CANALI DEL POTASSIO SARCOLEMMATICI E MITOCONDRIAL

I canali del potassio sensibili all'ATP sono distribuiti sul sarcolemma in molti tessuti come il muscolo scheletrico e il tessuto pancreatico, nonché nei cardiomiociti. I canali KATP sono composti da subunità Kir6.X K+-selettive e dalle subunità recettoriali della sulfanilurea (SUR1/2) e sono regolate in base al rapporto ATP-ADP; quindi sono strettamente connessi al metabolismo cellulare. I canali mitoKATP svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione della funzione mitocondriale e sono chiaramente coinvolti nel pre- condizionamento ischemico (Garlid K.D. et al. 2003; Murata M. et al. 2001). Nonostante molte evidenze sul loro ruolo cruciale, non c'è un’opinione generale sulla loro struttura molecolare. Tuttavia, molti autori hanno riportato una diversa struttura di mito-KATP rispetto ai canali di sarc-KATP; in particolare, i canali mito-KATP sembrano privi delle tipiche proteine SUR1 e SUR2; al contrario, altri autori hanno dimostrato che abbattendo le proteine Kir6.X, l'attività mito-KATP viene mantenuta. Questi risultati possono dimostrare che i canali mito-KATP sono codificati da altri geni (Kicinska A. et al. 2007; Miki T. et al. 2002; Wojtovich A.P. et al. 2013). Molto recentemente, ulteriori progressi nella

40 comprensione della struttura molecolare di mitoKATP sono stati raggiunti da un gruppo di ricercatori che hanno osservato che il canale ROMK (canale del potassio della midollare esterna renale) è localizzato nella membrana mitocondriale interna dei miocardiociti e media il flusso di K+ ATP-sensibile, fornendo protezione contro gli stimoli di morte cellulare. Questa osservazione ha portato all'ipotesi che mito-ROMK possa essere una subunità di formazione dei pori dei mito-KATP (Foster D.B. et al. 2012). È stato dimostrato che H2S

apre sia i canali sarcoKATP che mitoKATP. Attraverso questi canali modula diversi effetti fisiologici a livello cardiovascolare (Yang W. et al. 2005). Nel 2001, alcuni ricercatori descrissero per la prima volta che l'H2S esercita iperpolarizzazione e vasodilatazione nelle

cellule muscolari lisce attraverso l'apertura dei canali KATP (Zhao W. et al. 2001). Inoltre, in un modello di ratto Wistar di lesione del miocardio in seguito a danno da I/R con somministrazione di NaHS 15 minuti prima dell'evento ischemico, ha mostrato un effetto cardioprotettivo, riducendo significativamente la dimensione dell'infarto e inducendo un migliore recupero della funzione cardiaca (Sivarajah A. et al. 2009). Sia l'abolizione della generazione di H2S endogeno con inibitori dell’enzima CSE, che il blocco di mitoKATP con

acido 5-idrossidecanoico hanno invertito l'effetto cardioprotettivo, mostrando che H2S può

agire attraverso i canali mitoKATP. Anche i canali sarc-KATP mediano la cardioprotezione: la loro apertura provoca un flusso di potassio verso l'esterno che iperpolarizza la membrana riducendo sia la durata del potenziale di azione che l'afflusso di calcio. Entrambi questi eventi diminuiscono la contrazione cellulare, riducendo così il consumo di energia durante la riperfusione dopo l'evento ischemico (Pan T.T. et al. 2006). Nei cardiomiociti di ratto, l'esposizione ad NaHS per 30 minuti prima della lesione da ipossia/riossigenazione ha promosso la citoprotezione che è stata poi impedita dal blocco selettivo dei canali sarcKATP con HMR-1098, indicando che il pre-condizionamento di H2S agisce attraverso i canali sarc-

KATP (Bian J.S. et al. 2006). Il vero meccanismo che sta alla base della cardioprotezione evocata dall'H2S attraverso l'attivazione dei canali sarc-KATP sembra essere dovuto ad un

ridotto flusso di Ca2+ verso l'interno attraverso i canali Ca2+ di tipo L durante la lesione I/R: infatti, come precedentemente riportato, una concentrazione intracellulare di Ca2+ inferiore porta a un minore accumulo di Ca2+ nella matrice mitocondriale durante l'ischemia. Quando si verifica la riperfusione, l'apertura di MPTP viene attenuata, spiegando in tal modo l'effetto anti-apoptotico di H2S (Murata M. et al. 2001; Wang L. et al. 2001).

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1.5.8.2. CANALI DEL POTASSIO VOLTAGGIO-DIPENDENTI

Attualmente, sono riconosciuti cinque sottotipi Kv7 (Kv7.1-Kv7.5), ciascuno con una distinta distribuzione tissutale (Soldovieri M.V. et al. 2011). Tra i sottotipi di Kv7, Kv7.4 è abbondantemente espresso in cellule cellule della muscolatura liscia vascolare (VSM), come suggerito anche da studi funzionali con modulatori di questo sottotipo di canale (Schenzer A. et al. 2005). D'altra parte, è stata rilevata un'espressione variabile di Kv7.1, Kv7.3 e Kv7.5, mentre Kv7.2 sembra essere assente. I canali del potassio voltaggio-dipendenti (Kv) sono uno dei più grandi gruppi di canali del potassio e sono espressi in cellule eccitabili e non eccitabili (Gutman G.A. et al. 2005). Nelle cellule eccitabili, la loro funzione è quella di controllare il potenziale di membrana a riposo; in cellule non eccitabili, svolgono un ruolo fondamentale nella feedback-regulation del potenziale di membrana. Canali del potassio voltaggio-dipendenti sono stati studiati finora nel sarcolemma di molti tessuti e cellule, inclusi i neuroni, il cuore e la muscolatura liscia (Gribkoff V.K. 2003; Haick J.M. & Byron K.L. 2016). La struttura di mito-Kv7.4 non è stata completamente chiarita, ma si ritiene che formi pori omo-multimerici o etero-multimerici. Recentemente, l'isoforma mitocondriale del canale Kv7.4 (mito-Kv7.4) è stata scoperta nei mitocondri cardiaci ed è stato dimostrato il suo ruolo nella cardioprotezione contro la lesione da I/R (Testai L. et al. 2016). Sulla base di studi funzionali, è stato ipotizzato che l'H2S agisca come il fattore rilasciante derivato

dagli adipociti endogeni (ADRF, rilasciato dal tessuto adiposo perivascolare) attivando i canali del potassio Kv7 voltaggio-dipendenti vascolari. Infatti, è stato scoperto che l'ADRF evoca un rilassamento precoce dell'aorta e dell'arteria mesenterica nei roditori, un effetto antagonizzato non solo dagli inibitori della CSE, ma anche dal bloccante dei canali Kv7, XE 991. I canali del potassio voltaggio-dipendenti Kv7 svolgono un ruolo cruciale nella stabilizzazione del potenziale di membrana a valori di riposo negativi, contrastando così l'eccitabilità elettrica in diversi tipi di cellule (Robbins J. 2001). Una serie di recenti studi mostra come il ruolo di H2S come modulatore di questi canali sia interessante da valutare

nelle risposte vasorilascianti indotte in cellule VSM al fine di un possibile utilizzo terapeutico. L'attivazione dei canali KATP analizzata precedentemente, è in grado di spiegare solo parzialmente degli effetti vascolari di H2S, come suggerito anche da risultati

sperimentali che dimostrano che una frazione significativa del vasorilasciamento indotto dal NaHS persiste ancora in presenza di glibenclamide (bloccante dei canali KATP). I canali vascolari Kv7, e in particolare l’isoforma Kv7.4, sono attualmente visti come elementi chiave nella regolazione della contrattilità dei vasi sanguigni (Ng F.L. et al. 2011). È

42 probabile che l'attivazione di queste classi di canali ionici sia direttamente o indirettamente coinvolta negli effetti dell'H2S. Per indagare su questa ipotesi, diversi bloccanti dei canali

del potassio sono stati testati sul vasorilasciamento indotto da NaHS negli anelli aortici di ratto. TEA, bloccante non specifico dei canali Kv, ha antagonizzato gli effetti vasorilascianti di NaHS. Molto interessante notare come invece 4-AP, bloccante di molti sottotipi di canali del potassio voltaggio-dipendenti, eccetto Kv7 non sia stato capace di antagonizzare il vasorilasciamento indotto da NaHS evidenziando quindi un importante coinvolgimento di questa classe specifica di canali del potassio nel meccanismo vasorilasciante caratteristico di questo gas-trasmettitore. XE-991 e altri bloccanti selettivi hanno marcatamente antagonizzato le risposte vasodilatatorie di NaHS, aggiungendo ulteriore supporto al coinvolgimento dei canali del potassio Kv7 (Martelli A. et al. 2013). Ulteriori studi dimostrano che questi canali del potassio voltaggiodipendenti svolgono un ruolo chiave anche nella modulazione del dolore (Busserolles J. et al. 2016). Una diminuzione dell'espressione dei canali Kv7 contribuisce all'iperalgesia neuropatica poiché l'attivazione del canale riduce la generazione ectopica di potenziali d'azione nel dolore neuropatico (Lang P.M. et al. 2008). Su queste premesse, gli attivatori di canali Kv7 come la retigabina sono attualmente considerati come composti anti-iperalgesici (Nodera H. et al. 2011). Evidenze sperimentali mostrano l'efficacia antidolorifica dei donatori di H2S contenenti il gruppo

funzionale isotiocianato, confrontando la loro attività con composti di riferimento noti come NaHS e GYY4137, in modelli animali di dolore neuropatico indotto da farmaci antitumorali. I canali etero-multimerici Kv7.2 e Kv7.3 appaiono come i principali attori nell'elaborazione delle informazioni sul dolore, essendo abbondantemente espressi nei nodi di Ranvier e nei corpi cellulari dei grandi neuroni sensoriali, nonché nelle corna dorsali, nel talamo e nella corteccia (Wang J.J. e Li Y. 2016). L'inibizione dei canali Kv7 con XE-991, porta all'ipereccitabilità dei neuroni sensoriali primari (Zheng Q. et al. 2013). D'altra parte, la retigabina, un attivatore di canali neuronali Kv7, presenta effetti neuroprotettivi contro neuropatia indotta da cisplatino (Nodera H. et al. 2011) e oxaliplatino, diminuzione del dolore osteoarticolare e neuropatico, e soppressione dell'eccitabilità dei neuroni gangliari trigeminali nocicettivi sensibili al freddo (Abd-Elsayed A.A. et al. 2015). Tutte queste prove indicano un ruolo cruciale dei canali Kv7 in diversi modelli di dolore persistente. Questi dati hanno portato a ipotizzare che l'H2S, attivando i canali Kv7, riduca l'ipereccitabilità

neuronale, normalizzando così l'attività elettrofisiologica alterata che si verifica durante il dolore neuropatico indotto da chemioterapia (Di Cesare Mannelli L. et al. 2015).

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1.5.8.3. CANALI DEL Ca2+ _{DI TIPO L}

È stato dimostrato che l'H2S inibisce il canale cardiaco del Ca2+ di tipo L espresso nella

membrana miocardica (Sun Y.G. et al. 2008). Questi canali sono coinvolti nel mantenimento di una concentrazione di Ca2+ intracellulare equilibrata che regola diversi processi fisiologici, come l’eccitazione-contrazione e la modulazione della funzione contrattile (Bers D.M. 2008). In un modello di patch clamp di cardiomiociti di ratto, NaHS ha inibito i canali Ca2+ di tipo L riducendo il flusso interno di Ca2+ e promuovendo così la cardioprotezione durante una lesione da I/R miocardica (Tang G. et al. 2010).