Modulatori dei canali del potassio

I canali del potassio voltaggio-dipendenti costituiscono un gruppo ampio ed eterogeneo per i quali non è possibile individuare un’unica modalità di legame. Recentemente, Wulff e Zhorov hanno esaminato vari modulatori dei diversi tipi dei canali del potassio [37] che sono esaminati in questa tesi evidenziandone la specifica utilità nelle patologie del SNC.

Retigabina (RTG)

La retigabina (Fig. 20) è caratterizzata da un meccanismo d’azione unico nell’ambito dei farmaci antiepilettici, essa permette di potenziare l’attività dei canali KV7 nel sistema nervoso centrale determinando una riduzione dell’eccitabilità neuronale. Un secondo meccanismo comporta l’incremento della trasmissione di acido γ-aminobutirrico ma solo a una concentrazione sovra-terapeutica (se testato in vitro) [37]. Il composto ha mostrato un’ampia attività anticonvulsivante in diversi modelli animali di crisi convulsive: MES. scMet, test 6-Hz, kindling ippocampale e amigdaloideo su ratti e molti altri, compresi alcuni casi di epilessia di natura genetica. Inoltre, ha mostrato effetti antipsicotici su modelli animali di mania e schizofrenia e una certa attività in modelli di dolore neuropatico nel ratto.

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Fig. 20. Struttura chimica della retigabina.

È stato ipotizzato che la retigabina si leghi selettivamente con i canali K_V7.2–K_V7.5, spostando così la curva corrente-voltaggio verso sinistra, ne risulta che i canali si aprono a potenziali di membrana più iperpolarizzati. La RTG non ha effetto su K_V7.1, probabilmente a causa di un’inefficacia nel legame, anche se ciò non è stato ancora dimostrato. Se testata sugli ovociti di Xenopus che esprimono il gene KCNQ2, determina un aumento dell’attivazione dei canali. La retigabina, a una concentrazione di 0.1-10 µM, agendo sulle cellule CHO che esprimono un canale KV7.2 o KV7.3 eteromerico (CHO-KCNQ2/Q3) comporta l’aumento delle correnti M-like del potassio e l’iperpolarizzazione della membrana cellulare. Inoltre, ha spostato l’attivazione voltaggio-dipendente del canale con un valore di EC50 pari a 1,6±0.3 µM. Il composto influisce significativamente sulle proprietà della membrana degli ovociti di Xenopus che esprimono il canale KV7.2 o KV7.3 umano ricombinante, e il canale stesso. Alla concentrazione di 10 µM, la RTG sposta sia la soglia di attivazione che il voltaggio di semi- attivazione di circa 20mV nella direzione dell’iperpolarizzazione. La retigabina influisce anche sulla cinetica dei canali causando un aumento della velocità di attivazione e un rallentamento della disattivazione. Dalle registrazioni del potenziale di membrana risulta evidente che il composto provoca un’iperpolarizzazione concentrazione dipendente delle cellule di ovocita (IC₅₀ di 5.2 µM).

La dimostrazione che la retigabina agisce attraverso l’attivazione dei canali K_V7 è confermata anche da studi in vivo su animali. L’efficacia anticonvulsivante è stata ridotta dal bloccante selettivo dei K_V7, XE-991,

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sia nel MES test su topi che nel modello di kindling rapido sui ratti. Altri test sono stati eseguiti sul modello di topo Stz1, in cui la funzionalità del canale K_V7.2 è compromessa a causa della cancellazione della porzione C- terminale nel gene KCNQ2. In questo caso il potenziale anticonvulsivante della retigabina risulta ridotto. È da notare quindi che l’effetto neuroprotettivo della RTG, dimostrato in alcuni studi in vitro, non è mediato da K_V7.2.

Studi sistematici di mutagenesi hanno individuato il segmento S5 come sito di legame per la retigabina e, più precisamente, un residuo di triptofano che è specifico per KV7.2 – KV7.5, mentre in KV7.1 nella stessa posizione è presente una leucina. Anche altri residui amminoacidici sono coinvolti nel legame con il composto, come per esempio una glicina in S6.

La retigabina è stata recentemente approvata come terapia aggiuntiva in adulti che manifestano crisi epilettiche parziali.

ICA-27243

Il composto ICA-27243 (Fig. 21) è considerato di seconda generazione rispetto alla retigabina, è un attivatore selettivo dei canali KV7.2/7.3. Ha mostrato un ampio spettro di attività anticonvulsivante dai vari test in vivo su animali, compresi MES, scPTZ, 6 Hz e su modelli di kindling [6].

Fig. 21. Struttura chimica di ICA-27243.

L’ICA-27243 è un attivatore di KV7.2/7.3 potente e selettivo con una EC₅₀=0.20±0.03 µM, ottenuto dall’analisi dell’efflusso di 86Rb+ (isotopo

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radioattivo) condotta su canali umani ricombinanti espressi da cellule CHO. Nello stesso test, la EC50 per l’attivazione di KV7.4 equivale a 7.1±0.1 µM e per quanto riguarda K_V7.3/7.5 non può essere determinata ma è stimata a circa 10 µM. L’ICA-27243 sposta l’attivazione voltaggio-dipendente dei K_V7.2/7.3 a potenziali maggiormente iperpolarizzati in maniera concentrazione-dipendente. Lo spostamento semimassimale nel punto medio della curva di attivazione (ΔV1/2) è stato osservato a 4.8±1.6 µM. Il composto non ha effetto sui canali del cloruro attivati dal GABA_A, né sui canali Na_V1.2 o Ca_V.

Test preclinici con ICA-27243 hanno dimostrato che la sola attivazione di K_V7.2/7.3 è sufficiente per stimolare l’attività anticonvulsivante ad ampio spettro nei roditori. La constatazione che l’ICA-27243 può discriminare tra i diversi dei KV7 suggerisce che questo composto può interagire con un nuovo sito di legame presente sui canali K_V7.2 e/o K_V7.3, che non si ritrova in altri canali K_V7 e che non è stato ancora identificato.

4-Aminopiridina

La 4-aminopiridina (Fig. 22) inibisce in maniera dose-dipendente i canali del potassio voltaggio-dipendenti rapidi, in particolare KV1.1, KV1.2, K_V1.4–K_V1.7, K_V3.1–K_V3.3, K_V4.1. Inoltre aumenta l’afflusso di Ca2+ alle terminazioni presinaptiche.

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Dagli esperimenti in vitro ha dimostrato di inibire selettivamente la cosiddetta corrente del potassio di tipo A, caratteristica di alcuni membri dei K_V. La sensibilità dei diversi canali è variata da concentrazioni micromolari a millimolari di 4-AP e in specifici canali la sensibilità dipende dallo stato (aperto o chiuso). È stato provato che il composto interagisce più prontamente con i canali aperti piuttosto che con quelli chiusi e lo fa attraverso il sito citoplasmatico, senza passare attraverso il poro. Il valore della K_Ds durante l’inibizione dei canali K_V2.1 e K_V3.1, espressi negli ovociti di Xenopus era rispettivamente di 17 e 0.08 nM e il meccanismo d’azione è rimasto simile. Inoltre, è stato provato che la 4-aminopiridina agisce su diversi modelli in vitro di degenerazione neuronale, migliorando significativamente la funzione dei neuroni.

La 4-aminopiridina è risultata essere efficace in alcuni test clinici su pazienti affetti da sclerosi multipla. Il composto è attivo anche nell’atassia episodica di tipo II, probabilmente aumentando l’influenza inibitoria delle cellule del Purkinje. Nel gennaio del 2010 il suo uso è stato approvato nella terapia della sclerosi multipla poiché migliora la capacità di camminare e la forza muscolare nei pazienti.

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