Effetti protettivi della guanosina

Oltre a svolgere diversi ruoli intracellulari, soprattutto nella modulazione dei processi di trasduzione del segnale, i derivati guaninici mediano importanti effetti a livello extracellulare e sono dei neuromodulatori nel SNC.

La guanosina e il GTP inducono diversi effetti trofici nelle cellule gliali, nei neuroni ippocampali e nelle cellule PC12, derivate da un feocromocitoma di ratto, attraverso la

Introduzione

25 promozione della proliferazione e della differenziazione cellulare e attraverso l’arborizzazione e la crescita dei neuriti (Oleskovicz et al., 2008).

Diversi studi indicano che la guanosina può essere considerata un composto neuroprotettivo endogeno ed è stato dimostrato che i derivati guaninici vengono rilasciati dagli astrociti in condizioni di ipossia o ipoglicemia e che i loro livelli extracellulari restano alti per un lungo periodo dopo l’insulto, aumentando progressivamente anche come risultato dell’idrolisi dei nucleotidi.

E’ stato dimostrato che in fettine di ippocampo esposte a deprivazione di ossigeno e glucosio per 15 minuti, seguite da due ore di riperfusione, l’aggiunta di guanosina e GMP al mezzo di incubazione determina un recupero della vitalità cellulare. Inoltre, il mezzo prelevato da colture di astrociti trattati con guanosina si è dimostrato in grado di prevenire la neurotossicità indotta dall’NMDA (Oleskovicz et al., 2008; Schmidt et al., 2007).

In accordo con gli studi in vitro, studi in vivo hanno dimostrato che la somministrazione di GMP o guanosina previene la comparsa di convulsioni e la morte cellulare mediate dall’NMDA nel tessuto striato nei ratti.

Uno dei ruoli extracellulari principali dei derivati guaninici è il loro effetto modulatorio sul sistema glutammatergico. Essi determinano una riduzione del legame del glutammato e dei suoi analoghi ai loro recettori, con conseguente diminuzione della neurotossicità indotta dall’amminoacido.

È stato inoltre dimostrato che la guanosina è in grado di modulare l’attività dei trasportatori del glutammato aumentando l’uptake dell’amminoacido negli astrociti e diminuendone l’accumulo nelle vescicole sinaptiche (Oleskovicz et al., 2008).

In condizioni fisiologiche, l’effetto della guanosina sull’uptake del glutammato in fettine cerebrali sembra essere dipendente dall’età (maggiore negli animali giovani) e dalla struttura coinvolta (maggiore nella corteccia). Viceversa, in condizioni eccitotossiche il ruolo della guanosina nello stimolare l’uptake del glutammato da parte degli astrociti sembra costituire un meccanismo protettivo generalizzato (Schmidt et al., 2007; Schmidt et al., 2009).

La deprivazione di ossigeno e glucosio nelle cellule cerebrali riproduce una serie di stati patologici e provoca un incremento della concentrazione extracellulare di glutammato che passa da concentrazioni micromolari a concentrazioni millimolari. L’influsso del calcio causato da un’eccessiva attivazione dei recettori del glutammato scatena una serie di processi intracellulari tra cui proteolisi, perossidazione lipidica e generazione di specie reattive dell’ossigeno che causano la morte cellulare.

I trasportatori degli amminoacidi ad alta affinità sodio-dipendenti provvedono all’eliminazione del glutammato extracellulare dallo spazio sinaptico in un modo che sembra dipendente dallo stato redox della cellula. È stato comunque dimostrato che l’effetto neuroprotettivo della guanosina non è direttamente correlato ai recettori e ai trasportatori del glutammato e che non sono neppure coinvolti i recettori adenosinici. L’effetto della guanosina, infatti, non cambia se le fettine cerebrali vengono precedentemente esposte al dipiridamolo, un inibitore non selettivo dei trasportatori dei nucleosidi. Questo dato, inoltre, potrebbe suggerire l’esistenza di un sito d’azione extracellulare della guanosina.

Dato che l’eccessivo rilascio di glutammato provoca un aumento dei livelli intracellulari di calcio che porta a morte cellulare, è stata ipotizzata una correlazione tra l’omeostasi del calcio e l’effetto protettivo della guanosina. L’incubazione di fettine di ippocampo in un mezzo privo di calcio abolisce difatti l’effetto protettivo della guanosina, sottolineando la dipendenza dell’effetto della purina dai livelli extracellulari di calcio.

Alcuni studi hanno dimostrato che in astrociti in coltura trattati con guanosina aumenta l’espressione dei canali del potassio e questo potrebbe contribuire alla neuroprotezione con un meccanismo non ancora conosciuto, poichè bloccando i canali del potassio, l’effetto neuroprotettivo della guanosina viene abolito.

La guanosina, dunque, sembrerebbe agire mediante l’attivazione dei canali del potassio e il suo effetto dipenderebbe dal calcio extracellulare.

Il coinvolgimento del calcio intracellulare nell’effetto della guanosina non è ancora stato chiarito ma l’entrata dello ione attraverso i canali voltaggio-dipendenti oppure la mobilitazione delle riserve intracellulari può attivare i canali del potassio calcio-dipendenti favorendo la neuroprotezione indotta dalla guanosina.

Tenendo in considerazione la mobilitazione del calcio intracellulare durante un attacco ischemico e il possibile coinvolgimento del calcio nell’effetto della guanosina, sono state studiate le possibili vie di trasduzione del segnale che coinvolgono il calcio. Sorprendentemente l’inibizione della proteina chinasi II calmodulina-dipendente (CaMKII) non influenza l’effetto della guanosina che viene però abolito usando inibitori selettivi della PKC, PKA, MEK (MAPK/ERK) e PI3-K.

Traversa e collaboratori (2002) hanno dimostrato che l’attivazione della cascata delle MAPK da parte della guanosina viene bloccata dal pretrattamento delle cellule con la tossina della pertosse ma non con gli antagonisti dei recettori adeninici. Questo suggerisce

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27 che la guanosina agisca mediante recettori accoppiati a proteine G distinti da quelli attivati dai derivati adeninici.

La guanosina potrebbe dunque agire attivando un recettore oppure un canale del potassio calcio-dipendente e promuovendo l’attivazione della PKC, PKA, MEK oppure PI3-K (Oleskovicz et al., 2008).

In vivo la guanosina e il GMP sono capaci di modulare i processi mnemonici dopo somministrazione acuta o cronica per via intraperitoneale o orale, un effetto non prevenuto dagli antagonisti dei recettori adenosinici (Schmidt et al., 2007).

La somministrazione di guanosina (8 mg/kg) per via intraperitoneale in ratti con occlusione dell’arteria cerebrale prolunga la sopravvivenza dell’animale e diminuisce i difetti neurologici e il danno tissutale derivanti dall’occlusione.

Inoltre la guanosina protegge i neuroni dagli effetti della deprivazione da ossigeno e glucosio anche se somministrata 5 ore dopo lo stimolo (Chang et al., 2007).