til GABAA -receptoren (ionotropisk og ligand-gated ionkanal).
Dermed strømmer kloridioner (CL-) ind.
Cellen hyperpolariseres (bliver mere negativt ladet).
Dette nedsætter influxen af Ca2+ og dermed dennes aktivering af PP-2B.
Neuropeptidet CCK (cholecystokinin) regulerer også fosforyleringstilstanden af ​​DARPP-32
CCK reducerer, gennem aktivering af CCKB-receptorer, forskolin-induceret fosforylering af DARPP-32, en effekt, der blokeres af en NMDA-receptorantagonist.
Det tyder på, at CCK stimulerer frigivelsen af ​​excitatoriske aminosyrer fra glutamatholdige kortikostriatale nerveterminaler og/eller aspartatholdige interneuroner, som igen stimulerer glutamatreceptorer.
CDK5 forsforylering af DARPP32 på Thr34
Fosforyleres DARPP-32 på en anden rest, threonin 75, af en proteinkinase kaldet cyclin-afhængig kinase 5 (CDK5). omdannes det til en hæmmer af PKA.
PP-1
Fosforyleret DARPP32 (pDARPP32) er en stærk inhibitor af den katalytiske enhed i PP1.
Hæmning af denne fosfatase har dels en forstærkende og dels en hæmmende effekt på flere nedstrøms-processer i cellen.
PP1 defosforylerer serin- og threoninrester i proteiner.
Det er et enzymkompleks (holoenzym) bestående af en katalytisk enhed og op til 200 forskellige regulatoriske enheder, som hver kun interagerer med bestemte målproteiner.
PP1 regulerer fosforyleringstilstanden og aktiviteten af mange nedstrøms fysiologiske effektorer, herunder forskellige neurotransmitterreceptorer og spændingsstyrede ionkanaler.
Nedenstående er uddrag af studiet Beyond the Dopamine Receptor: the DARPP-32/Protein Phosphatase-1 Cascade. doi.org/10.1016/S0896-6773(00)80789-9Hæmmet PP-1 effekt på NMDAR og L-Ca2+
PP-1 defosforylerer enten NMDA-receptorer eller L-type Ca2+-kanaler, hvilket fører til deres inaktivering. Hæmning af PP-1 ved fosfo-DARPP-32 virker synergistisk med PKA for at øge fosforyleringstilstanden og aktiviteten af ​​NMDA-receptorer og L-type Ca2+-kanaler. NMDA-receptorer og L-type Ca2+-kanaler er begge spændingsafhængige Ca2+-kanaler og virker på en indbyrdes afhængig måde for at øge de intracellulære Ca2+-niveauer.
Andre undersøgelser af en specifik type af neuroner har vist, at hæmmere af L-type Ca2+-kanaler markant reducerer (men ikke eliminerer) dopamins evne til at regulere NMDA-receptorstrømme (Cepeda et al. 1998).
D1-agonister forstærker L-type Ca2+-strømme i visse neuroner, en effekt, der sandsynligvis medieres af direkte fosforylering af kanalen af ​​PKA og hæmning af PP-1 af DARPP-32 (Surmeier et al. 1995).
Aktivering af DARPP-32/PP-1-kaskaden af ​​dopamin vil således føre til parallelle stigninger i fosforyleringen af ​​både NMDA NR1-underenheder og L-type Ca2+-kanaler og, på en indbyrdes afhængig måde, til en stigning i intracellulære Ca2+-niveauer.
Stigningen i Ca2+-niveauer vil til gengæld formodentlig aktivere PP-2B og defosforylere DARPP-32 som en del af en negativ feedbackmekanisme.
Hæmmet PP-1 effekt på AMPA-receptoren.
Dopamin øger synergistisk fosforyleringen af ​​AMPA-receptoren via aktivering af PKA og hæmning af PP-1. Samlet set tyder disse resultater på at nedsat defosforylering af AMPA-receptoren resulterer i øget kanalaktivitet.
(Yan et al. 1999)
Hæmmet PP-1 effekt på Na+
I celler phosphorylerer PKA direkte Na+-kanaler, og dette fører til hæmning af kanalaktivitet. Det synes sandsynligt, at fosforylering af DARPP-32, ved at hæmme PP-1, bidrager til den D1-receptormedierede hæmning af Na+-kanaler ved at reducere deres defosforylering .
(Schiffmann et al. 1998)
Hæmmet PP-1 effekt på N/P-Ca2+
Fosforylering af N- og P-type Ca2+-kanaler er også forbundet med ændret aktivitet.
I modsætning til den ovenfor beskrevne effekt på L-type Ca2+-kanaler reducerer D1-receptoragonister N- og P-type Ca2+-strømme (Surmeier et al. 1995).
Effekten af ​​D1-agonister er svækket i visse neuroner fra DARPP-32 knockout-mus (Fienberg et al. 1998), hvilket antyder en rolle for DARPP-32/PP-1-kaskaden i reguleringen af ​​N- og P-type Ca2+-kanaler.
Paradoksalt nok blokeres den hæmmende effekt af D1-receptoraktivering enten af ​​PKA-hæmmere eller PP-1-hæmmere, herunder fosfo-DARPP-32 (Surmeier et al. 1995). Disse resultater antyder en model, hvor PP-1-aktivitet øges af PKA, muligvis gennem regulering af en PP-1-målrettet underenhed, hvilket som følge heraf øges defosforyleringen af ​​N- og P-type Ca2+-kanaler.
Hæmmet PP-1 effekt på kokain, amfetamin og opiater.
Det dopaminerge neurotransmittersystem er et vigtigt mål for de forstærkende egenskaber ved misbrugsstoffer, herunder kokain, amfetamin og opiater. I overensstemmelse hermed forstyrrer læsionering af dopaminsystemet, eller administration af dopaminreceptorligander og sekundære budbringere, det normale forløb af lægemiddelselvindgivelse hos dyr (Self og Nestler 1995). Alle tre klasser af disse lægemidler inducerer gennem forskellige mekanismer en stigning i dopaminerg neurotransmission i de receptive felter i dopamin-neuroner i midthjernen (Koob et al. 1998) og regulerer fosforyleringen af ​​DARPP-32 (Figur 1). Hos intakte dyr øger både kokain og amfetamin DARPP-32-fosforylering i neostriatum. I neostriatale snit hæmmer en μ-opioidreceptoragonist DARPP-32-fosforylering induceret af D1-, men ikke af adenosin A2A-receptorstimulering. Omvendt hæmmer en δ-receptoragonist DARPP-32-fosforylering induceret af aktivering af A2A-, men ikke D1-, receptorer (Lindskog et al. 1999). Disse resultater er i overensstemmelse med en selektiv ekspression af μ- og δ-opioidreceptorer i henholdsvis striatonigrale og striatopallidale neuroner.
Resultater fra analysen af ​​DARPP-32 knockout-mus har også indikeret en essentiel rolle for DARPP-32/PP-1-signalvejen i de adfærdsmæssige handlinger hos misbrugsstoffer. 

Akut administration af kokain eller D-amfetamin fører normalt til stigninger i den lokomotoriske aktivitet. Disse reaktioner er alvorligt svækkede hos DARPP-32-defekte dyr. I modsætning hertil er sensibiliseringen af ​​den lokomotoriske reaktion på gentagen kokainadministration forhøjet hos DARPP-32 knockout-dyrene (28, 50). Disse resultater understreger de forskellige molekylære mekanismer, der er involveret i de akutte versus kroniske virkninger af disse lægemidler. Derudover indikerer de yderligere, at DARPP-32 kan udfylde enten en positiv eller en negativ feedbackrolle, afhængigt af det specifikke system, der undersøges.

Hovedkilde: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627300807989