Recettori sigma come modulatori

1.8.1 Modulazione dei canali per il K⁺

Per tentare di delineare un meccanismo di traduzione del segnale che caratterizzi i recettori sigma, occorre considerare anche l’interazione tra questi recettori e i canali ionici. I recettori sigma sono in grado di modulare canali ionici in molti tipi di cellule. Per esempio ligandi sigma come (+)-pentazocina e (+)SKF-10,047 possono variare le correnti di potassio indipendentemente dalla presenza dei nucleotidi guaninici GTPγS o di GDPβS, suggerendo che nella mediazione di tali risposte le proteine G non svolgano alcun ruolo.

E’ stato dimostrato che i recettori sigma sono in grado di modulare i canali del K⁺ a controllo di potenziale, in modo diverso a seconda della presenza o dell’assenza del ligando sigma esogeno. E’ stato quindi suggerito che i recettori sigma di per sé possono costituire delle subunità ausiliarie per i canali del K⁺ voltaggio dipendenti (Kv 1.4, KV 1.5) fornendo un diverso meccanismo di trasduzione del segnale dipendente dall’interazione proteina-proteina (Aydar et al., 2002).

1.8.2 Modulazione delle correnti di Ca²⁺

I recettori sigma sembrano essere coinvolti nella regolazione dell’omeostasi del Ca²⁺. E’stata ipotizzata la formazione di un complesso ternario formato dal recettore sigma-1, dall’ankirina e dal recettore dell’IP3 (Hayashi e Su, 2003). In accordo con questo modello, agonisti quali (+)-pentazocina o neurosteroidi, interagendo con il loro sito di binding, fanno sì che il complesso recettore sigma-1/ankirina si dissoci dal recettore dell’IP3 e che traslochi sulla membrana nucleare o plasmatica. La dissociazione causerebbe un incremento del legame dell’IP3, il quale a sua volta determinerebbe un rilascio di Ca²⁺ dai depositi intracellulari. Viceversa, antagonisti del recettore sigma-1, provocherebbero la

dissociazione dello stesso dall’ankirina, la quale rimarrebbe associata al recettore dell’IP3, sul reticolo endoplasmatico.

In esperimenti volti a studiare meccanismi neuroprotettivi è stata osservata la capacità di ligandi sigma di regolare i canali per il calcio voltaggio-dipendenti in colture di neuroni corticali di ratto: in particolare composti agonisti sembrano deprimere velocemente le correnti di calcio (Guitart et al., 2004).

Inoltre è stato dimostrato che agonisti dei recettori sigma-1 come (+)-pentazocina e BD-737 riducono le concentrazioni intracellulari di Ca²⁺ indotte da muscarina in cellule di neuroblastoma umano SH-SY5Y. Questo effetto inibitorio però è probabilmente dovuto al blocco dei recettori muscarinici da parte dei suddetti ligandi piuttosto che all’attivazione dei recettori sigma-1 (Hong e Werling, 2002).

1.8.3 Modulazione del glutammato

I recettori sigma possono regolare la trasmissione glutammatergica attraverso la modulazione del complesso recettoriale NMDA. Somministrazioni microiontoforetiche o endovenose di basse dosi di ligandi sigma-1 come la (+)-pentazocina potenziano l’eccitabilità neuronale indotta dall’attivazione dei recettori NMDA nei neuroni piramidali dell’area CA3 dell’ippocampo di ratto.

Questo effetto non si verifica in risposta ad antagonisti sigma-1 come aloperidolo o N,N-dipropil-2-[4-metossi-3-(2-feniletossi)-fenil]etilamina (NE-100) che, al contrario, sopprimono il potenziamento prodotto dagli agonisti sigma.

Analogamente ai ligandi sigma-1, anche gli agonisti sigma-2 potenziano le risposte NMDA-indotte (Skuza, 2003). Ad esempio la somministrazione di ligandi ad alta affinità per il recettore sigma-2 aumenta in maniera dose-dipendente la risposta NMDA-indotta nella regione CA3 dell’ippocampo di ratto, mentre l’ibogaina, un ligando con moderata affinità per il recettore sigma-2, incrementa debolmente la stessa risposta. Per spiegare tali differenze è stata ipotizzata l’esistenza di più di un sottotipo recettoriale sigma-2.

Anche gli steroidi neuroattivi possono modulare le risposte NMDA-mediate. In particolare, il deidroepiandrosterone (DHEA) potenzia l’attività elettrica NMDA-evocata nei neuroni piramidali nell’area CA3 dell’ippocampo, al pari degli agonisti sigma-1, e tale effetto più venire antagonizzato dall’aloperidolo o dal NE-100, nonché dal progesterone (Skuza, 2003). Uno schema riassuntivo del ruolo dei recettori sigma-1 nei confronti dell’omeostasi del calcio e dei recettori ionotropici del glutammato NMDA è riportato in figura 4.

INTRODUZIONE

136 Figura 4: Modello del ruolo del recettore sigma-1 nella trasmissione glutammatergica. I

recettori sigma-1 presenti sul reticolo endoplasmatico regolano i livelli di Ca2+ attraverso il recettore dell’IP3 mediante l’associazione del recettore con proteine del citoscheletro. Tramite questa modulazione, i recettori sigma-1 influenzano svariati processi fisiologici a livello della membrana plasmatica (da Hashimoto e Ishiwata, 2006).

1.8.4 Modulazione allosterica mediata dalla fenitoina

Per quanto riguarda i recettori sigma-1, tra i metodi utilizzati per discriminare composti ad attività agonista da quelli ad attività antagonista, l’unico test che impiega una metodica in vitro si basa sulla modulazione allosterica della fenitoina verso recettori sigma-1 riportata da Cobos e collaboratori (2005) in membrane di cervello di porcellino d’india. La modulazione allosterica si verifica quando il legame di un ligando o di un substrato facilita l'interazione di altre molecole di ligando o substrato con altri siti di legame sul medesimo complesso recettoriale o enzimatico determinando una variazione conformazionale della subunità cui è legato. Questo legame modifica i restanti siti attivi accrescendo la loro affinità per il ligando stesso.

E’ stato inizialmente riportato che la presenza di fenitoina (DPH) aumenta preferenzialmente il binding di radioligandi sigma-1 come [³H]-destrometorfano, [³H](+)SKF-10,047 (Musacchio et al., 1988) e [³H](+)pentazocina (Cobos et al., 2005). In

seguito altri studi misero in evidenza che l’aggiunta di questo composto in esperimenti di competizione con la tecnica del radioligand binding è in grado di variare l’affinità di un agonista come la (+)-pentazocina verso il recettore e di conseguenza di spostare verso sinistra la curva di spiazzamento, mentre non ha alcun effetto su composti antagonisti come aloperidolo e NE-100 (Cobos et al., 2006). Questo effetto è stato spiegato sulla base del modello del recettore a due stati, in base al quale un modulatore allosterico positivo stabilizza la forma attiva del recettore, a spese della forma inattiva. In questo modo aumenterebbe il binding di composti agonisti, mentre si ridurrebbe il legame di agonisti inversi (Cobos et al, 2006).