Kap.
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4:_Excitatorische_Aminosäuren
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Inhalt

Glutaminsäure, CGP 39653
Glycin, L-689.560, L-701.324, MDL-105.519
Glycine transport blocker
Spermidin
Ifenprodil, RO 25-6981
MK-801
Kainsäure
AMPA
CNQX, RO 48-8587
LY-354.740, LY-341.495, CPPG
MPEP, R214127

Der physiologische Ligand Glutaminsäure bindet an mindestens 4 verschiedene Rezeptor-Subtypen:
ionotrope Rezeptoren:
NMDA(N-Methyl-D-Asparaginsäure)-Rezeptoren

AMPA(-Amino-3-hydroxy-5-methylisoxazol-4-propionsäure)-Rezeptoren

KA(Kainsäure)-Rezeptoren
metabotrope Rezeptoren:
group I, group II, group III Rezeptoren
NMDA-, AMPA- und Kainsäure-Rezeptoren sind nach dem jeweils selektiven (unphysiologischen) Agonisten benannt und mit einem Kationenkanal gekoppelt; metabotrope Glutamat-Rezeptoren sind mit einem G-Protein gekoppelt. Der NMDA-Rezeptor besitzt zahlreiche Bindungsstellen (Rezeptorkomplex), während AMPA-, Kainsäure- und metabotrope Rezeptoren einfacher gebaut sind und offenbar keine weiteren Bindungsstellen außer derjenigen für Glutaminsäure besitzen. AMPA und Kainsäure sind sehr potente Substanzen und eignen sich hervorragend als hochaffine und selektive Radioliganden. NMDA hat eine EC50 von 1 µM und ist als Radioligand unbrauchbar.
L-[3H]Glutaminsäure bindet prinzipiell an alle Rezeptor-Subtypen, wird aber praktisch nur zur Markierung von NMDA-Rezeptoren eingesetzt:

* 3H-Positionen

KD = 20 - 30 nM
Inkubation 20 min bei 4°C
1 µM Kainsäure & Quisqualsäure, 10 µM Glycin
unspezifische Bindung 100 µM NMDA
Zentrifugationstechnik
Die Membranen sollen von einem Gewebe präpariert werden, das besonders reich an NMDA-Rezeptoren ist (Hippocampus oder cerebraler Cortex der Ratte). Die Blockade der übrigen Glutamatrezeptoren (Quisqualsäure bindet an AMPA- und an metabotrope Rezeptoren) und die Definition der unspezifischen Bindung mit Überschuß an NMDA machen [3H]Glutaminsäure zu einem selektiven NMDA-Liganden.
Weitere Radioliganden für den NMDA-Rezeptorkomplex:
[3H]CGP 39653 ((E)-2-Amino-4-propyl-5-phosphono-3-pentenoic acid)
KD 6 nM
Inkubation 1 h bei 4°C
Filtrationstechnik

Bindet selektiv an die Glutamat-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptorkomplexes, Antagonist. Cave: Filter nicht mit Polyethylenimin vorbehandeln (siehe nächstes Kapitel), weil dadurch die Bindung des freien Radioliganden an das Filter verstärkt wird (Säure!). 


[3H]Glycin

KD = 30 - 120 nM
Inkubation 20 min bei 4°C, 10 µM Glutaminsäure
unspezifische Bindung mit 100 µM D-Serin
Zentrifugationstechnik

Co-Agonist der Glutaminsäure am NMDA-Rezeptorkomplex, physiologischer Ligand. Zusatz von 10 µM Glutamat erhöht die Affinität und schaltet indirekte Wirkungen über die Glutamat-Bindungsstelle aus. Hohe Reinheits-Anforderungen (Wasser, Reaktionsgefäße).


Antagonisten an der Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptorkomplexes:

[3H]L-689.560 ( 4-(trans)- 2-carboxy-5,7-dichloro-4- phenylaminocarbonylamino- 1,2,3,4-tetrahydrochinolin)
[3H]L-701.324 (7-chloro-4- hydroxy-3-(3-phenoxy) phenylchinolin-2(1H)-on)
[3H]MDL-105.519 ((E)-3- (2-phenyl-2-carboxy ethenyl)-4,6-dichloro-1H- indole-2-carboxylic acid)
KD 3 nM
Inkubation 3 h bei 4°C
Filtrationstechnik
KD 1 nM
Inkubation 3 h bei 4°C
Filtrationstechnik
KD 3 nM
Inkubation 30 min bei 20°C
Filtrationstechnik

Selektive Glycine uptake blocker:

[3H]NPTS (ein Sarcosin-Derivat)
(Pfizer)
4-benzyloxy-3,5-dimethoxy-N- [(dimethylaminocyclopentyl)methyl]benzamid
(Organon)



selektiv für GlyT1
Verteilung parallel zum NMDA-Rezeptor
KD 1 nM
Lowe et al. (2003) BMCL 13, 1291
selektive für GlyT2 (noch nicht markiert)
Verteilung parallel zum Strychnin-sensitiven Rezeptor
IC50 16 nM
Caufield et al. (2001) JMC 44, 2679

[3H]Spermidin
KD = 160-500 µM (!)
Inkubation 10 min bei 4°C oder bei 22°C
Filtrationstechnik (?)

Physiologischer Agonist für die Polyamin-Regulationsstelle am NMDA-Rezeptorkomplex; KD stimmt gut mit der in elektrophysiologischen Experimenten beobachteten EC50 (Konzentration mit halbmaximaler Wirkung) überein. Die BM (600 - 6000 pMol/mg Gewebe) liegt allerdings 104 - 105 Mal höher als die anderer Liganden des NMDA-Rezeptorkomplexes; fragwürdige Bedeutung ('filter binding' ?). Binding to 'post-synaptic densities' sieht schon eher nach NMDA-Rezeptor aus: KD 7.5 nM, BM 0.8 pmole/mg protein (Foucaud et al. 1995, Eur.J.Pharmacol. 289, 471).


(+/-)erythro[3H]Ifenprodil
KD 9 nM, Inkubation 2 h bei 4°C
3 µM GBR 12909 (sigma-Ligand)
Filtrationstechnik

Vasodilatatorische und neuroprotektive Substanz mit unbekanntem Wirkmechanismus. Razemat? Zusatz eines sigma-Liganden, um Bindung an sigma-Rezeptoren zu verhindern (Hashimoto et al. 1994, EJP 266, 67); unspezifische Bindung definiert mit 10 µM nicht-markiertem Ifenprodil. Unter diesen Bedingungen bindet [3H]Ifenprodil mit einer BM von 100-200 fMol/mg Gewebe (Hippocampus Ratte), vergleichbar mit anderen Radioliganden des NMDA-Rezeptorkomplexes. Die Bindung zeigt typische Polyamin-Pharmakologie (IC50 von Spermin 9 µM, von Spermidin 90 µM).
[3H]RO 25-6981
KD 2-6 nM
2h bei 4°C in 5 mM Tris-Cl pH 7.4
sigma-Ligand nicht erforderlich
Mutel et al. (1998) J. Neurochem. 70, 2147


[3H](+)MK-801 (Dizocilpine)
KD = 4 - 15 nM
Inkubation 2-3 h bei 20-24°C,
1-10 µM Glutamat & Glycin
Filtrationstechnik
Bindungsstelle im Ionenkanal, der mit dem NMDA-Rezeptorkomplex gekoppelt ist ('open channel blocker'). Unspezifische Bindung: Man ersetze Glutamat und Glycin durch entsprechende Antagonisten (z.B 10 µM D-2-Amino-5-phosphonovaleriansäure und 1 µM 5,7-Dichlorokynureninsäure).
Radioliganden für nicht-NMDA-Rezeptoren:
[3H]Kainsäure
KD 1 nM
Inkubation 2 h bei 4°C,
Zentrifugationstechnik
Filtrationstechnik ergibt aber einen höheren Anteil an unspezifischer Bindung (hydrophiler Ligand). Die Bindung an eine zusätzliche Bindungsstelle mit rascher Kinetik (KD 10-100 nM) läßt sich ausschalten durch Zugabe eines Überschusses an nicht-markierter Kainsäure (10 µM) unmittelbar vor Beendigung der Inkubation (analog zum [3H]GABA-binding). Unspezifische Bindung definiert mit 100 µM Glutaminsäure.
Andere Liganden für KA-Rezeptoren: (S)-[3H]5-Fluorowillardine (Agonist); (2S, 4R)-[3H]4-Methylglutaminsäure (Agonist).
[3H]AMPA (alpha-Amino-3-hydroxy-5-methylisoxazol-4-propionsäure), abgeleitet von Ibotensäure
[3H]AMPA
Ibotensäure
 
KD 10 - 15 nM
Inkubation 1 h bei 4°C, 100 mM KSCN
Zentrifugationstechnik
Bindung an zusätzliche Komponente mit schwacher Affinität (KD 1 µM; Antagonisten-bevorzugende Konformation?); bei Anwesenheit des chaotropen Anions SCN- liegen praktisch alle AMPA-Bindungsstellen in der hochaffinen Form vor (Standley et al. 1994, Neuroch.Int.25,287: nur niederaffine Bindungsstelle ist relevant, die hochaffine befindet sich im Cytoplasma). Unspezifische Bindung: 100 µM Glutamat.
[3H]CNQX (2,3-Dihydroxy-6-cyano-7-nitrochinoxalin)
KD 40 nM 
Inkubation 45 min bei 4°C,
Zentrifugationstechnik

ANQX, Fotoaffinitätsligand

(Adesnik et al. 2005, Neuron 48, 977)

 

AMPA-Antagonist, bindet an AMPA-Bindungsstellen, kein Einfluß von KSCN (d.h. [3H]CNQX bindet mit gleicher Affinität an hoch- und niederaffine AMPA-Bindungsstellen; bindet nach Standley et al. nicht an die cytoplasmatische Bindungsstelle). Keine spezifische Bindung an die Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptorkomplexes (IC50 der Hemmung der [3H]Glycin-Bindung nur 2 µM). Unspezifische Bindung definiert mit 100 µM Glutamat.


Andere AMPA-Antagonisten: [3H]NBQX (KD 47 nM, kein Einfluß von KSCN); [3H]NS257 (KD 225 nM, ohne KSCN schwächer, Nielsen et al. 1995, J. Neuroch. 65, 1264).
neu: [3H]Ro 48-8587 

AMPA-Antagonist, KD 3 nM
Inkubation 1 h 4°C
Filtration
Mutel et al.  (1998) J.Neuroch.71, 418

Radioliganden für metabotrope Glutamat-Rezeptoren:
[3H]LY-354.740 (ein Bicyclo[3.1.0]hexan). Experimentelle Substanz von Lilly, markiert bei Hoffmann-La Roche (Schaffhauser et al. 1998, Mol. Pharmacol. 53, 228), noch nicht im Handel. KD 8 nM (1h Raumtemp.) ; 'group II' Selektivität (Agonist), in presence of Ca2+ & Mg2+ selective for mGlu2 (Richards et al. 2005, J Comp Neurol 487, 15)
[3H]LY-341.495
group II Antagonist, ein Xanthen-Derivat
Keq 0.84 nM
, 'group II' Selektivität
Wright et al (2001) JPET 298, 453
[3H]CPPG (cyclopropyl-4-phosphonophenylglycin)
group III Antagonist, KD 2 nM
20-fach selektiv gg group I
(Tocris)

Neue nicht-kompetitive Liganden:

MPEP
2-Methyl-6-(phenylethynyl)- pyridine
Prototyp eines nicht-kompetitiven Antagonisten
'group I' selektiv
Spooren er al. (2001) TIPS 22, 331

[3H]R214127
Keq 0.90 nM
'group I' selektiv

Lavreysen et al (2003) Mol Pharmacol 63, 1082
Ein Thiazolyl-ethynyl-benzonitril, IC50 36 pM, PET-Ligand

Siméon et al. (2007) JMC 50, 3256

   

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