Inhibiția sinaptică

VII Canalele receptorilor de acid γ-aminobutiric și glicină

Inhibiția sinaptică în sistemul nervos central (SNC) este mediată în mare parte de receptorii GABAA și glicină. Aceste canale receptoare deschise la ligand sunt permeabile selectiv la anioni, în principal Cl- în condiții fiziologice. Canalele Cl- portate de GABA sunt denumite receptori GABAA pentru a le deosebi de receptorul GABAB cuplat la proteina G (Padgett și Slesinger, 2010). Receptorii GABAA și receptorii de glicină sunt membri ai familiei de receptori Cys-loop. Spre deosebire de alți receptori Cys-loop de mamifere care sunt canale de cationi neselective, canalele GABAA și glicină sunt permeabile selectiv la anioni.

Practic toți neuronii SNC au receptori GABAA, în timp ce distribuția anatomică a receptorilor glicinei este în general limitată la trunchiul cerebral și măduva spinării. Receptorii GABAA sunt adesea localizați pe dendritele proximale ale neuronilor centrali, dar sunt, de asemenea, exprimați pe segmentele inițiale ale axonului și pe dendritele distale. Deoarece potențialul de echilibru Cl- în mulți neuroni este mai negativ decât potențialul de repaus, deschiderea canalelor GABAA sau glicinice hiperpolarizează potențialul membranei celulare și reduce excitabilitatea. În plus față de hiperpolarizarea potențialului membranar, deschiderea unui număr mare de astfel de canale scade rezistența electrică a membranei. Astfel, canalele GABAA de la nivelul dendritelor proximale „deviază” efectiv excitația care se deplasează în josul dendritei de la sinapsele excitatoare de pe ramurile dendritice mai distale. La unii neuroni, în special în timpul dezvoltării timpurii, echilibrul Cl- este mai pozitiv decât potențialul de repaus, ceea ce duce la răspunsuri GABAA sau glicinice depolarizante. Răspunsurile GABAA depolarizante care apar în axoni pot crește excitabilitatea și eliberarea de neurotransmițători. În cele din urmă, unele sinapse inhibitorii din măduva spinării și trunchiul cerebral conțin atât receptori GABAA, cât și receptori de glicină. Analiza evenimentelor de eliberare unitară la aceste situsuri indică faptul că veziculele sinaptice unice conțin atât GABA, cât și glicină și că o subpopulație de situsuri postsinaptice conține ambele tipuri de receptori (Jonas et al., 1998). Ca și în cazul altor receptori de neurotransmițători legați de ligand, studiile moleculare au dezvăluit proteine de ancorare și de reglementare care interacționează cu receptorii de glicină și GABAA, cum ar fi gefirina (Fritschy et al., 2008) și proteina asociată receptorului GABA (GABARAP; Mohrluder et al., 2009). Gephyrinul a fost identificat ca o proteină citoplasmatică care interacționează direct cu receptorii de glicină. Gephyrin interacționează, de asemenea, cu tubulina și cu profilina, proteina de legare a actinei, acționând astfel ca o punte între receptorii de glicină și citoschelet. Gefirina este, de asemenea, co-localizată cu receptorii GABAA la situsurile postsinaptice, dar, spre deosebire de receptorii de glicină, nu s-a demonstrat că se leagă de receptorii GABAA. GABARAP interacționează cu mai multe subtipuri de receptori GABAA, precum și cu gefirina și tubulina. Interacțiunea cu acești factori citoplasmatici poate modifica localizarea și traficul receptorilor GABAA și glicinici, precum și crearea unor zone de transducție localizată a semnalului.

Comportamentul canalelor GABAA și glicinice unice poate fi descris printr-o schemă cinetică similară cu cea a nAChR, cu legarea a două molecule de agonist necesare pentru deschiderea canalului (Macdonald și Twyman, 1992). Analiza deschiderilor și închiderilor canalelor GABAA simple sugerează că canalul se poate deschide pentru scurt timp în urma legării unei singure molecule GABAA și în două stări deschise cu durată de viață mai lungă din configurația dublu ligandată. Compararea duratei totale de deschidere a receptorilor cu o singură ligatură și a celor cu dublă ligatură demonstrează că ocuparea ambelor situsuri agoniste duce la mult mai multe deschideri de canal. Canalele se pot închide și intra din nou în stări deschise cu durată de viață mai lungă înainte ca agonistul să se disocieze de receptor. Aceste așa-numite explozii sunt compuse din închideri scurte care întrerup o serie de deschideri și pot dura zeci de milisecunde. Desensibilizarea canalelor GABAA are ca rezultat intervale lungi de închidere care sunt grupate împreună cu rafalele în grupuri care durează până la câteva sute de milisecunde. Aceste clustere sunt importante în determinarea duratei potențialelor postsinaptice inhibitorii la unele sinapse (Jones și Westbrook, 1996).

Medicamentele care acționează asupra canalelor GABAA și glicinice cuprind un sortiment fascinant de bogat de compuși de importanță clinică (Olsen și colab., 1991). Deoarece aceste canale stau la baza inhibiției sinaptice în SNC, intensificarea sau reducerea activității lor poate duce la modificări profunde ale funcției cerebrale, inclusiv amnezie (activitate GABAA crescută) sau convulsii (activitate GABAA scăzută). Antagoniștii pentru acești receptori includ stricnina, care inhibă receptorii de glicină; bicuculina, care inhibă receptorii GABAA; și picrotoxina, care inhibă ambele tipuri de receptori. Receptorul GABAA este, de asemenea, ținta medicamentelor sedativ-hipnotice, cum ar fi benzodiazepinele și barbituricele. Benzodiazepinele (BDZ) cresc probabilitatea de deschidere a canalului, în timp ce barbituricele par să acționeze prin prelungirea deschiderilor lungi ale canalului (explozii). Farmacologia modulării benzodiazepinei asupra receptorului GABAA este deosebit de interesantă, deoarece compușii fie pot spori deschiderea canalelor (agoniști BDZ), fie pot reduce deschiderea canalelor (agoniști inversați BDZ), fie pot bloca efectele agoniștilor BDZ (antagoniști BDZ). Activitatea receptorilor GABAA este, de asemenea, modulată de alcool, de anestezicele volatile, cum ar fi izofluranul, și de unele anestezice steroidiene (sau de echivalenții lor endogeni, neurosteroizii).

Utilizând benzodiazepine și stricnină ca liganzi selectivi, receptorii GABAA și glicinici au fost purificați ca complexe proteice multimerice, fiecare cu greutăți moleculare de aproximativ 50-60 kDa. Complexul solubilizat al receptorului a avut o greutate moleculară de aproximativ 250 kDa, sugerând că, la fel ca în cazul AChR, cinci subunități constituie un receptor. Clonarea moleculară ulterioară a identificat o serie de subunități receptoare pentru ambii receptori. Subunitățile de glicină includ subunitatea de legare a stricninei (α), din care au fost clonate patru și o singură subunitate β, cu o stoichiometrie de (α)2(β)3 pentru receptorii de la animalele mature. Este interesant faptul că forma imatură a receptorului de glicină conține numai subunități α. Gefirina se leagă de subunitatea β, astfel că interacțiunea dintre gefirină și receptorii de glicină este limitată la forma adultă. Nouăsprezece subunități GABAA au fost identificate și grupate în funcție de similaritatea de secvență. Acestea includ șase subunități α, trei β, trei γ, trei subunități ρ și subtipuri unice δ, ɛ, π și Θ (Wisden și Seeburg, 1992; Olsen și Sieghart, 2009). În sistemele heterologe, exprimarea unor subunități unice ale receptorilor GABAA sau glicinici poate avea ca rezultat receptori homomerici funcționali. Cu toate acestea, având în vedere modelele largi de co-exprimare a multor subunități ale receptorilor GABAA și glicinici și eterogenitatea funcțională a receptorilor nativi, receptorii homomerici apar probabil rar. Numărul mare de subunități ale receptorilor GABAA reprezintă o provocare formidabilă pentru a determina ce combinații formează receptori funcționali în neuroni. Expresia subunităților receptorilor GABAA și glicinici variază, de asemenea, în timpul dezvoltării și în funcție de tipul de celule neuronale. Pe baza farmacologiei, expresiei, biochimiei și localizării subcelulare, au fost identificate cel puțin 26 de tipuri diferite de receptori GABAA nativi în neuronii SNC (Olsen și Sieghart, 2009).

Compoziția subunităților poate avea o influență puternică asupra proprietăților biofizice și farmacologice ale receptorilor GABAA și glicinici. Locurile de legare a GABA și benzodiazepinei rezidă la interfața dintre o subunitate α și o subunitate β sau γ (de obicei γ2), respectiv. Subunitatea γ2 este larg și puternic exprimată în SNC, iar deleția genetică reduce foarte mult situsurile de legare a BDZ în creier. În mod interesant, subunitatea α6 are o afinitate scăzută pentru agoniștii BDZ, dar totuși poate lega agoniști sau antagoniști inversați BDZ, ceea ce poate explica receptorii GABAA insensibili la benzodiazepine în unii neuroni. Receptorii homomerici compuși din subunitatea ρ a receptorului GABAA sunt insensibili la bicuculină, slab antagonizați de picrotoxină și insensibili la BDZ-uri, barbiturice și neurosteroizi. Aceste canale prezintă, de asemenea, proprietăți și conductanțe distincte de porniri în comparație cu alți receptori GABAA. Inițial, aceștia au fost denumiți receptori GABAC. Cu toate acestea, datorită similitudinii secvenței lor și structurii propuse, în prezent sunt considerați ca fiind un subtip de receptori GABAA. Cele trei subunități ρ (ρ1, ρ2 și ρ3) sunt exprimate în tot SNC, dar expresia este predominantă în mai multe tipuri de celule din retină.

.