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TRASMISSIONE GABAERGICA Il GABA (acido  -amino butirrico) è il neurotrasmettitore a carattere inibitorio più abbondante nel cervello dei mammiferi (~

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Presentazione sul tema: "TRASMISSIONE GABAERGICA Il GABA (acido  -amino butirrico) è il neurotrasmettitore a carattere inibitorio più abbondante nel cervello dei mammiferi (~"— Transcript della presentazione:

1 TRASMISSIONE GABAERGICA Il GABA (acido  -amino butirrico) è il neurotrasmettitore a carattere inibitorio più abbondante nel cervello dei mammiferi (~ % delle sinapsi sono GABAergiche) Alterazioni della trasmissione GABAergica sono alla base di malattie mentali e neurologiche quali i DISTURBI D’ANSIA e l’EPILESSIA Sintesi del GABA: L-glutammato > GABA GAD (PF) GAD = glutammato decarbossilasi PF = piridossal-fosfato (cofattore) La distribuzione della GAD nel SNC riflette quella del GABA: livelli elevati nelle terminazioni nervose (nel citoplasma) < conc. nei neuroni del SNP anche in tessuti non nervosi (es: pancreas, rene, ovaio) Dopo essere stato sintetizzato nel citoplasma, il GABA viene traslocato nelle vescicole sinaptiche ad opera del VGAT GAD (I)  predomina nel tessuto nervoso Inibita da antagonisti del PF (es: isoniazide, I-MAO) dall’acido amino-ossiacetico e dal Cl - (II)  in tessuti non nervosi (rene, vasi, cell. gliali) Stimolata dall’acido amino-ossiacetico, non è inibita dal Cl -

2 A seguito di stimolazione, il GABA viene rilasciato mediante esocitosi dalle vescicole e liberato nello spazio sinaptico. Gli effetti del GABA sui recettori pre- o post-sinaptici cessano in seguito al trasporto (Na + /Cl - -dipendente) del neurotrasmettitore in cellule neuronali o gliali. DEGRADAZIONE METABOLICA DEL GABA GABA  -chetoglutarato + NH 2 L-Glu SEMIALDEIDE SUCCINICA ACIDO SUCCINICO GABA-T (deaminazione) SAS-deidrogenasi (NAD) GABA-Transaminasi: Si trova legata ai mitocondri E’ l’enzima chiave nella regolazione dei livelli cerebrali di GABA => ⊝ GABA-T => ↑↑ GABA (effetto antiepilettico*) Inibitori: Acido amino-ossiacetico (> potenza rispetto a GAD),  -vinil- GABA*, Etanolamina-O-solfato*, Acido valproico*

3 Ricaptazione del GABA: GAT (Na + /Cl - -dip) Neuroni ( ⊝ dall’acido carbossilico cis-1,3- aminocicliesano, ACHC) Cell. gliali ( ⊝ dalla  -Ala) Farmaci inibitori del GAT (acido 2,4-diaminobutirrico (DABA),  -alanina e acido nipecotico) hanno effetti antiepilettici. La tiagabina (analogo dell’ac. nipecotico, inibitore selettivo del GAT1 neuronale) è in fase avanzata di sperimentazione clinica per la terapia dell’epilessia parziale refrattaria ad altri trattamenti.

4 Distribuzione del GABA (GAD) nel SNC: SUBSTANTIA NIGRA via nigro-collicolare via nigro-talamica via nigro-tegmentale SN PR -> collicolo superiore SN PR -> nuclei talamici Tegmento ponto-mesencefalico GLOBO PALLIDO/STRIATO via striato-nigrale SN PR IPOTALAMO CORPI QUADRIGEMINI CORTECCIA CEREBRALE IPPOCAMPO -> Interneuroni GABAergici fanno sinapsi con le cellule piramidali ippocampali CERVELLETTO -> >> conc. nelle cellule di Purkinje Minori concentrazioni di GABA in: Ponte, bulbo e sostanza bianca CELLULE GLIALI -> uptake + catabolismo del GABA

5 RECETTORI DEL GABA GABA A  recettore-canale permeabile al Cl - AG: muscimolo, isoguvacina AT: bicucullina (competitivo), picrotossina (non comp.) Modulatori: BDZ e barbiturici GABA B  recettore accoppiato a proteine G AG: baclofen, CGP44532 AT: faclofen, CGP35348, CGP36742 Modulatori: Ca 2+ (↑ affinità del GABA x il rec. G B1 ) CGP7930 (interagisce con G B2 ) GABA C  recettore-canale permeabile al Cl - Insensibile al baclofen e alla bicucullina GABA A e GABA C : mediano una risposta inibitoria RAPIDA a livello post-sinaptico GABA B : mediano una risposta inibitoria neuronale più LENTA e duratura (localizzazione sia pre- che post-sinaptica)

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7 I RECETTORI GABA A Sono recettori-canale permeabili agli ioni Cl - (V m -> V eq Cl - ~ -70mV) => Iperpolarizzazione di membrana => ↓ eccitabilità cellulare In alcuni distretti (es. midollo spinale): V eq Cl - meno elettronegativo (carenza di sistemi di estrusione?)  GABA A -R  fuoriuscita di Cl - dalla cellula => depolarizzazione che può generare un potenziale d’azione x attivazione dei canali per il Na + voltaggio-dipendenti Indicazioni terapeutiche degli agonisti del recettore GABA A : ANSIA (es. BDZ) EPILESSIA DISORDINI DEL SONNO ASTINENZA DA ETANOLO INDUZIONE E MANTENIMENTO DELL’ANESTESIA Esistono diversi sottotipi recettoriali formati da differenti combinazioni delle subunità, la cui espressione varia a seconda del tipo cellulare e della regione cerebrale e che mostrano diverse proprietà farmacologiche => farmaci più selettivi!!!

8 STRUTTURA MOLECOLARE DEL RECETTORE GABA A ETEROPENTAMERO Le cinque subunità si dispongono in maniera pseudo-simmetrica intorno al canale per il Cl -. Le diverse subunità hanno una similitudine del 30-70% e un’alta omologia con le subunità dei recettori nAChR, GlyR e 5-HT 3 I principali sottotipi presenti nel cervello e in organi periferici sono formati dalle subunità  e  assemblate con una o più subunità ,  e . Forma più diffusa nel SNC:  1  2  2 (~60% di tutti i rec GABA A ) Ogni subunità recettoriale presenta (~nAChR e GluR): 4 TM Ansa di 13 aa compresi fra due Cys al N-term SS 13 aa

9 Sito di legame per il GABA: Domini extracellulari della subunità  Partecipano anche ,  e  Vi si legano anche GABA-mimetici (muscimolo) e antagonisti comp (bicucullina) Sito di legame per le BDZ: Definito anche “recettore centrale per le BDZ” Subunità  (ma è necessaria anche la presenza di  2) Vi si legano anche: le  -carboline (AG-inversi  ↓ interazione del GABA con il proprio sito di legame) il FLUMAZENIL (AT competitivo  privo di attività intrinseca, blocca l’azione sia di AG che di AG inversi che interagiscono con il sito di legame delle BDZ) Sito di legame per i BARBITURICI: Si trova all’interno del poro (regione TM2 della subunità  ) Vi si legano anche la picrotossina (AT diretto) e il TBPS (t-butil biciclo fosforotionato: AT allosterico) AZIONI dei BARBITURICI: - A basse conc: modulatori allosterici  ↑ influsso di Cl - in presenza di GABA - A conc + alte: agiscono direttamente sul canale aprendolo (indipendentemente dalla presenza di GABA) - A conc molto alte: bloccano la corrente del Cl -

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11 MECCANISMO DI APERTURA DEL CANALE: GABA+R  piccola rotazione del dominio extracellulare delle subunità recettoriali x formazione di ponti disolfuro. Tali modificazioni covalenti mantengono il canale aperto. BARB  ↑ durata media di apertura del canale BDZ  ↑ frequenza di apertura (e chiusura) del canale Zn2+  ↓ on-rate e ↑ off-rate SINERGISMO FARMACOLOGICO FRA BDZ E BARBITURICI: L’attivazione del sito di legame x le BDZ favorisce sia l’interazione del GABA che quella dei barbiturici con i rispettivi siti di legame Il legame dei barbiturici all’interno del canale favorisce il legame sia del GABA che delle BDZ con il recettore

12 Siti di legame per l’ETANOLO e gli ANESTETICI VOLATILI: Siti di legame specifici a livello del canale anionico Adiacenti ai siti di legame per i neurosteroidi EtOH  TM2 e TM3 della subunità  Anestetici  TM1, TM2 e TM3 della subunità  Alto e basso potenziamento dell’effetto di AG Alta e bassa inibizione dell’effetto di AG Nessun effetto studi in vitro

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15 Ruolo delle diverse subunita’ negli effetti mediati dal recettore GABA A  1  1: ► IPNOSI da BDZ (altre subunità per barbiturici e neurosteroidi) ► DEPRESSIONE DELL’ATTIVITA’ MOTORIA DA BDZ (ratti con mutazioni su  1 sono resistenti alla depressione motoria indotta da diazepam) ► AMNESIA ANTEROGRADA (contribuisce anche  3) ► EFFETTI ANTIEPILETTICI (mediati solo parzialmente da  1: contribuisce anche  2)  2  2: ► EFFETTO ANSIOLITICO 1 ► EFFETTO MIORILASSANTE 2 (contribuisce anche  3) Rappresentano solo il 15% di tutti i recettori GABA A Abbondano nella corteccia 1 e nell’ippocampo + strati superficiali delle corna dorsali del midollo spinale e nei motoneuroni 2 Es: zolpidem  > affinità per i recettori contenenti  1 => potente ipnotico, debole ansiolitico Diazepam  > affinità per i recettori contenenti  2,  3 e  5 => potente ansiolitico  5  5 : tolleranza  2  2: importante per la localizzazione post-sinaptica del recettore GABA A (durante la sinaptogenesi) Interagisce con la GEFIRINA (proteina citoscheletrica importante per la localizzazione post-sinaptica del recettore)  1  3  1 e  3: formano (assieme alle subunità  e  ) complessi recettoriali con scarsa affinità per le BDZ

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17 FOSFORILAZIONE DEL RECETTORE GABA A I principali siti di fosforilazione si trovano nel loop intracellulare fra TM3 e TM4 (~ nAChR)  => PK non identificata  => PKA e PKC  2 => Tyr-K Fosforilazione cAMP-dipendente: - è uno dei più importanti meccanismi di regolazione del GABA A -  velocità di desensitizzazione del recettore in neuroni corticali e ippocampali, ma non in quelli spinali PKC: causa ↓ ampiezza delle correnti al Cl - indotte dal GABA

18 RECETTORI GABA B ETERODIMERO: GABA B1 + GABA B2 (si legano a livello del dominio C-terminale intracellulare) GABA B1 e GABA B2  7TM C-terminale intracellulare Lungo dominio N-terminale extracellulare Il GABA si lega alla porzione extracellulare della subunità GABA B1 => modifica conformazionale del recettore => accoppiamento della subunità GABA B2 alle proteine G Funzioni GABA B2 : accoppiamento con effettori corretta localizzazione di GABA B1 (nella membrana) Distribuzione del recettore GABA B : Talamo Corteccia Strato molecolare del cervelletto Corna dorsali del midollo spinale Ippocampo (cellule piramidali e giro dentato) SN e VTA (<) Cellule gliali Gangli, utero, testicolo, cell muscolari lisce, fegato, etc. Representative autoradiogram of a sagittal section of rat brain labelled with [ 3 H]CGP62349 (4nM)

19 Nel cervello esistono 2 isoforme: GABA B(1a) e GABA B(1b)

20 Sistemi effettori accoppiati ai recettori GABA B 1) La stimolazione dei recettori GABA B si traduce principalmente nell’attivazione di proteine G 0 e G i => ΘAC => ↓ cAMP Θ PKA ↓processi di fosforilazione ↓ trascrizione di geni controllati da CRE (cAMP- responsive elements) [es: TH, somatostatina, pro- Enk, etc.] 2) Θ VOCCs (di tipo P/Q ed N) presinaptici => ↓ liberazione neurotrasm Tale effetto sembra dipendere da un’azione diretta delle proteine G 0 e G i sul canale al Ca 2+ e non dipende dai livelli di cAMP 3)  canali al K + postsinaptici => iperpolarizzazione neuronale Si generano IPSPs che sono + lenti in “onset” e + duraturi rispetto agli IPSPs rapidi derivanti dall’attivazione dei recettori GABA A e GABA C. L’attivazione dei canali al K + avviene a seguito dell’interazione del complesso G  con il dominio C-terminale dei canali al K +.

21 FARMACOLOGIA DEI RECETTORI GABA B AGONISTI: (-)Baclofen (Lioresal ®):  -p-clorofenil-GABA Muscolo-rilassante usato nel trattamento degli spasmi muscolari da danno spinale e nella sclerosi multipla Altri effetti degli AGs: Θ arco riflesso del singhiozzo antitussivo ↓ drug addiction (x Θ sist mesolimbico) Antinocicettivo (Θ rilascio sost P e glu dalle fibre afferenti nelle corna dorsali del midollo spinale) Ansiolitico ANTAGONISTI: Faclofen: passa poco la BEE CGP35348: attraversa la BEE CGP36742: AT di 2 a generazione => + potente e selettivo Potenziali impieghi terapeutici: Epilessia delle assenze ↑Performances cognitive in animali da laboratorio (CGP36742  clinical trials x disturbi cognitivi e malattia di Alzheimer “moderati”) Depressione MODULATORI ALLOSTERICI POSITIVI: CGP7930 GS39783: Rispetto al Baclofen non dà sedazione, non altera i processi cognitivi e non induce ipotermia

22 RECETTORI GABA C Espressi prevalentemente nei neuroni della retina, ma presenti anche in diverse regioni del SNC Complessi omomerici o eteromerici di subunità  1 (retina),  2 (retina e SNC) e  3. Le subunità  mostrano un’omologia del 30-38% con le subunità del recettore GABA A Ruolo nel controllo inibitorio delle risposte indotte dalla luce (?) AT selettivo: TPMPA (Acido(1,2,5,6-tetraidropiridin-4-il)metilfosfinico) AG:  -Ala, Tau, Gly


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