GABA
Il GABA (acido-gamma-aminobutirrico) è un aminoacido ed è il principale mediatore delle neurotrasmissioni inibitorie nel SNC; le cellule per comunicare sintetizzano e rilasciano, nello spazio intersinaptico, questo neurotrasmettitore che invia informazioni inibitorie alle altre cellule. Ha un ruolo rilevante nel controllo di varie funzioni cerebrali e, quindi, nella fisiopatologia di numerose malattie mentali e neurologiche.
Le sinapsi GABAergiche rappresentano un bersaglio selettivo per numerosi farmaci che includono: ansiolitici, sedativo-ipnotici, anestetici generali, anticonvulsivanti e i rilassanti muscolari.
SINTESI, LIBERAZIONE E METABOLISMO
Il precursore del GABA è il glutammato che deriva, nella maggior parte, dalle riserve di glutammina presente nelle cellule gliali.
Il GABA viene sintetizzato mediante decarbossilazione del glutammato da parte dell'enzima glutammato-decarbossilasi(GAD)
Una volta sintetizzato, il GABA è immagazzinato nelle vescicole sinaptiche presenti nella porzione terminale degli assoni; viene poi liberato nella fessura sinaptica sia
spontaneamente che in seguito a stimolazione nervosa, fenomeno indotto dalla depolarizzazione con meccanismo calcio-dipendente.
Il GABA viene poi degradato dall'enzima GABA-T (GABA-alfa-cheto- glutaricotransaminasi).
Quindi:
- se con dei farmaci blocco l’enzima GAD non avviene la sintesi
- se, invece, blocco GABA – T non viene metabolizzato e, quindi, c’è un accumulo di GABA (farmaci come acido Valproico e Vigabatrin inibiscono GABA – T e sono utilizzati per la loro attività antiepilettica)
RECETTORI GABAERGICI
GABA-A
E’un recettore ionotropico selettivamente permeabile agli ioni Cl; è un pentamero con varie sub unità:
- 2 subunità α (come il recettore nicotinico); ci vogliono, quindi, 2 molecole di GABA per attivare GABA-A
- 1 subunità β - 2 subunità γ
Quando il GABA (o un farmaco agonista/ GABAmimetico) si lega alle 2 subunità α del recettore lo attiva provocando l’apertura del canale con iperpolarizzazione e conseguente diminuzione dell’eccitabilità neuronale.
La membrana si iperpolarizza perché il cloro è carico negativamete (Cl - ) e il suo potenziale è -70; ciò fa si che non si istauri un altro potenziale d’azione
Nell’epilessia, l’eccitabilità neuronale è maggiore; quindi, somministrando un antiepilettico, si iperpolarizza la membrana diminuendo l’eccitabilità neuronale e gli spikes
elettroencefalografici.
A livello del complesso recettoriale GABA-A sono presenti i seguenti siti di legame per specifiche molecole:
- sito di legame per il GABA
- sito di legame per i farmaci GABA-mimetici (es:muscimolo, benzodiazepine, barbiturici)
- sito di legame per i farmaci GABA-antagonisti (es: bicucullina, Flumazelin che è un antagonista competitivo)
Agonisti e modulatori positivi
Il recettore GABA-A è target di molti farmaci:
• Muscimolo: è un agonista del GABA; quando si lega al recettore lo attiva, inducendo una risposta
• Benzodiazepine (miorilassanti, ansiolitici, anticonvulsivanti, anestetici): questo gruppo di farmaci quando si lega al GABA – A aumenta l’affinità del
neurotrasmettitore per il recettore e il canale si apre; è importante sottolineare che in assenza di GABA, le benzodiazepine non funzionano
• Barbiturici: si legano e attivano direttamente il canale anche in assenza di GABA; infatti, a differenza delle benzodiazepine, essi aprono comunque il canale.
Questo accade perchè il sito di legame dei barbiturici si trova all’interno del canale per lo ione cloro
• Anestetici generali ed etanolo
Quando le benzodiazepine si legano al recettore, si lega anche il GABA e si possono legare anche i barbiturici con sinergismo positivo; le benzodiazepine favoriscono il legame con i barbiturici per potenziare l’effetto.
Se, invece, si lega la bicucullina il barbiturico non si lega perché abbiamo una modulazione negativa.
Le benzodiazepine e i barbiturici riducono la capacità di legame dei modulatori negativi; infatti, se sono legati i barbiturici e le benzodiazepine tutti i modulatori negativi non si possono legare.
Tutti dipendono l’uno dall’altro perché tutti attivano il GABA-A con conseguente iperpolarizzazione e riduzione dell’eccitabilità; questi vengono chiamati agonisti e modulatori positivi perché facilitano il rilascio di GABA
Antagonisti e modulatori negativi
Sugli stessi siti precedenti possiamo trovare degli antagonisti come:
• Bicucullina (antagonista del GABA): è antagonista del GABA, quando si lega al recettore non lo attiva e,quindi, non produce risposta.
• Beta – carboline sono agonisti inversi delle benzodiazepine; ovvero quando si legano al sito delle benzodiazepine producono l’effetto opposto; inoltre, abbiamo anche il Flumazenil che è un antagonista competitivo, ovvero compete per lo stesso sito delle benzodiazepine e delle beta – carboline, quindi se occupa il sito non si ha l’apertura del canale
• Picrotossina (antagonista dei Barbiturici): il sito di legame della picrotossina si trova all’interno del canale per lo ione cloro
GABA-B
I recettori GABA-B sono metabotropici accoppiati a proteine G; essi sono presenti sia a livello del SNC che a livello del SNP (muscolatura liscia, fegato e in altri tessuti).
Questo recettore è formato da 2 subunità:
- GABA-B R1: questa subunità è deputata a formare siti di legame per il GABA, per i farmaci agonisti e per i farmaci antagonisti
- GABA-B R2: questa subunità interagisce,invece, con una proteina Gi/Go Quando il recettore viene attivato provoca:
✓ un’inibizione della funzione dell’adenilato ciclasi con conseguente riduzione della formazione di AMP ciclico
✓ una diminuzione della conduttanza del calcio con conseguente aumento della conduttanza del potassio
Quindi, entra potassio e ciò provoca un effetto iperpolarizzante della cellula oltre che un abbassamento della soglia di eccitabilità della stessa cellula.
Agonisti dei recettori GABA-B sono: l’acido-3-aminopropil-fosfinico e il suo analogo metilico.
Antagonisti dei recettori GABA-B sono: il faclofen e il saclofen (studi hanno dimostrato che questi farmaci potrebbero avere effetti positivi sulle crisi epilettiche)
GLUTAMMATO
Il glutammato è il principale esempio di aminoacido con funzione eccitatoria (il GABA ha funzione inibitoria) del SNC.
SINTESI, LIBERAZIONE E METABOLISMO Per quanto riguarda la sintesi di glutammato:
- una quota deriva dalla conversione dell’acido alfa-chetoglutarico (un intermedio del ciclo di Krebs), ad opera di transaminasi, in glutammato
- una quota deriva dalla glutammina che dalle cellule gliali viene captata dai neuroni e convertita in glutammato da una glutaminasi
Una volta sintetizzato, il glutammato è accumulato in vescicole sinaptiche ad opera di specifici trasportatori; in condizione fisiologiche il glutammato viene poi rilasciato per esocitosi calcio-dipendente e ricaptato a livello presinaptico da trasportatori Na/H/K-
dipendenti. Il recupero di glutammato dal terminale del neurone presinaptico e dagli atrociti rappresenta il meccanismo principale che pone fine all’azione del neurotrasmettirore.
RECETTORI DEL GLUTAMMATO
Il glutammato stimola sia recettori ionotropici che metabotropici.
Recettori ionotropici
Questi recettori sono classificati in: • non-NMDA a cui appartengono:
- recettori AMPA che sono responsabili della risposta eccitatoria depolarizzante rapida mediata dall’ingresso di sodio (Na); sono espressi a livello post-sinaptico sui neuroni e sulla glia e spesso sono colocalizzati con i recettori NMDA
Sono attivati selettivamente dall’agonista AMPA e quisqualato; sono antagonizzati da NBQX.
Quindi,sono modulati positivamente da ciclotiazide, aniracetam e piracetam. - recettori kainato che sono responsabili della risposta eccitatoria depolarizzante
mediata dall’ingresso di potassio (K); sono espressia sia a livello pre-sinaptico che a livello post-sinaptico. Il recettore kainato espresso a livello presinaptico gioca un ruolo importante sul rilascio del neurotrasmettiore, inibendo il rilascio di Glutammato e GABA.
Questo recettore è attivato, anche se in maniera minore , da Glutammato, quisualato e AMPA.
• NMDA (N-metil-D-aspartato): ha una cinetica di attivazione più lenta rispetto ai recettori AMPA e kainato; sono contraddistinti da un’alta permeabilità al calcio (Ca) e, a potenziale di membrana di riposo, sono bloccati dal Magnesio (Mg) che occupa il poro. Quando i recettori AMPA e kainato vengono attivati, ciò consente che lo ione magnesio venga rimosso e ciò provoca l’attivazione del recettore NMDA che fa entrare calcio all’interno della cellula.
Inoltre, l’attivazione richiede glicina, oltre che glutammato, che funge da co-agonista su un proprio sito di legame
Antagonisti sul sito di legame del glutammato sono l’AP5 e CPP
Antagonisti sul sito di legame della glicina sono il Felbamato (farmaco antiepilettico) e l’acido kinurenico
Il recettore NMDA svolge un ruolo molto importante nella plasticità sinaptica, è alla base dei fenomeni di apprendimento e memoria. Inoltre, è coinvolto anche
nell’eccitossicità; infatti, un eccesso di glutammato esplica un’azione tossica che conduce alla morte neuronale e neurodegenerazione
Recettori metabotropici
I recettori metabotropici sono 8 e sono classificati in 3 gruppi:
- I gruppo: abbiamo mGluR1 e mGluR5; sono recettori eccitatori localizzati a livello post-sinaptico; essi attivano i canali del calcio e bloccano quelli del potassio; la loro funzione è quella di potenziare l’azione del glutammato sui recettori ionotropici
- II gruppo: comprende mGluR2 e mGluR3;
- III gruppo: comprene mGluR4, mGluR6, mGluR7 e mGluR8 Gli ultimi 2 gruppi sono recettori pre-sinaptici e mediano un’inibizione del neurotrasmettitore
GLICINA
La glicina è un altro aminoacido che media la neurotrasmissione inibitoria veloce principalmente nel midollo spinale; inoltre, partecipa da co-agonista insieme al
Glutammato in alcune sinapsi eccitatorie, sui recettori ionotropici NMDA (come abbiamo visto prima).
La glicina è sintetizzata a partire dalla serina mediante l’enzima idrossi-metil-transferasi; una volta sintetizzata viene immagazzinata nelle vescicole sinaptiche da un trasportatore vescicolare; successivamente viene rimossa dallo spazio sinaptico da 2 trasportatori T1 e T2.
Recettori della glicina
Il recettore della glicina è ionotropico ed è formato da 5 subunità che si assemblano a formare un canale ionico permeabile al calcio.
Questi canali possono essere attivati oltre che dalla glicina anche dalla taurina e dalla beta-alanina e bloccati da stricnina e picrotossinina.
Sono poche le sostante in grado di esercitare un’attività modulatoria sui recettori per la glicina; ricordiamo infatti:
- gli anestetici generali (es: alotano) - gli alcoli (es: etanolo)
Ricapitolando:
La glicina oltre alla funzione di neurotrasmettitore inibitore, mediata dall’attivazione del suo recettore specifico, agisce da co-agonista nella sinapsi eccitatoria glutammatergica
mediante il legame ad un sito allosterico del recettore NMDA.
Quindi, la glicina riveste un ruolo molto importante nell’attivazione del recettore NMDA; senza questa molecola il recettore NMDA non funziona.