• Non ci sono risultati.

3 I canali ionici Voltaggio‐dipendenti e la trasmissione sinaptica 

3.3 I canali ionici del calcio Voltaggio dipendenti 

 

I  livelli  intracellulari  del  calcio  regolano  molti  processi  cellulari  come  la  trascrizione  genica,  il  differenziamento  fenotipico,  l’attivazione  di  enzimi  ed  in  particolare  nelle  cellule  nervose  sono  implicati  nel  rilascio  del  neurotrasmettitore,  nella  regolazione  e  morte  neuronale  (Randall  and  Tsien,  1995,  Scamps  et  al.,  1998).  Tutti  i  canali  del  calcio  (Fig.  16)  presentano  voltaggio‐dipendenza  e  sono  attivati  dalla  depolarizzazione.  Attraverso  essi  fluisce una corrente ionica entrante, e possono svolgere nelle membrane delle  cellule eccitabili, un ruolo simile a quello del sodio nella genesi del potenziale  d’azione.  L’attività  dei  canali  voltaggio  dipendenti  del  calcio  diventa  quindi  fondamentale  per  accoppiare  i  segnali  elettrici  a  delle  ben  precise  reazioni  cellulari  (Catterall,  2000b,  Catterall  et  al.,  2005,  Catterall  and  Few,  2008).  Caratteristica generale dei canali ionici del calcio è la loro bassa conduttanza  che,  unitamente  alla  loro  relativa  scarsità  nelle  membrane  fa  sì  che  la  loro  attivazione  abbia  generalmente  un  effetto  limitato  sul  potenziale  di  membrana, sicuramente meno importante di quello dei canali del sodio e del  potassio. Anche le cinetiche di attivazione e di inattivazione sono meno veloci  di  quelle  dei  canali  del  sodio  e  di  conseguenza  le  correnti  del  calcio  sostengono  generalmente  le  “componenti  lente”  delle  manifestazioni  elettriche cellulari. Un’ultima caratteristica che accomuna i vari tipi di canali  ionici per il calcio è quella di essere, pur in diverso grado, bloccati da alcuni  cationi bi‐ e tri‐valenti come il cadmio, il nichel e il lantanio.  I neuroni possiedono diversi tipi di canali del calcio voltaggio‐dipendenti ed è  proprio in relazione alla loro voltaggio‐dipendenza e alle caratteristiche della  loro inattivazione che si possono suddividere in due categorie (Carbone and  Swandulla, 1989). I canali “low voltage activated” o LVA, sono così chiamati  perché  vengono  attivati  già  da  modeste  depolarizzazioni  della  membrana 

57

cellulare.  Essi  presentano  una  pronta  inattivazione  voltaggio‐dipendente  per  cui, al permanere delle depolarizzazione, essi rimangono aperti solo per breve  tempo e da qui il nome alternativo di canali T (transienti), (Carbone and Lux,  1987). Questi canali hanno una conduttanza piuttosto bassa e sono numerosi  in molti tipi di neuroni ma non in tutti, mancano per esempio nei neuroni dei  gangli  ortosimpatici.  La  principale  funzione  dei  canali  LVA  sembra  essere  quella  di  partecipare  alla  genesi  dei  potenziali  d’azione  ed  alla modulazione  della  loro  frequenza  di  scarica.  Farmacologicamente  questi  canali  sono  più  sensibili al nichel che agli altri cationi (Lnenicka and Hong, 1997). 

I  canali  “high  voltage  activated”  o  HVA,  sono  così  chiamati  perché  il  loro  passaggio  allo  stato  attivo  richiede  depolarizzazioni  membranali  relativamente  elevate.  I  canali  HVA  sono  caratterizzati  da  una  conduttanza  più elevata rispetto ai canali LVA, dall’essere più sensibili al cadmio rispetto  al  nichel  e  dall’essere  più  permeabili  al  bario  rispetto  al  calcio  (Fox  et  al.,  1987). Per questi canali l’inattivazione è relativamente lenta ed è determinata  primariamente  dall’innalzamento  della  concentrazione  intracellulare  dello  ione calcio. Si tratta di un meccanismo autolimitante (feed‐back negativo) che  è  finalizzato  ad  impedire  che  la  concentrazione  intracellulare  del  calcio  si  innalzi al di sopra dei limiti fisiologici. La funzione dei canali HVA è quella di  accoppiare  i  fenomeni  elettrici  membranali  con  i  vari  processi  calcio‐ dipendenti  che  avvengono  all’interno  della  cellula.  In  base  alla  sensibilità  a  diversi  bloccanti  farmacologici,  i  canali  HVA  possono  essere  ulteriormente  suddivisi in:  

• canali L, bloccati dai vari tipi di diidropiridine;  • canali N, bloccati dall’ω‐conotossina; 

• canali P /Q, bloccati dall’ω‐agatossina. 

La distinzione farmacologica è il miglior criterio usato per distinguere i canali  del  calcio  HVA.  Essi  presentano  infatti  caratteristiche  differenti  per  quanto 

58

riguarda l’attivazione, la conduttanza e la velocità di inattivazione a secondo  del tipo di cellule in cui sono presenti. Ad esempio i canali N, nella radice del  ganglio dorsale di pollo, hanno una velocità di  inattivazione maggiore e una  conduttanza  che  è  circa  la  metà  di  quella  dei  canali  L.  In  altri  neuroni  di  mammifero, invece, la conduttanza e la velocità di inattivazione dei canali N  risulta  essere  la  stessa  di  quella  dei  canali  L  (Lnenicka  and  Hong,  1997).  Le  proprietà biofisiche dei canali P e Q, identificati recentemente, non sono state  così ampiamente esaminate come quelle dei canali N ed L. I canali di tipo P,  originariamente  descritti  nelle  cellule  del  Purkinje  del  ratto,  hanno  un’attivazione  ad  un  voltaggio  più  negativo  rispetto  ai  canali  N  ed  L  e  una  più lenta velocità di inattivazione (Mintz et al., 1992). La corrente dei canali di  tipo  Q,  trovata  nei  granuli  di  cervelletto  di  ratto,  è  simile  alla  corrente  dei  canali P, eccetto per la sua più rapida inattivazione (Randall and Tsien, 1995).  

Esistono  inoltre  dei  canali  del  calcio  che  non  risentono  dell’effetto  di  nessun  tipo di bloccante degli altri canali del calcio. Questi canali sono detti di tipo R  (Resistenti). 

In  numerosi  studi  sperimentali,  l’ingresso  presinaptico  di  calcio  è  stato  associato  principalmente  ai  canali  del  calcio  di  tipo  P/Q  e  N  (Qian  and  Noebels,  2001),  anche  se  è  stato  riportato  il  coinvolgimento  di  altri  tipi  di  canale,  in  particolare  i  canali  di  tipo  R  (Svoboda  and  Mainen,  1999).  La  loro  attivazione  è  guidata  dal  potenziale  di  membrana  ma  dipende  molto  dallo  stato  del  canale.  Alcuni  neuroni  utilizzano  solo  un  tipo  di  canale  (N  o  P/Q)  altri  invece  utilizzano  i  due  canali  e  coinvolgono  anche  canali  di  tipo  R  (Wilson  et  al.,  2001).  Tuttavia  a  livello  della  corteccia  motoria  sono  state  identificate  principalmente  le  componenti  N‐,  L‐,  P/Q,  ed  R  distinte   farmacologicamente  (Lorenzon  and  Foehring,  1995). Evidenze  sempre  più 

convincenti  suggeriscono  che  i  canali  P/Q  sono  associati  a  siti  di  rilascio  ad  alta probabilità di neurotrasmettitore (Reid et al., 2003). I canali P/Q ed N, in 

59

presenza  di  fattori  neurotrofici,  come  per  esempio  il  BDNF,  aumentano  lʹattività  sinaptica,  aumentano  la  loro  densità  sulle  membrane  neuronali  (Baldelli et al., 2002).       Fig. 16 Aspetti strutturali dei canali Ca2+ voltaggio dipendenti. (a) subunità che compongono i canali  Ca2+ e (b) topologia della porzione transmembrana della subunità a1. Sono indicati i siti chiave di interazione  delle proteine. I cerchi rossi rappresentano i siti chiave di fosforilazione e i simboli + indicano le eliche  transmembrana sensibili al voltaggio per ciascun dominio. Le subunità βγ della proteina G possono interagire  a livello di una regione formata dall’N‐terminale dei domini I e II dell’ansa intracitoplasmatica, da (Evans and  Zamponi, 2006).                                   

60

Scopo dello studio 

 

L’ipotesi  per  cui  gli  amminoacidi  a  catena  ramificata,  valina,  leucina  e  isoleucina,  (Branched  Chain  Amino  Acids:  BCAA)  possano  essere  coinvolti  nella patogenesi della Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) è alla base di questa  tesi.  

Sono  stati  condotti  molti  studi  epidemiologici  sulla  SLA  ed  in  particolare  è  stata  riscontrata  un’aumentata  incidenza  ed  una  diminuita  età  di  manifestazione,  statisticamente  significative,  di  questa  patologia  tra  i  calciatori professionisti (Chiò et al., 2005, Belli and Vanacore, 2005).  

Una  corretta  assunzione  dei  BCAA  è  necessaria  per  una  normale  crescita  e  sviluppo e quindi sono importantissimi nell’alimentazione. È stato dimostrato  che  i  BCAA  rallentano  l’insorgenza  della  fatica  di  tipo  centrale  (Newsholme  and  Blomstrand,  2006)  e  che  questi  promuovono  la  sintesi  proteica  (effetto  anabolizzante),  aumentando  la  massa  muscolare  corporea.  Per  tale  ragione  questi  amminoacidi  vengono  ampiamente  utilizzati  come  integratori  alimentari in ambito sportivo come ad esempio nel gioco del calcio, esercitato  a livelli agonistici.  

Sono state avanzate diverse ipotesi sul ruolo che queste sostanze hanno nella  SLA  ed  una  di  queste  suggerisce  che  l’integrazione  di  alte  concentrazioni  di  BCAA  possa  determinare,  con  meccanismi  non  ancora  noti,  una  maggiore  predisposizione a questa patologia (Belli and Vanacore, 2005, Vanacore et al.,  2006, Taioli, 2007b).  

È  noto  infatti  che  un  supplemento  di  BCAA  crei  un’alterazione  dell’attività  della  trasduzione  del  segnale  delle  vie  che  regolano  la  trascrizione  dei  geni  coinvolti  nella  crescita  muscolare  (Blomstrand  et  al.,  2006),  in  particolare  coinvolgendo  il  complesso  intracellulare  dell’mTOR  (mammalian  target  of  Rapamycin).