Acetilcolina

Acetilcolina

L'acetilcolina è un neurotrasmettitore comparso presto nel corso dell'evoluzione. Negli invertebrati diploblastici, come i celenterati, in cui il sistema nervoso si è organizzato in maniera più complessa dalla periferia, si è posto internamente in una posizione più protetta e organizzata in aggregati di cellule nervose, che sono i gangli nervosi. Ecco che si hanno le prime prove della trasmissione nervosa dove l'acetilcolina è uno dei neurotrasmettitori.

L'acetilcolina è diffusa anche nel mondo vegetale e nel mondo animale. È presente nei mammiferi, anfibi, uccelli, pesci, crostacei, molluschi e insetti, dove il suo ruolo comprovato è quello di neurotrasmettitore. L'acetilcolina è un estere: il prodotto della colina più acido acetico con produzione di una molecola d'acqua.

Rilascio dell'acetilcolina

L'acetilcolina è rilasciata a livello delle:

• Giunzioni neuromuscolari
• Fibre pregangliari di tutti i gangli del sistema nervoso vegetativo (simpatico e parasimpatico)
• Fibre parasimpatiche postgangliari

Come mediatore alle suddette sinapsi, l'acetilcolina controlla gli impulsi che i centri inviano agli organi periferici.

Fattori che regolano la sintesi di acetilcolina

1. Disponibilità di acetil-CoA che deriva:
   • Dal glucosio attraverso la via glicolitica e cioè gli enzimi che ossidano il piruvato
   • Dal citrato ad opera della ATP citrato lisasi
   • Dall'acetato ad opera della CoA acetilsintetasi
2. Disponibilità di colina
3. NGF

Sintesi, liberazione e metabolismo dell'acetilcolina

A livello della membrana plasmatica troviamo il trasportatore della colina. Di esso ne esistono 2 isoforme:

• Ad alta affinità (presente esclusivamente nei neuroni colinergici)
• A bassa affinità

Il suo compito è quello di scambiare il sodio con la colina (una piccola molecola alcolica abbondante nel plasma) in modo da trasportarla dentro la cellula (facendo fuoriuscire il sodio, quindi attivando un trasporto attivo secondario). L'acetile, altro precursore di acetilcolina, si trova già dentro la cellula poiché fuoriesce dal mitocondrio in caso di surplus energetico.

La sintesi di acetilcolina avviene in un unico passaggio nel terminale presinaptico: il gruppo acetilico dell'acetil-coenzima A (acetil-CoA) è trasferito alla colina dall'enzima colina-acetiltransferasi (ChAT), espresso in maniera specifica dai neuroni colinergici. L'attività della ChAT può essere ridotta da composti organici del mercurio, che hanno alta affinità con il gruppo solfidrico dell'acetil-CoA. Questa inibizione può portare a una deficienza di acetilcolina, con conseguenze sull'attività motoria.

L'ACh neosintetizzata è trasportata nelle vescicole da un trasportatore vescicolare colinergico. La tappa limitante della sintesi della acetilcolina è il trasporto della colina, la cui attività viene regolata in funzione della quantità di acetilcolina liberata.

Il rilascio di acetilcolina può essere bloccato dalle tossine botuliniche, prodotte dal batterio Clostridium botulinum, una famiglia di peptidasi che tagliano le componenti del processo SNARE, e impediscono la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana plasmatica neuronale. Le tossine botuliniche sono letali in condizioni di intossicazione, perché bloccano la neurotrasmissione, in particolar modo quella colinergica, che controlla la muscolatura scheletrica.

Il rilascio delle vescicole avviene a livello di siti della membrana presinaptica detti zone attive, intorno alle quali sono maggiormente concentrati i canali voltaggio-dipendenti per il calcio. L'aumento locale di ioni Ca²⁺ provocato dall'arrivo di un potenziale d'azione innesca la fusione delle vescicole con la membrana plasmatica e il rilascio del loro contenuto nella fessura sinaptica. Considerando il diametro delle vescicole sinaptiche (50 nm) e la larghezza della fessura sinaptica (20-40 nm), si comprende come le molecole di neurotrasmettitore siano catapultate a ridosso dei siti recettoriali, concentrati di fronte alle zone attive, e possano efficacemente interagire con essi.

Effetti delle tossine

• La batracotossina aumenta la permeabilità al Na⁺ determinando una persistente depolarizzazione e inducendo così una successiva incapacità alla conduzione dell'impulso.
• La tossina del clostridio botulinico, internalizzata dal motoneurone mediante endocitosi, blocca il release esocitotico di acetilcolina.
• La tossina botulinica è di straordinaria attività e si produce nei cibi conservati perché qui può riprodursi il clostridio che determina paralisi progressiva del sistema motorio.
• La beta bungarotossina si comporta come la tossina botulinica ed è un prodotto del veleno di serpenti della famiglia del Cobra. Lo stesso veleno contiene l'alfa bungarotossina che è invece un antagonista del recettore nicotinico.

Inattivazione

La modalità primaria dell'inattivazione dell'ACh è enzimatica. L'acetilcolinesterasi (AChE) è un enzima associato alla membrana postsinaptica, che idrolizza l'ACh direttamente nel suo sito d'azione separando la colina dall'acetato. Mentre l'acetato, metabolicamente inutilizzabile, è eliminato per diffusione, la colina è ricaptata dal neurone presinaptico attraverso l'attività di proteine trasportatrici poste sulla membrana presinaptica, per la sintesi di ulteriore neurotrasmettitore.

Farmaci che agiscono in sede presinaptica

• Inibitori della colina acetiltransferasi
  • Cloroacetilcolina, bromochetone: inibiscono la formazione dell'acetilcolina impedendo la acetilazione della colina
• Inibitori del trasportatore della colina
  • Emicolinio: inibitore competitivo della captazione della colina
  • Trietilcolina: oltre ad inibire la captazione di colina, è trasportata ed acetilata all'interno della terminazione (acetiltrietilcolina, falso neurotrasmettitore)
• Inibitori del trasportatore della acetilcolina
  • Vesamicolo: blocca il trasporto dell'acetilcolina dal citosol alle vescicole sinaptiche
• Inibitori dell'emissione di acetilcolina
  • Tetrodotossina, procaina, cocaina: impediscono l'arrivo degli impulsi alle terminazioni nervose
• Inibitori della acetilcolinaesterasi
  • Neostigmina, fisostigmina, piridostigmina, etc.
• Inibitori reversibili delle colinesterasi
  • Edrofonio: potente ma di breve durata
  • Fisostigmina: azione inibitoria dura circa 20 minuti "in vitro", passa nel Sistema Nervoso Centrale (SNC)
  • Neostigmina: è potente come la fisostigmina ma non passa nel SNC
• Inibitori reversibili della acetilcolinesterasi di più recente sintesi
  • Tacrina
  • Donepezil
  • Metrifonato

La maggior parte degli inibitori inibisce anche le pseudocolinesterasi o butirrilcolinesterasi o colinoesterasi atipiche, presenti nel plasma, fegato, parete gastrointestinale e SNC. Hanno il loro migliore substrato nella butirrilcolinoesterasi e idrolizzano più lentamente acetilcolina rispetto a acetilcolinesterasi.

Inibitori irreversibili della acetilcolinesterasi sono composti organofosforici usati come pesticidi in agricoltura o come gas nervini (aggressivi bellici). Antidoto: pralidossima ioduro (PAM).

Tossine

La tossina botulinica è una proteina prodotta dal bacillo anaerobico Clostridium botulinum. Tale organismo può riprodursi nei cibi conservati causando il botulismo, una forma grave di avvelenamento alimentare. La tossina botulinica è un eterodimero:

• La subunità maggiore si lega al recettore di membrana e permette l'ingresso della tossina all'interno della terminazione nervosa colinergica e quindi l'azione della subunità minore. Subunità responsabile della specificità (nervi motori).
• La subunità minore è una peptidasi capace di inattivare proteine specifiche coinvolte nella esocitosi (sinaptobrevina, sintassine, etc.). Subunità responsabile dell'inibizione del rilascio di acetilcolina.

Avvelenamento indotto dalla tossina botulinica provoca una progressiva paralisi del sistema parasimpatico e del sistema motorio (paralisi flaccida), secchezza delle fauci, offuscamento della visione e difficoltà nella deglutizione, progressiva paralisi respiratoria. Il trattamento con antitossina è efficace soltanto se effettuato prima che i sintomi compaiano, poiché una volta che la tossina è legata, la sua azione è irreversibile.

La tossina tetanica è una esotossina prodotta da Clostridium tetani. Si lega ed entra nei neuroni spinali, bloccando il rilascio di glicina, provocando paralisi spastica.

Tossine contenute nel veleno di serpente

• α-neurotossine: bloccano i recettori colinergici postsinaptici interagendo con il sito di legame dell'agonista sul recettore nicotinico:
  • α-bungarotossina: è selettiva per il recettore muscolare e neuronale con subunità α7
  • β-bungarotossina: inibisce i recettori neuronali
• Fasciculine: inibiscono l'acetilcolinaesterasi
• Tossine muscariniche: sono agonisti muscarinici

Recettori dell'acetilcolina

I recettori di ACh sono:

• Muscarinici: Mediano gli effetti dell'acetilcolina a livello delle sinapsi parasimpatiche postgangliari (cuore, muscolatura liscia, ghiandole) e contribuiscono all'eccitazione gangliare.
• Nicotinici: Mediano la trasmissione sinaptica veloce a livello della giunzione neuromuscolare, dei gangli autonomi e di vari siti nel SNC.

L'acetilcolina è una molecola flessibile che si trova in due stati conformazionali differenti a seconda del recettore cui è legata.

Recettori nicotinici

I recettori nicotinici sono canali ionici attivati dall'interazione col ligando e la loro attivazione causa un rapido aumento della permeabilità cellulare al Na⁺ e al K⁺, seguita da depolarizzazione ed eccitazione. Sono note 5 tipi di subunità (α, β, γ, δ, ε) con elevata omologia di sequenza ed organizzate in pentamero per formare un canale funzionante. Il rivestimento interno del poro è formato da segmenti M2 di ogni subunità contenenti aa negativi (selettività del canale per cationi). La subunità α è presente sempre in due copie. I due siti di legame per l'acetilcolina sono formati dall'interfaccia di ciascuna subunità α con la subunità adiacente. Quando l'ACh si lega dall'esterno, le α-eliche si raddrizzano permettendo l'apertura del canale.

Muscolare: La struttura pentamerica è costituita da quattro diverse subunità:

• α₂βδε: nel muscolo innervato dell'adulto
• α₂βδγ: nel muscolo embrionale o denervato

Neuronale: La struttura pentamerica è costituita da due differenti subunità. Subunità α: sono noti otto sottotipi (α2-α9). Subunità β: sono noti quattro sottotipi (β2-β5). La distribuzione e la funzionalità dei recettori è importante per la trasmissione sinaptica. Un diverso arrangiamento delle subunità rende conto della differenza fra recettore neuronale centrale e gangliare.

Miastenia grave (malattia autoimmune): anticorpi contro AchR causano alterazione della contrazione.

Azioni mediate da acetilcolina

1. Riduzione della pressione: effetto dovuto a vasodilatazione ma fugace in quanto entrano in gioco i barocettori con conseguente aggiustamento pressorio.
2. Cuore: effetto inotropo e cronotropo negativo.
3. A livello della muscolatura liscia intestinale: aumenta il tono e l'ampiezza delle contrazioni fino a poter indurre diarrea.
4. A livello della muscolatura liscia bronchiale: broncocostrizione.
5. Ghiandole esocrine: aumenta la sudorazione, la lacrimazione, la salivazione.
6. Occhio: miosi e accomodazione per la visione da vicino.