세로토닌 3형 수용체의 신호전달에 중요한 아미노산들이 마취제 조절작용에

Dept. of Medicine/박사[한글] 세로토닌 3형 (5-HT3) 수용체는 ligand-gated ion channels (LGICs) superfamily에 속하며, 다른 대부분의 LGICs에서와 마찬가지로 임상적인 농도의 흡입마취제 및 n-alcohols은 5-HT3 수용체의 작용을 조절(modulation)한다. 5-HT3 수용체에 작용물질(agonist)이 결합하면 수용체의 통로가 열리게 되는 일련의 신호전달과정을 통하여 이 수용체는 작동하게 되는데, 마취제의 조절작용의 기전에 수용체의 통로에 위치한 단백질이 중요한 역할을 하고 있음이 알려졌다. 그러나 마취제의 조절작용에는 수용체의 작용물질이 결합하는 부위와 수용체의 통로를 열림을 매개하는 부위의 단백질도 중요한 역할을 할 것이라는 생각되지만, 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않았다. 따라서 이 연구에서는 5-HT3 수용체에 작용물질이 결합하고 이 결합과 통로의 열림을 매개하는 것으로 알려진 단백질인 E106, F107 혹은 R222 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하여 만든 유전자 재조합 5-HT3 수용체를 통하여 흡입마취제인 halothane과 desflurane 그리고 정맥마취제인 propofol이 이 수용체에 대한 조절작용의 기전에 있어서 이들 아미노산의 역할을 알아보고자 하였다.Wild-type과 치환된 유전자 재조합 5-HT3 수용체를 Xenopus Laevis oocytes에서 발현시켰고, 수용체의 반응은 two electrode voltage clamp techniques를 이용한 전기 생리 실험으로 관찰하였다. E106D, F107Y, R222F, R222V 유전자 재조합 5-HT3A 수용체들이 기능적으로 발현되었다. E106D, F107Y, R222F 유전자 재조합 5-HT3A 수용체들의 EC50은 각각 1.29 ± 0.18, 1.41 ± 0.21, 7.47 ± 0.85, 그리고 0.61 ± 0.16 uM이었다. 치환된 유전자 재조합 수용체들 중, F107Y 유전자 재조합 5-HT3A 수용체는 wild-type에 비해 5-HT에 대한 감수성이 6배 정도 감소하였다 (P<0.05). Hill coefficients는 wild-type 수용체에 비해 E106D와 R222F 수용체에서 유의하게 감소하였다. 이들 수용체에 대한 마취제의 조절작용을 관찰한 실험에서 desflurane과 halothane은 wild-type과 F107Y 유전자 재조합 5-HT3A 수용체를 항진시켰다. 이 중 1 MAC의 halothane에 대한 F107Y 유전자 재조합 5-HT3 receptor의 항진작용은 wild-type과 비교해서 유의하게 증가되었다. 반면에 R222F와 R222V 유전자 재조합 5-HT3 receptor 는 1, 2 MAC의 halothane 모두에서 항진작용이 소실되었다. 이들 수용체에 대한 마취제의 조절작용 중 가장 주목할 것은 E106D 유전자 재조합 5-HT3 수용체에서 desflurane과 halothane에 의한 항진작용이 억제작용으로 변화되었다는 것이다. 하지만 wild-type 5-HT3A 수용체를 억제하는 것으로 알려진 propofol은 E106D 유전자 재조합 수용체와 wild-type 5-HT3A 수용체 모두를 억제했다. 5-HT3A 수용체에서 통로의 열림에 중요한 역할을 담당하는 것으로 알려진 부위의 단백질 뿐만 아니라 결합물질이 결합하고 이 결합과 통로의 열림을 매개하는 것으로 알려진 아미노산도 5-HT3A 수용체에 대한 마취제의 조절작용에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. [영문] The 5-hydroxytryptamine type 3 (5-HT3) receptor is a member of the Cys-loop superfamily of ligand-gated ion channels (LGICs) and, like most LGIC receptors, is modulated by pharmacologically relevant concentrations of volatile anesthetics or n-alcohols. The goal of this study was to determine whether mutations of E106, F107 and R222 in the 5-HT3A receptor may affect the anesthetic modulation of the positive modulators, halothane and desflurane, and the negative modulator, propofol.The author expressed the wild-type and mutant receptors in Xenopus Laevis oocytes and assessed receptor function using two electrode voltage clamp techniques. E106D, F107Y, R222F, R222V mutant 5-HT3A receptors were functionally expressed. The EC50 of 5-HT in wild-type, E106D, F107Y, and R222F mutant 5-HT3A receptors was 1.29 ± 0.18, 1.41 ± 0.21, 7.47 ± 0.85, and 0.61 ± 0.16, respectively. The F107Y mutant 5-HT3A receptor displayed decreased sensitivity to 5-HT compared to the wild type 5-HT3A receptor, with an observed six-fold rightward shift (P