Trasmissione Gabaergica - Barbiturici e Benzodiazepine

Trasmissione GABAergica

Il GABA riassume la struttura dell’acido gamma amino butirrico. È un acido butirico, 4 atomi di C, che ha nella posizione terminale, in gamma, un gruppo amminico. Ampiamente diffuso nel SNC; 35\40% delle sinapsi sono gabaergiche.

Dal punto di vista chimico è un amminoacido, però non è un a-amminoacido, ma un gamma-amminoacido; ripercussioni dal punto di vista farmacocinetico. Gli a-AA naturali vengono riconosciuti tramite trasporto attivo, selettivamente. Questi trasporti attivi, quindi, non sono però in grado di riconoscere i gamma-AA, ecco perché non posso somministrare il GABA; deve essere biosintetizzato nel nostro organismo, in particolare all’interno dei neuroni.

Perché è importante il GABA?

È coinvolto in malattie mentali e neurologiche, nel controllo delle emozioni ed eccitabilità neuronale, nei disturbi d’ansia e nella patologia epilettica.

Sistema recettoriale GABAergico

Cerchiamo innanzitutto di chiarire come funziona la trasmissione GABAergica.

Il GABA non è soltanto un AA che nel cervello dei mammiferi ha funzione di nt inibitorio, ma rappresenta il nt più diffuso a livello del SNC.

Il nt è biosintetizzato all’interno dei neuroni e delle cellule gliali.

Si parte in realtà da glucosio, che entra nel ciclo di Krebs, creando dei chetoacidi, che tramite reazione di transaminazione vengono trasformati in acido glutammico, un AA.

L’acido glutammico, a differenza del GABA, è un ALFA amminoacido. Perde carbossilazione, genera il GABA, reazione catalizzata da glutammico decarbossilasi, è un enzima piridossal fosfato dipendente.

Il GABA viene immagazzinato in vescicole, rilasciato nello spazio sinaptico e interferisce con i recettori.

Una volta svolta la sua azione, ho sistemi di trasporto attivo, ma anche metabolizzazione. Questo metabolismo coinvolge la GABA transaminasi; catabolizza il GABA deaminandolo a semialdeide succinica, viene quindi trasferito il gruppo amminico a una molecola di acido a-Biosintesi e metabolismo del GABA GABA-T Ciclo di Krebs Biosintesi e metabolismo del GABA chetoglutarico per formare acido glutammico, che viene riutilizzato per la sintesi di nuovo GABA.

L’aldeide può essere ulteriormente ridotta ad alcool, o ossidata ad acido succinico, che rientra nel ciclo di Krebs. GABA-T Ciclo di Krebs PLP.

Nelle cellule gliali, invece, il GABA l’acido glutammico è trasformato in GABA da una decarbossilasi particolare, GAD II, non presente nei tessuti nervosi.

PLP PLP Ciclo di Krebs PLP Ciclo di Krebs.

GAD e GABA-T possono rappresentare dei target. L’inibizione di GAD riduce l’attività del GABA, perché ne riduco i livelli. Se invece inibiscono GABA-T, aumenta la disponibilità di GABA. Posso anche utilizzare dei precursori, aumentando disponibilità di acido glutammico. Posso ovviamente inibire anche enzimi come SSADH.

Ruolo enzimatico della B6

Ruolo coenzimatico della B. Il piridossal fosfato è la vitamina B6. Ho trasferimento del gruppo amminico della 6 piridossammina a un chetoacido, formazione dell’immina e conseguente formazione di AA. Questo guardandolo da sx a dx.

Guardando da dx a sx, il gruppo amminico è trasferito dall’AA al pirossalfosfato, generando un chetoacido e piridossammina.

a-chetoacido. Un riceve NH dalla B e si trasforma in AA 3 6.

Per esempio, se la piridossammina viene a contatto con a-chetoglutarico, quest’ultimo a-chetoacido. Un AA cede NH alla B e si trasforma in viene trasformato in acido glutammico, precursore del GABA. 3 6.

Entrambe queste reazioni sono mediate da enzimi PLP dipendenti.

Primo passaggio comune a tutte le reazioni PLP dipendenti:

• Il PLP è legato all’enzima attraverso legame con lisina, forma una base di Schiff.

Quando arriva AA, dà addizione-eliminazione sul doppio legame C=N e si attacca al posto della lisina.

Da qui poi si verifica decarbossilazione, racemizzazione, a seconda dell’enzima.

In questo caso avviene transaminazione. Piridossammina, si forma la base di Schiff, immina, con il chetoacido. L’H è particolarmente acido, in a al doppio legame C=N. Formazione di un sistema altamente coniugato, favorito anche dalla carica positiva sull’atomo di N in basso. Viene ripristinata poi aromaticità, con formazione del doppio legame C=N. L’immina, che si forma per formazione di ammina su gruppo carbonilico, è suscettibile a reazioni di idrolisi, ridando i due reagenti: composto carbonilico e ammina. Si riforma quindi piridossal fosfato e AA.

Pensiamo che questa reazione parta da: A-CHETOGLUTARICO —> Ottengo ACIDO GLUTAMMICO.

Recettori GABAergici

Trasmissione GABAergica. L’attività del GABA è la conseguenza di interazioni con recettori di 2 tipi:

• Accoppiati a proteina G di tipo inibitorio, metabotropici: GABA-B. L’attivazione di proteina G provoca aumento di calcio-Cl.
• Recettori ionotropici, canale: GABA-A e GABA-C, permeabile a ioni cloro. Interazione di GABA provoca apertura canale con conseguente ingresso di ioni cloruro; questo comporta iperpolarizzazione, quindi la membrana diventa meno eccitabile. Costituiti da GABA 5 subunità. Esistono B GABA GABA diverse famiglie, in A C funzione delle subunità che li costituiscono. Es. le BZDP non possono legarsi a tutti i recettori GABAergica, solo ad alcuni con determinate subunità.

Il recettore principalmente coinvolto dai farmaci in uso è il GABAa. La stimolazione di questo recettore potrebbe essere sfruttabile in situazioni come: quando ho necessità di deprimere attività del SNC, come nell’ansia, per ridurre il sonno, nelle malattie epilettiche.

Se devo aver effetto opposto, naturalmente andrò ad aumentare attività degli AA eccitatori.

Recettore GABA-A

Recettore GABA A Barbiturici Picrotossine Neurosteroidi Alcool, anestetici volatili.

È il primo target d’interazione del GABA. È un recettore canale pentamerico, costituito da 5 subunità. In genere la combinazione più diffusa è: 2 alfa, 2 beta e 1 gamma. Ciascuna è costituita da una regione extracellulare, 4 domini transmembranari ad a-elica e una grande ansa citoplasmatica intracellulare. Quelli in giallo sono gli M2, che si affacciano all’interno del canale. Stimolazione di questo recettore: passaggio ioni cloruro.

Si Composizione dei Recettori GABA nel SNC predispongono AA carichi positivamente nel canale per richiamare appunto questi ioni ACl.

Diverse famiglie delle diverse subunità. Il sito di legame del GABA si trova all’interfaccia tra alfa e beta. Servono due molecole di GABA per attivare il recettore.

Il GABA si lega all’interfaccia delle due subunità alfa e beta. Oltre al nt, su questi siti si legano quindi anche agonisti ed antagonisti. Non sempre parliamo di competitività. Talvolta parlo di modulazione allosterica.

Esistono poi altri 5 siti recettoriali per altre molecole che modulano l’azione del GABA sul recettore. Con l’apertura del poro-canale si ha l’entrata di cloro, che iperpolarizza la membrana cellulare con conseguente aumento della soglia di eccitabilità neuronale, in modo tale che non si abbia un potenziale d’azione.

Principali classi di farmaci del recettore GABA-A

Le principali classi di farmaci che interagiscono con il recettore GABA-A sono:

• BDZ: farmaci che facilitano la trasmissione inibitoria, potenziando l’azione del GABA, solo quando quest’ultimo è presente. Quando una BZD si lega al proprio sito recettoriale, adiacente al sito per il GABA, non accade nulla se non si ha una contemporanea presenza del GABA. Quando il GABA è presente, il legame di una BZD sul proprio sito allosterico produce una modifica conformazionale portando ad un potenziamento dell’effetto del GABA.

Sui siti recettoriali per le BZF possono agire 3 principali tipi di ligandi esogeni:

• Agonisti, come il diazepam.
• Antagonisti: come flumazenil.
• Agonisti inversi: come b-carbonile.

Gli agonisti inducono una modificazione della conformazione del canale del cloro aumentando il flusso di ioni cloruro; gli antagonisti bloccano il legame con il recettore sia degli agonisti che degli agonisti inversi, senza modificare l’interazione tra il recettore per il GABA e il canale per lo ione cloruro. Gli agonisti inversi diminuiscono il flusso di ioni cloruro.

• Barbiturici: facilitano la trasmissione inibitoria potenziando l’azione del GABA ed hanno la capacità di attivare essi stessi il recettore. Il loro sito recettoriale è nei domini transmembrananri TM2, TM3, verso l’interno.
• Anestetici generale e etanolo: sito recettoriale non ben noto.
• Steroidi neuroattivi: modulatori positivi.

Ricordiamo sempre che il GABA non può essere utilizzato come farmaco.

Il principale problema è che non riesce ad attraversare la BEE, perché è un AA non riconosciuto dai trasportatori. Bisogna eventualmente utilizzare dei precursori del GABA, inattivi, convertiti poi opportunamente all’interno del SNC.

Recettore GABA-C

È sempre un recettore ionotropico, considerabile sottopopolazione dei GABAa. Le subunità proteiche che costituiscono il canale sono tutte dello stesso tipo: ho solo subunità rho. Struttura omomerica. Come il GABA A è sensibile a picrotossina, sostanza tossica. Il GABA C, però, a differenza del GABA-A, è anche insensibile a bicucculina e baclofen.

Recettore GABA-B

I farmaci non coinvolgono in genere i recettori GABAb.

Recettore GABA B Recettori GABA C -Cl.

• Attivato selettivamente da b-p-clorofenil-GABA, baclofen miorilassante.
• Insensibile alla bicucullina e al muscimolo.

Recettore GABA C Rappresentazione schematica di un monomero del recettore GABA C.

• Sottopopolazione dei recettori GABA.

È un recettore metabotropico, accoppiato A a proteina G inibitorie, Gi e Go. Presenta la tipica regione a 7 a-eliche transmembrana, un dominio amminoterminale extracellulare e una coda carbossi-terminale.

• Struttura omomerica, costituito solo dalla subunità rho.

Distinguibile dai r. GABA, in quanto insensibile sia alla A ed una coda carbossi-terminale. bicucullina che al baclofen.

È insensibile a bicucculina e al muscimolo. Attivato selettivamente da b-p-clorofenil- Analogamente ai GABA, è molto sensibile al blocco da A GABA, cioè il Baclogen. picrotossina.

I meccanismi effettori sono il sistema dell’adenilato ciclasi e i canali del calcio e del potassio.

Per cui, i possibili target di intervento sono diversi. Posso intervenire su:

• Biosintesi e metabolismo GABA.
• Immagazziamento vescicole.
• Liberazione a livello sinaptico.
• Recettori postsinaptici.
• Recettori presinaptici: modulazione liberazione nt. Quando ho troppo nt, feedback negativo = ridotta liberazione GABA.

Il recettore GABAergico può rispondere a molecole diverse a seconda delle subunità che lo costituiscono. Molti dei farmaci in commercio non agiscono competitivamente, ma allostericamente.

Premessa: PLP-transaminasi

Il metabolismo del GABA coinvolge reazione di transaminazione. Di solito PLP, legato ad enzima tramite Lys. Primo passaggio comune.

STEP 1: arriva AA, tra cui per es. GABA, che dà reazione di addizione-eliminazione, sostituendosi alla lysina, legandosi a PLP.

Step 1_ Transaminazione Sinapsi GABAergica.

Step 2_ Tautomerizzazione Targets:

• Biosintesi e metabolismo del GABA.
• Inibitori del re-uptake del GABA.
• Recettori Postsinaptici - GABA, GABA agonisti e antagonisti. A C.
• Sito di interazione per i neurosteroidi.
• Sito di interazione per i barbiturici. chetimmina.
• Sito di interazione delle BZD, agonisti, Intermedio stabilizzato per risonanza agonisti inversi, antagonisti.
• Recettori Presinaptici - GABA agonisti e antagonisti B D.

Da qui va incontro a una seria di trasformazioni.

Ho una transaminazione:

• Astrazione H in alfa.
• Formazione sistema a-b insaturo coniugato.
• Dò luogo a una chetimmina intermedia, che si idrolizza, trasferendo gruppo amminico con formazione di piridossammina e chetoacido, è lui che ha trasferito il gruppo amminico. È reazione reversibile: la pirodossamina può ricedere il gruppo amminico.

Ho un farmaco che interferisce con questo meccanismo?

Inibitori irreversibili della GABA-T

Inibendo questo enzima, aumenta la quantità di GABA disponibile. Ne potenzio quindi l’azione: effetto inibitorio più spiccato, perché il GABA non viene degradato.

PLP-Transaminasi.

Biosintesi e Metabolismo del GABA. — VIGABATRINA.

Step 1_ Transaminazione.

Inibitori irreversibili della GABA-T, GABA transaminasi.

Step 2_ Tautomerizzazione.

Approvata in USA nel 2009 come anticonvulsivante.

Chetimmina Intermedio stabilizzato per risonanza.

Agisce legandosi covalentemente alla vitamina B, piridossalfosfato, ed alla GABA-T 6.

Uno dei farmaci approvati è la vigabatrina. Agisce come inibitore competitivo della GABA-T.

Ha caratteristiche strutturali simili al ligando endogeno: che cos’ha in comune?

Ho esattamente la porzione del GABA, ma ho un gruppo vinilico in più rispetto al GABA.

Quindi inizia reazione con PLP in maniera simile a come farebbe il GABA.

La vigabatrina si lega al posto della lisina. La reazione procede come prima; formazione del sistema a-b insaturo. MA QUI nel sistema a-b insaturo, ho un sistema coniugato suscettibile di Addizione di Micheal 1,4.

Se quindi c’è un nucleofilo, es NH2 della lisina, questo può attaccare sul CH2. Se avviene questa reazione, tra lisina e a-b insaturo, ho formazione di un legame covalente STABILE, difficilmente scindibile. Questo comporta che l’enzima è inibito covalentemente. Non può riconoscere una seconda moleco