Serotonin receptors, also known as 5-HT receptors, belong to the G protein-coupled receptors (GPCRs) superfamily. They mediate the effects of serotonin, a neurotransmitter that plays a key role in a wide range of functions including mood regulation, cognition and appetite. The functions of serotonin are mediated by a family of 5-HT receptors including 12 GPCRs belonging to six major families: 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4, 5-HT5, 5-HT6 and 5-HT7. Despite their distinct characteristics and functions, these receptors' subtypes share common structural features and signaling mechanisms. Understanding the structure, functions and pharmacology of the serotonin receptor family is essential for unraveling the complexities of serotonin signaling and developing targeted therapeutics for neuropsychiatric disorders. However, developing drugs that selectively target specific receptor subtypes is challenging due to the structural similarities in their orthosteric binding sites. This review focuses on the recent advancements in the structural studies of 5-HT receptors, highlighting the key structural features of each subtype and shedding light on their potential as targets for mental health and neurological disorders (such as depression, anxiety, schizophrenia, and migraine) drugs.
There is no doubt that dopamine plays a critical role in the etiopathogenesis of schizophrenia. However, there appeared some limitations in explaining the complex phenomena of schizophrenia. Recent research data suggest that dysfunction in serotonergic system may be involved. Before the dopamine hypothesis of schizophrenia became established, the interest in serotonin(5-hydroxytryptamine, 5-HT) as an etiological substrate of this illness occurred. Recently the importance and extent of 5-HT's involvement in the pathophysiology and mechanism of action of antipsychotic drug is actively investigated. In recent years, therapeutic success of clozapine and risperidones has increased attention on the interaction between the 5-HT and dopamine systems in schizophrenia. This led to the concept of serotonin-dopamine antagonist for antipsychotics. The authors review the evidence for the role of 5- HT in schizophrenia and serotonin-dopamine interaction.
Breast cancer is a serious and potentially lethal multi-factor disease among 40-50 aged women in both developed and developing countries. Also, various studies have pointed to roles of neurotransmitters like serotonin in development of cancers, through action on various types of receptors. This study was conducted to evaluate serotonin receptor (5HT2AR and 5HT3AR) genes expression in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of breast cancer patients in comparison with the healthy people and in the MCF7 cell line. Peripheral blood samples were obtained from 30 patients and 30 healthy individuals. Total RNA was extracted from PBMCs and MCF-7 cells. and 5HT2AR and 5HT3AR were detected by RT-PCR techniques. Finally, serotonin receptor gene expression variation in breast cancer patients and MCF-7 cells were determined by real time-PCR. This latter indicated significant promotion in expression of 5HT3AR and 5HT2AR in PBMCs in breast cancer patients but expression of 5HT2AR in the MCF-7 cell line was significantly decreased. In conclusion, after performing complimentary tests, determine of gene expression changes in serotonin receptors (5HT2AR and 5HT3AR) may be useful as a new approach in treatment of breast cancer based on use of antagonists.
5-hydroxytryptamine (serotonin) receptor ($5-HT_7R$) 7 is one of G-Protein coupled receptors, which is activated by the neurotransmitter Serotonin. After activation by serotonin, $5-HT_7$ activates the production of the intracellular signaling molecule cyclic AMP. $5-HT_7$ receptor has been found to be involved in the pathophysiology of various disorders. It is reported that $5-HT_7$ receptor antagonists can be used as antidepressant agents. In this study, we report the important structural and chemical parameters for 2-methoxyphenylpiperazinylakanamides as $5-HT_7R$ inhibitors. A 3D QSAR study based on comparative molecular field analysis (CoMFA) was performed. The best predictions were obtained for the best CoMFA model with $q^2$ of 0.594 with 6 components, $r^2$ of 0.986, Fisher value as 60.607, and an estimated standard error of 0.043. The predictive ability of the test set was 0.602. Results obtained the CoMFA models suggest that the data are well fitted and have high predictive ability. The contour maps are generated and studied. The contour analyses may serve as tool in the future for designing of novel and more potent $5-HT_7R$ derivatives.
Kim, Hye-Eun;Cho, Hyejoung;Ishihara, Atsushi;Kim, Byungkuk;Kim, Okjoon
BMB Reports
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v.51
no.4
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pp.188-193
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2018
Caffeoylserotonin (CaS), one derivative of serotonin (5-HT), is a secondary metabolite produced in pepper fruits with strong antioxidant activities. In this study, we investigated the effect of CaS on proliferation and migration of human keratinocyte HaCaT cells compared to that of 5-HT. CaS enhanced keratinocyte proliferation even under serum deficient condition. This effect of CaS was mediated by serotonin 2B receptor (5-HT2BR) related to the cell proliferation effect of 5-HT. We also confirmed that both CaS and 5-HT induced G1 progression via 5-HT2BR/ERK pathway in HaCaT cells. However, Akt pathway was additionally involved in upregulated expression levels of cyclin D1 and cyclin E induced by CaS by activating 5-HT2BR. Moreover, CaS and 5-HT induced cell migration in HaCaT cells via 5-HT2BR. However, 5-HT regulated cell migration only through ERK/AP-1/MMP9 pathway while additional Akt/NF-${\kappa}B$/MMP9 pathway was involved in the cell migration effect of CaS. These results suggest that CaS can enhance keratinocyte proliferation and migration. It might have potential as a reagent beneficial for wound closing and cell regeneration.
A role for brain serotonin(5-HT) in regulation of the HPA axis has been suggested but remains contoversial and poorly defined. The present experiments were designed to check kinetic parameters of 5-HT turnover in rat hypothalamus and remainder brain areas before and after stress and to test whether using various different pharmacologic approaches to stimulate or eliminate the control serotonergic system have any consistent effect on the stress-induced activation of HPA system. Steady state brain serotonin and 5-HIAA concentrations during 1 min ether stress were significantly elevated without significant rise in the levels of plasma corticosterone, which highly increased 2 minutes after stress. This suggests that the increase in serotonergic neuron activity precede that in HPA activity. Furthermore, during 1 ruin-ether stress or 30 min immobilization stress there is a marked increase in hypothalamic and remainder brain serotonin (5-HT) turnover or synthesis rates assessed by both the pargline/5-HT method and pargyline/5-HIAA method. The stress-induced corticosterone levels were increased by serotonin precursors and serotonin agonist in a dose-related fashion. The stress- induced corticosterone levels were highly elevated by L-tryptophan (100 mg/kg) and Potentiated by monoamine oxidase inhibitor, pargyline or serotonin agonist, 5-MeoDMT. The stress-induced elevation of corticosterone and 5-HT levels in rat brain were not significantly decreased by the administration of 5-HT synthesis inhibitor, PCPA and 5-HT neurotoxin, 5,7-DHT. However, the stress-induced elevation of corticosterone and 5-HT levels were decreased by the destruction of midline raphe nuclei. There was a strong positive correlation between plasma corticosterone and 5-HT concentrations changed by drugs which mainly manipulating 5-HT system in the hyhothalamus and in the remainder of the brain. In conclusion, our present data stongly suggest that 5-HT is an important key neurotransmitter involved in the stress-induced activation of the HPA system.
Brain serotonin and its utilization was investigated on stressed rats after feeding high tryptophan diet for a month. High tryptophan fed rats displayed significantly higher level of serum tryptophan, brain tryptophan, serotonin (5-hydroxytryptamine; 5-HT) and 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA) than the control diet fed rats. When rats were treated with 3 hour immobilization (IMMB) stress, serotonin turnover was slightly increased, but not statistically significant, in control diet group rats. However in high tryptophan diet rats, 3 hr IMMB stress resulted in statistically significantly (p<0.05) decreased the serum tryptophan, brain tryptophan and 5-HT level. The concentration of 5-HIAA was significantly increased indicating accelerated utilization of the brain 5-HT of the high trp. fed rat. The utilization pattern of the serotonin was found to be similar among young and adult rats. Rats on a tryptophan enriched diet displayed higher coping ability to the stress as they exhibited smaller increment of corticosterone level. A possble involvement of opioid system was suggested in serotonin utilization by measuring total $^{3}$[H]-naloxone binding in brain.
Biogenic monoamines are divided into three categories; catecholamines(dopamine, norepinephrine, and epinephrine), indoleamine(serotonin and melatonin) and histamine. Among them, serotonin has been intensively studied by many researchers with a broad spectrum of biomedical interests. A concise overview of serotonin-related topics such as biosynthetic pathway, receptor subtypes, and roles in reproduction will be provided. In particular, serotonergic efffect on the regulation of hypothalamus-pituitary-gonad hormonal axis and sexual behaviors will be emphasized. Though our Knowledge on the biological roles and its clinical applications are still limited, these topics are quite promising subjects which will be helpful for improving our 'quality of life' in near future.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2003.06a
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pp.59-59
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2003
Serotonin (5-HT; 5-hydroxytryptamine) exerts multiple effects on central nervous system as well as behaviors such as mood and appetite. The signaling of serotonin is mediated by 7 families of serotonin receptors, designated 5-HT$_1$ to 5-HT$_{7}$. Six families of this receptor are G-protein coupled 7TM receptors, and the third intracellular loop of these receptors is proposed to interact with specific types of G-proteins. To investigate the specific interaction between the third intracellular loop of 5-HT$_{6}$ with G$\square$s, we have constructed a chimera protein that represent the third intracellular loop of 5-HT$_{6}$ within a leucine zipper motifs, In addition an alpha subunit of human G-protein that interact with 5-HT$_{6}$ was cloned into a bacterial expression vector. The two proteins were expressed in E. coli and purified in homogeneity. The interaction of the prepared proteins was examined by ELISA assay. The affinity between the two proteins and effect of insertion mutations were discussed.ussed.d.
Escitalopram is one of selective serotonin reuptake inhibitor antidepressants. As an S-enantiomer of citalopram, it shows better therapeutic outcome in depression and anxiety disorder treatment because it has higher selectivity for serotonin reuptake transporter than citalopram. The objective of this study was to determine the direct inhibitory effect of escitalopram on 5-hydroxytryptamine type 3 ($5-HT_3$) receptor currents and study its blocking mechanism to explore additional pharmacological effects of escitalopram through $5-HT_3$ receptors. Using a wholecell voltage clamp method, we recorded currents of $5-HT_3$ receptors when 5-HT was applied alone or co-applied with escitalopram in cultured NCB-20 neuroblastoma cells known to express $5-HT_3$ receptors. 5-HT induced currents were inhibited by escitalopram in a concentration-dependent manner. $EC_{50}$ of 5-HT on $5-HT_3$ receptor currents was increased by escitalopram while the maximal peak amplitude was reduced by escitalopram. The inhibitory effect of escitalopram was voltage independent. Escitalopram worked more effectively when it was co-applied with 5-HT than pre-application of escitalopram. Moreover, escitalopram showed fast association and dissociation to the open state of $5-HT_3$ receptor channel with accelerating receptor desensitization. Although escitalopram accelerated $5-HT_3$ receptor desensitization, it did not change the time course of desensitization recovery. These results suggest that escitalopram can inhibit $5-HT_3$ receptor currents in a non-competitive manner with the mechanism of open channel blocking.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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