Inhibición sináptica

VII Canales receptores de ácido γ-aminobutírico y glicina

La inhibición sináptica en el sistema nervioso central (SNC) está mediada en gran medida por los receptores GABAA y de glicina. Estos canales receptores activados por ligandos son selectivamente permeables a los aniones, principalmente al Cl- en condiciones fisiológicas. Los canales de Cl- activados por GABA se denominan receptores GABAA para distinguirlos del receptor GABAB acoplado a la proteína G (Padgett y Slesinger, 2010). Los receptores GABAA y de glicina son miembros de la familia de receptores Cys-loop. A diferencia de otros receptores de bucle Cys de mamíferos que son canales de cationes no selectivos, los canales GABAA y de glicina son selectivamente permeables a los aniones.

Casi todas las neuronas del SNC tienen receptores GABAA, mientras que la distribución anatómica de los receptores de glicina está generalmente restringida al tronco cerebral y a la médula espinal. Los receptores GABAA suelen localizarse en las dendritas proximales de las neuronas centrales, pero también se expresan en los segmentos iniciales de los axones y en las dendritas distales. Como el potencial de equilibrio de Cl- en muchas neuronas es más negativo que el potencial de reposo, la apertura de los canales GABAA o de glicina hiperpolariza el potencial de la membrana celular y reduce la excitabilidad. Además de hiperpolarizar el potencial de membrana, la apertura de un gran número de estos canales disminuye la resistencia eléctrica de la membrana. Así, los canales GABAA de las dendritas proximales «desvían» eficazmente la excitación que desciende por la dendrita desde las sinapsis excitatorias de las ramas dendríticas más distales. En algunas neuronas, especialmente durante el desarrollo temprano, el equilibrio de Cl- es más positivo que el potencial de reposo, lo que da lugar a respuestas GABAA despolarizantes o de glicina. Las respuestas GABAA despolarizantes que se producen en los axones pueden aumentar la excitabilidad y la liberación de neurotransmisores. Por último, algunas sinapsis inhibitorias en la médula espinal y el tronco cerebral contienen receptores GABAA y de glicina. El análisis de los eventos de liberación unitaria en estos sitios indica que las vesículas sinápticas individuales contienen tanto GABA como glicina y que una subpoblación de sitios postsinápticos contiene ambos tipos de receptores (Jonas et al., 1998). Al igual que con otros receptores de neurotransmisores ligados, los estudios moleculares han revelado proteínas de anclaje y reguladoras que interactúan con los receptores de glicina y GABAA, como la gefirina (Fritschy et al., 2008) y la proteína asociada al receptor GABA (GABARAP; Mohrluder et al., 2009). La gefirina fue identificada como una proteína citoplasmática que interactúa directamente con los receptores de glicina. La gefirina también interactúa con la tubulina y la proteína de unión a la actina, la profilina, por lo que actúa como puente entre los receptores de glicina y el citoesqueleto. La gefirina también se co-localiza con los receptores GABAA en los sitios postsinápticos pero, a diferencia de los receptores de glicina, no se ha demostrado que se una a los receptores GABAA. GABARAP interactúa con muchos subtipos de receptores GABAA, además de unirse a la gefirina y a la tubulina. La interacción con estos factores citoplasmáticos puede alterar la localización y el tráfico de los receptores GABAA y de glicina, así como crear zonas de transducción de señales localizadas.

El comportamiento de los canales GABAA y de glicina individuales puede describirse mediante un esquema cinético similar al de los nAChR, con la unión de dos moléculas agonistas necesarias para la apertura del canal (Macdonald y Twyman, 1992). El análisis de las aperturas y cierres de los canales GABAA simples sugiere que el canal puede abrirse brevemente tras la unión de una sola molécula GABAA y en dos estados abiertos de mayor duración a partir de la configuración doblemente ligada. La comparación de la duración total de apertura de los receptores ligados simple y doblemente demuestra que la ocupación de ambos sitios agonistas da lugar a muchas más aperturas del canal. Los canales pueden cerrarse y volver a entrar en estados abiertos de mayor duración antes de que el agonista se disocie del receptor. Estas llamadas ráfagas se componen de cierres cortos que interrumpen una serie de aperturas y pueden durar decenas de milisegundos. La desensibilización de los canales GABAA da lugar a largos intervalos cerrados que se agrupan con las ráfagas en racimos que duran hasta varios cientos de milisegundos. Estos grupos son importantes para determinar la duración de los potenciales postsinápticos inhibitorios en algunas sinapsis (Jones y Westbrook, 1996).

Los fármacos que actúan sobre los canales GABAA y de glicina comprenden un surtido fascinantemente rico de compuestos clínicamente importantes (Olsen et al., 1991). Dado que estos canales son la base de la inhibición sináptica en el SNC, el aumento o la reducción de su actividad puede provocar profundos cambios en la función cerebral, incluida la amnesia (aumento de la actividad GABAA) o las convulsiones (disminución de la actividad GABAA). Los antagonistas de estos receptores incluyen la estricnina, que inhibe los receptores de glicina; la bicuculina, que inhibe los receptores GABAA; y la picrotoxina, que inhibe ambos tipos de receptores. El receptor GABAA es también el objetivo de los fármacos hipnóticos-sedantes, como las benzodiacepinas y los barbitúricos. Las benzodiacepinas (BDZ) aumentan la probabilidad de apertura del canal, mientras que los barbitúricos parecen actuar prolongando las aperturas largas del canal (ráfagas). La farmacología de la modulación del receptor GABAA por parte de las benzodiacepinas es especialmente interesante, ya que los compuestos pueden potenciar la apertura del canal (agonistas BDZ), reducir la apertura del canal (agonistas inversos BDZ) o bloquear los efectos de los agonistas BDZ (antagonistas BDZ). La actividad de los receptores GABAA también está modulada por el alcohol, los anestésicos volátiles, como el isoflurano, y algunos anestésicos esteroides (o sus equivalentes endógenos, los neuroesteroides).

Usando benzodiazepinas y estricnina como ligandos selectivos, los receptores GABAA y de glicina se purificaron como complejos proteicos multiméricos, cada uno con pesos moleculares de aproximadamente 50-60 kDa. El complejo receptor solubilizado tenía un peso molecular de aproximadamente 250 kDa, lo que sugiere que, al igual que para el AChR, cinco subunidades constituyen un receptor. La clonación molecular posterior identificó una serie de subunidades receptoras para ambos receptores. Las subunidades de glicina incluyen la subunidad de unión a estricnina (α), de la que se han clonado cuatro, y una única subunidad β, con una estequiometría de (α)2(β)3 para los receptores de animales maduros. Curiosamente, la forma inmadura del receptor de glicina sólo contiene subunidades α. La gefirina se une a la subunidad β, por lo que la interacción entre la gefirina y los receptores de glicina se limita a la forma adulta. Se han identificado diecinueve subunidades GABAA y se han agrupado según la similitud de la secuencia. Estas incluyen seis subunidades α, tres β, tres γ, tres ρ y subtipos únicos δ, ɛ, π y Θ (Wisden y Seeburg, 1992; Olsen y Sieghart, 2009). En sistemas heterólogos, la expresión de subunidades individuales del receptor GABAA o de glicina puede dar lugar a receptores homoméricos funcionales. Sin embargo, dados los amplios patrones de coexpresión de muchas subunidades de los receptores GABAA y de glicina y la heterogeneidad funcional de los receptores nativos, es probable que los receptores homoméricos ocurran raramente. El gran número de subunidades del receptor GABAA supone un formidable reto a la hora de determinar qué combinaciones forman receptores funcionales en las neuronas. La expresión de las subunidades de los receptores GABAA y de glicina también varía durante el desarrollo y según el tipo de célula neuronal. Basándose en la farmacología, la expresión, la bioquímica y la localización subcelular, se han identificado al menos 26 tipos diferentes de receptores GABAA nativos en las neuronas del SNC (Olsen y Sieghart, 2009).

La composición de las subunidades puede tener una gran influencia en las propiedades biofísicas y farmacológicas de los receptores GABAA y de glicina. Los sitios de unión de GABA y benzodiazepinas residen en la interfaz entre una subunidad α y una subunidad β o γ (normalmente γ2), respectivamente. La subunidad γ2 se expresa ampliamente y en gran medida en el SNC y la deleción genética reduce en gran medida los sitios de unión a la BDZ en el cerebro. Curiosamente, la subunidad α6 tiene una baja afinidad por los agonistas de la BDZ, pero aún así puede unirse a agonistas o antagonistas inversos de la BDZ, lo que puede explicar los receptores GABAA insensibles a las benzodiazepinas en algunas neuronas. Los receptores homoméricos compuestos por la subunidad ρ del receptor GABAA son insensibles a la bicuculina, débilmente antagonizados por la picrotoxina e insensibles a las BDZ, los barbitúricos y los neuroesteroides. Estos canales también muestran propiedades de cierre y conductancias distintas en comparación con otros receptores GABAA. Inicialmente se les denominó receptores GABAC. Sin embargo, debido a la similitud de su secuencia y a la estructura propuesta, actualmente se consideran un subtipo de receptores GABAA. Las tres subunidades ρ (ρ1, ρ2 y ρ3) se expresan en todo el SNC, pero su expresión es predominante en varios tipos de células de la retina.