Recettori e neurotrasmissioni 2

Struttura dei recettori

Recettori accoppiati a proteine G

Recettori accoppiati a proteine G (metabotropici): regione N-terminale extracellulare, 7 domini transmembrana e una regione C-terminale legata a proteine G, che possono interagire con specifici enzimi per dare avvio ad una trasduzione del segnale che porterà ad uno specifico effetto.

Recettori canale

Recettori canale (ionotropici): a differenza dei recettori metabotropici, sono espressi prevalentemente a livello del SNC, poiché avendo una cinetica molto rapida, sono importanti per la trasmissione di messaggi rapidi all’interno delle cellule. GABA, ACh, glicina e serotonina presentano una omologia nella struttura (TM1-4).

Struttura dei canali

Na, Ca, Cl trasportano ioni dall’ambiente extracellulare a quello intracellulare; K ha una attività opposta.

Possono essere:

• Sempre aperti.
• Voltaggio dipendenti: rispondono a variazioni di potenziale. Strutturalmente i canali voltaggio-dipendenti del Na, Ca, K, sono simili. Na e Ca sono costituiti da un polipeptide diviso in 4 domini, ognuno diviso a sua volta in 6 subunità (S1-S6). Il K è costituito dall’associazione di 4 proteine con 2/6 domini transmembrana che sono organizzati a formare il tetramero presente nei canali Na e Ca. La selettività ionica e la struttura del poro è data dall’associazione dei segmenti S5-S6 di ogni dominio, che contengono una ventina di aa ripiegati che non attraversano la membrana. Il sensore del voltaggio è presente nelle quattro S4, ricche di aa positivi alternati con aa idrofobici (in questo modo si ha una struttura α elica che è mantenuta stabile dall’interazione di cariche + e -. La depolarizzazione induce una positivizzazione che permette il distacco della struttura S4, e al suo scivolamento verso l’esterno, garantendo l’apertura del canale). Infine il cancello di inattivazione è posto tra il III e il IV dominio.
• Chemio dipendenti: rispondono a messaggeri extracellulari come un neurotrasmettitore.
• Chemio dipendenti: rispondono a messaggeri intracellulari.

Canali del sodio: hanno una cinetica rapida.

Canali del potassio: possono essere voltaggio dipendenti, attivati dall’ATP e attivati da proteine G, voltaggio indipendenti (proposti come bersaglio molecolare di anestetici generali; sono costituiti da 4 regioni transmembrana, comprendente 15 geni distinti variabilità).

Canali del calcio: le subunità del calcio sono dette α₂, β, γ, δ che si assemblano in una struttura simile a quella dei canali del sodio.

Canali del cloro:

Canali ionici

Canali del sodio

Sodio: sono presenti nei coni d’emergenza dell’assone, nei nodi di Ranvier, nel sistema di conduzione cardiaco.

Voltaggio-dipendenti: fase 0 per il miocardio da lavoro, corrente f (fase di automatismo) per il miocardio di conduzione. Bersaglio di anticonvulsionanti, anestetici locali, antiaritmici di classe I, la cui azione è stato dipendente (agiscono, cioè, solo sui canali aperti).

Canali del potassio

Potassio: miocardio e cellule muscolari lisce vasali.

Transient outward: voltaggio-dipendenti. Fase 1: stabilizza il potenziale di riposo delle cellule nervose e riduce la frequenza dei treni di PDA.

Delayed rectifiers: voltaggio-dipendenti. In seguito a depolarizzazione tardiva (fase 3), riducono l’intensità e la durata del PDA. Sono bersaglio degli antiaritmici di classe III (bretilio, sotalolo, ..).

Inward rectifiers: associati a proteine G. Attivati da recettori inibitori a livello del SNC, cuore, ghiandole endocrine. Fase 4: stabilizzano il potenziale quando il potenziale è a riposo, ma quando uno stimolo sovrasoglia induce un PDA, i canali si chiudono e permettono una durata maggiore dello stimolo. Farmaci anticolinergici, che esplicano la loro azione inotropa e cronotropa positiva tramite blocco dei GIRK.

ATP dipendenti: a livello neuronale, per esempio ischemia cerebrale, e a livello pancreatico. Riduce la frequenza di depolarizzazione quando le riserve energetiche sono scarse. La sua inibizione favorisce la depolarizzazione, l’apertura di canali Ca di tipo L, il rilascio di insulina.

• Ipoglicemizzanti quali sulfaniluree: inibizione canali, rilascio insulina, ↓ glicemia.
• Iperglicemizzanti quali diazossido: emergenze ipertensive, attivazione canali, ↓ insulina, ↑ glicemia.
• Antiipertensivi quali minoxidil: iperpolarizzante delle miocellule, ↓ FC.

Ca²⁺ dipendenti: miocardio di conduzione. Fase 4, importanti per il miocardio di conduzione e l’automatismo: estrudere ioni K⁺ dalla cellula, iperpolarizzandola, e quindi ridurre il PDA.

Openers: muscolo liscio vasale. Permettono la vasodilatazione, effetto antiipertensivo. Il diazossido un tempo veniva utilizzato come antiipertensivo.

Canali del calcio

Calcio.

Basso voltaggio, T: neuroni sensoriali e centrali, glia, cellule muscolari, NSA, cellule di Purkinje e cellule endocrine. Cinetica rapida di inattivazione. Amiloride, flunarizina.

Alto voltaggio, L: muscolo liscio e cardiaco. Fase 2 miocardio di lavoro, corrente f miocardio di contrazione, conduzione. Calcio antagonisti appartenenti alla classe delle diidropiridine, antianginosi, antiipertensivi, antiaritmici (legano α₁ specifico); antiepilettici (legano α₂δ).

N: cellule neuronali, cellule β pancreatiche. Bloccati dalla ω-conotossina.

P: terminali presinaptici. Bloccati dalla ω-agatossina.

Q: permettono il rilascio del neurotrasmettitore. Bloccati dalla ω-conotossina.

R: cellule di Purkinje cerebellari, cellule granulari del cervelletto, cellule neuronali.

Canali del cloro

Cloro.

ClC: cellule muscolari scheletriche. Mantenimento del potenziale di riposo.

CTFR: cellule epiteliali secretorie. Mantenimento del volume cellulare.

CLIC: ubiquitaria. Fa entrare la cellula in fase S del ciclo cellulare.

Pompe e trasportatori

Le pompe e i trasportatori hanno un ruolo importante nel determinare una differente concentrazione ionica tra l’interno e l’esterno della cellula. In particolare a livello della superficie del miocardio esiste una pompa Na/K ATP dipendente. La digossina è un composto digitalico che interferisce con l’attività di questa pompa Na/K ATPasi dipendente (trasporto attivo: 3:2/ATP).

In particolare i digitalici bloccano questa pompa che regola la concentrazione ionica di Na e Ca all’interno della cellula. Difatti il blocco di questa pompa realizza all’interno della cellula una aumentata concentrazione di ioni Na. Sappiamo che sulla superficie del cardiomiocita si localizzano trasportatori di membrana, bidirezionali, che solitamente hanno la funzione di portare gli ioni Ca all’esterno e gli ioni Na all’interno della cellula.

Se noi quindi blocchiamo la pompa Na/K ATPasi e di conseguenza realizziamo un aumento della concentrazione di Na nel cardiomiocita, tutto ciò fa in modo che si inverta lo scambio di ioni realizzato da questo trasportatore, quindi anziché portare Na dentro e Ca fuori (scambiatore Na/Ca, antiporto: 3:1), avrò il contrario, ossia Ca all’interno della cellula e Na all’esterno della cellula.

Questa quantità di Ca che entra nel cardiomiocita difatti non è tale da giustificarne una contrazione, però mi permette di attivare la fuoriuscita degli ioni Ca dai cosiddetti depositi intracellulari di Ca. Il Ca, nel cardiomiocita si va a depositare all’interno del reticolo endoplasmatico, dove sono presenti dei recettori che rispondono all’azione di alcuni mediatori intracellulari come l’inositolo trifosfato o rianodina. A questo punto abbiamo un’enorme concentrazione di Ca intracitoplasmatico che spiega la contrazione.

Ecco perché parliamo di questi farmaci che hanno un effetto positivo sulla contrattilità cardiaca. Gli inotropi digitalici oltre ad avere un effetto positivo sulla capacità contrattile del miocardio, contemporaneamente realizzano anche una inibizione del dromo-tropismo e del cromo-tropismo, mentre l’azione sul batmo-tropismo è dipendente dalla dose, nel senso che a dosi terapeutiche abbiamo una risposta fisiologica positiva, mentre a dosi tossiche l’effetto sarà negativo.

Importante notare che il composto digitalico realizzi un effetto positivo e contemporaneamente mi vada a rallentare la velocità di conduzione dagli atri ai ventricoli e mi rallenta la frequenza cardiaca, questi due effetti danno la possibilità al cuore di riempirsi meglio e di prolungare la fase diastolica. Se aumento la fase diastolica permetto infatti al cuore di essere meglio irrorato ma anche di riempirsi meglio e quindi di migliorare la sistole. Il motivo è che alla base il sistema neurotrasmittitoriale che interviene è l’acetilcolina. Infatti i composti digitalici hanno un’azione vago-mimetica mista, sia diretta che indiretta.

Abbiamo anche altre pompe importanti come quella che controlla la secrezione acida a livello gastrico che è una pompa di membrana H/K ATPasi (trasporto attivo: 1:1/ATP). Anche questa è bersaglio molecolare di alcuni farmaci che sono gli inibitori della pompa protonica, omoprazolo, isomeprazolo, ecc. Questi farmaci vanno ad agire sulla pompa inibendo la secrezione acida gastrica anche perché la pompa è la tappa finale nella secrezione acido gastrica.

Un esempio di farmaco che inibisce il trasportatore di membrana Na/K/Cl (simporto) è la glifozina che è un inibitore di SGLT2. Sono farmaci estremamente innovativi nel trattamento del diabete.

Sistemi di neurotrasmissione

Sistema colinergico

1. È il neurotrasmettitore responsabile delle trasmissioni di impulsi a livello periferico delle sinapsi pre e postgangliari delle fibre parasimpatiche. Queste ultime terminano su cellule ghiandolari, cardiache pacemaker, muscolari lisce; a livello delle fibre postgangliari simpatiche che terminano a livello ghiandolare (simpatico colinergico), sinapsi pregangliari del simpatico; placche neuromuscolari; fibre simpatiche che innervano la ghiandola surrenale e le cellule della midollare inducendo la produzione di catecolamine.

A livello del SNC è presente nei nuclei del setto mediale, nella banda diagonale di Broca, nel nucleo basale di Meynert, nel caudato e nel putamen, nella formazione reticolare del tronco encefalico. I neuroni colinergici sono fondamentali per l’apprendimento, la memoria e la regolazione delle attività extrapiramidali: Alzheimer, demenza alcolica e pugilistica, alterazioni del ciclo sonno-veglia e nel Parkinson come conseguenza della riduzione della dopamina.

Sintesi: colina all’interno del neurone: AcetilCoA + colina → ACh → depolarizzazione → rilascio ACh → inattivazione.

ChT: captazione ad alta affinità Na⁺ dipendente; la velocità di trasporto dipende dalla frequenza di scarica dei neuroni.

ChAT: immagazzinata in vescicole da VAChT, neuroni colinergici e non colinergici.

Ingresso di Ca²⁺ da membrane pre-postsinaptiche.

Colinesterasi:

• AChE: neuroni.
• BuChE: cellule gliali e neuroni, meno importante.

Gli inibitori delle colinesterasi possono essere:

• Reversibili: fisostigmina, neostigmina, piridostigmina sono esteri del metilcarbamato il cui gruppo carbamilico lega il radicale idrossilico della ser. L’enzima carbamilato non subisce però idrolisi in pochi secondi ma in qualche minuto, perciò l’azione del neurotrasmettitore viene rallentata. L’edrofonio ha un legame maggiore per AChE ed è usato nella terapia della miastenia gravis. Il donepezil, rivastigmina e galantamina vengono utilizzati per la terapia dell’Alzheimer poiché attraversano la BEE.
• Irreversibili: non terapeutici, insetticidi, gas nervini. Legandosi irreversibilmente, l’enzima deve essere risintetizzato → morte per paralisi respiratoria, diarrea, bradicardia e arresto cardiaco, miosi, scosse muscolari, perdita della coscienza.

Recettori nicotinici

Recettori nicotinici.

Struttura: 2α1β1δ/γ nell’embrione, 2α1β1ε nell’adulto; si assemblano a formare un canale. I segmenti M1-4 sono transmembrana e il segmento M2 è ad ansa, delimita il poro e quindi la selettività ionica, ovvero presenta aa a carica negativa per permettere il passaggio di cationi quali Na⁺, Ca²⁺, K⁺. Sulle catene α sono presenti i siti di legame con il ligando, sono necessarie 2 ACh per aprire il canale.

Su M3-4, versante citoplasmatico, sono presenti siti di fosforilazione per PKA/PKC che permettono l’attivazione e la desensitizzazione del recettore. Esistono 3 tipi:

• Muscolari post-sinaptici: placca neuromuscolare e SNA gangliare.
• Neuronali pre e post-sinaptici: SNC e attenzione.

Agonisti:

• Nicotina: per dipendenza da fumo, per ileite di Crohn e sindrome di Tourette.
• Vareniciclina: agonista parziale per la dipendenza da nicotina.

Antagonisti:

• Bloccanti neuromuscolari non depolarizzanti, competitivi: bloccano i recettori giunzionali. Utilizzati in anestesia per indurre paralisi periferica. Devono essere associati ad intubazione per paralisi respiratoria, curarici. La neostigmina è usata a fine intervento. Rocuronio, ad azione intermedia, e sugammatex è usata a fine intervento per rimuovere il farmaco dai recettori.
• Depolarizzanti: inducono paralisi muscolare per depolarizzazione prolungata dei recettori poiché mimano l’ACh ma sono rimossi rapidamente. La succinilcolina dà fascicolazioni muscolari dolorose e termina per azione della ChE che stacca l’acido succinico dalla colina → perdita di K⁺ con depolarizzazione e poi ripolarizzazione con desensitizzazione.
• Bloccanti gangliari: ↓ l’attività del SNA con vasodilatazione, ↓ PA, ↑ FC, ↓ motilità GI. L’unico usato, ma non in Italia, è il trimetafano camsilato.

Recettori metabotropici

Recettori metabotropici.

Struttura: tipica proteina transmembrana a 7 domini TDM con porzione extracellulare che interagisce con il ligando, e porzione intracitoplasmatica che interagisce con una proteina G. Vedi tab giù.

Agonisti:

• Muscarina: tossicologico, determina iperattivazione parasimpatica; per contrastare l’avvelenamento si usa l’atropina.
• Pilocarpina: ev per sindrome di Sjogren, topico per glaucoma.
• Arecolina: per stimolazione del parasimpatico.
• Di sintesi.
• Carbacolo: miotico per glaucoma → contrazione muscolo costrittore della pupilla → accomodazione → miosi → allargamento canali di Schlemm → ↓ pressione intraoculare.
• Betanecolo: non idrolizzato da ChE, per trattamento vescica neurogena, ↑ motilità intestinale nell’ileo adinamico.
• Metacolina: diagnostico, per asma e BPCO.

Antagonisti: competitivi, reversibili.

Atropina e scopolamina: analoghi; la scopina ha maggiore azione a livello del SNC. Per coliche addominali, colon irritabile. L’effetto è dose dipendente. La scopolamina come cerotto sulla mastoide per la cinetosi. L’atropina per avvelenamento da funghi.

• 1 mg → xerostomia.
• 2 mg → effetti visivi, amnesia retrograda.
• 5 mg → pelle calda, blocco peristalsi, ritenzione idrica, agitazione.
• >5 mg → midriasi, visione confusa, atassia, delirio, coma.

Pirenzepina: per ulcera gastrica, duodenale → ↓ secrezione gastrica.

Per l’apparato respiratorio non viene più usata l’atropina ma l’ipratropio bromuro che ↓ il broncospasmo senza ↑ delle secrezioni.

Per il GU la tolterodina, ossibutina per il trattamento di coliche renali, dismenorrea spastica, incontinenza → ↓ spasmo.

In anestesia, per prevenire i riflessi vagali indotti da manovre chirurgiche, viene utilizzata la scopolamina.

Sistema catecolaminergico

2. È alla base della trasmissione della porzione simpatica del SNA.

È contenuto nei:

• Neuroni pregangliari.
• Neuroni postgangliari che innervano occhio, cuore, bronchi, piloro, rene, ghiandole surrenali, intestino, ano, vescica, vasi, ghiandole sudoripare, muscoli piloerettori.
• Neuroni postgangliari che fanno sinapsi con uno pregangliare → diffusione risposte evocate.

Le funzioni svolte sono costituenti le reazioni di lotta o fuga:

• Effetto inotropo, cronotropo, batmotropo, dromotropo positivo sul cuore.
• Ridristribuzione sangue a tessuti come muscolo scheletrico, a danno della cute, GI, ..
• Broncodilatazione e inibizione della secrezione mucosa.
• ↑ Forza di contrazione del muscolo scheletrico.
• ↑ Liberazione acidi grassi e glucosio dai depositi per SNC e muscolo.
• Midriasi.

I neurotrasmettitori del sistema catecolaminergico sono:

• Noradrenalina.
• Adrenalina, più ormone che neurotrasmettitore; prodotta dalla midollare del surrene solo in condizioni di eccessivo stress.
• Dopamina, via nigrostriatale, mesolimbica, mesotalamica, tuberoinfundibulare e tuberoipofisaria.

La sintesi delle catecolamine inizia con:

Fenilalanina → tirosina → L-diidrossifenilalanina (DOPA) → dopamina → noradrenalina → adrenalina.

Immagazzinamento vescicolare.

Fenilalanina idrossilasi, tirosina idrossilasi, DOPA decarbossilasi, dopamina β-idrossilasi, feniletanolamina N-metiltrasferasila.

La DOPA viene immediatamente decarbossilata e quindi non si accumula.

2 Emicolonio-3: analogo della colina, inibisce la captazione della colina (deriva per il 50% dall’ACh metabolizzata e per la restante parte dalla lecitina o da fosfolipidi di membrana).

3 Sono serino-idrolasi che contengono un sito anionico contenente glutammato a cui si lega la colina, e un sito esterasico con ser e Hys a cui si lega il gruppo cetilico → enzima acetilato + colina → idrolisi spontanea → enzima libero.

4 Inibito dal vesamicolo: inibitore selettivo che impedisce l’accumulo in vescicole e quindi la liberazione dell’ACh.

5 β-idrossilasi.