Lezioni su NT, recettori, sistemi di modulazione del SNC. Farmacologia generale e molecolare

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1 Lezioni su NT, recettori, sistemi di modulazione del SNC Farmacologia generale e molecolare a cura di F. Clementi e G. Fumagalli Capitoli Capitoli solo per il SNC SISTEMA NERVOSO CENTRALE PERIFERICO Cervello Midollo Spinale Somatico provoca la contrazione delle Fibre muscolari scheletriche Autonomo provoca l eccitazione o l inibizione delle cellule muscolari cardiache e liscie e delle ghiandole Enterico Simpatico Parasimpatico 1

2 ORMONI NEUROTRASMETTITORI neuromodulatori peptidici steroidei peptidici nucleotidi catecolaminici iodinati acetilcolina catecolaminici aminoacidi CITOCHINE CHEMIOCHINE Fattori di Crescita PROSTANOIDI Peptidi/glicoproteine lipidi Segnali autocrini e paracrini Segnali ormonali 2

3 neurotrasmettitore neuroormone Sistema Nervoso Asse ipotalamo-ipofisario Midollare surrene Sistema Endocrino neurotrasmettitori neuroormoni ormoni prostanoidi fattori di crescita Fattori proapoptopici chemiochine citochine 3

4 Due modalità di comunicazione tra cellule ELETTRICA MINIMO (+ oppure -) CONTENUTO DELL INFORMAZIONE DESTINAZIONE CHIMICA MASSIMO utilizza molte molecole Poco versatile - necessita Di un contatto diretto SELETTIVO e senza connessioni strutturali VELOCITÀ DI TRASMISSIONE ALTA anche su lunghe distanze LENTA a causa della sintesi e Della diffusione delle molecole Il neurone Ogni neurone deve: + ricevere informazioni (input) dall ambiente o da altri neuroni + integrare le informazioni ricevute e produrre una risposta adeguata + condurre il segnale al terminale di uscita + trasmettere il segnale ad altre cellule nervose, ghiandole o muscoli + coordinare le proprie attivita metaboliche, mantenendo l integrita della cellula Neurone = unita anatomica e funzionale del sistema nervoso. Trasmette impulsi nervosi ad altri neuroni, ghiandole, muscoli 4

5 Il neurone Dendriti = specializzati nel rispondere a segnali provenienti da altri neuroni nel cervello rispondono ai neurotrasmettitorichimiciliberatidaaltrineuroni unita ricevente Soma (corpo cellulare) = i segnali dai dendriti confluiscono lungo il corpo del neurone che li interpreta e decide se produrre un potenziale d azione, segnale elettrico di output unita ricevente Assone = trasporta i segnali elettrici generati dal corpo cellulare verso le estremita del neurone unita di trasmissione Sinapsi = piccola fessura che separa i neuroni Terminazione presinaptica = contiene neurotrasmettitori liberati in risposta a potenziali d azione che percorrono l assone unita di trasmissione Terminazione postsinaptica = contiene recettori per i neurotrasmettitori unita di ricezione 5

6 Cos è un neurotrasmettitore? Per essere considerata neurotrasmettitore, una molecola deve rispettare i seguenti tre criteri: 1. deve essere sintetizzata e immagazzinata nel neurone presinaptico; 2. deve essere rilasciata dal terminale assonico presinaptico dopo la stimolazione; 3. deve produrre una risposta nel neurone postsinaptico che imiti la risposta prodotta dal rilascio del neurotrasmettitore dal neurone presinaptico Cos è un neurotrasmettitore? I ricercatori hanno utilizzato molte tecniche per scoprire se un neurone contiene e sintetizza dei trasmettitori. Le due tecniche principali usate oggi sono: immunocitochimica ibridazione in situ L immunocitochimica è un metodo utilizzato per localizzare alcune molecole specifiche, comprese le proteine, in sezioni di tessuto nervoso. L ibridazione in situ è invece un metodo per localizzare gli specifici mrna trascritti per le proteine La Microionoforesi è un metodo che permette al ricercatore di applicare alcuni farmaci o sostanze che potrebbero essere neurotrasmettitori in zone molto piccole della superficie neuronale. Le risposte provocate dal farmaco vengono comparate con quelle derivate dalla stimolazione sinaptica 6

7 Cos è un neurotrasmettitore? I principali neurotrasmettitori sono o aminoacidi, o amine (derivate da aminoacidi), o peptidi (costituiti da aminoacidi) L ACh è un eccezione, essa, infatti, proviene dalla respirazione dei mitocondri e dalla colina, molto importante per il metabolismo dei grassi nel corpo Gli aminoacidi e i trasmettitori aminici sono generalmente immagazzinati e rilasciati da gruppi separati di neuroni. La convenzione stabilita classifica i neuroni in gruppi mutualmente esclusivi in base ai neurotrasmettitori: neuroni colinergici, glutamminici, gabaergici, ecc. L ipotesi che il neurone possieda un unica identità in relazione al trasmettitore viene chiamata principio di Dale Esiste un grande numero di neurotrasmettitori, raggruppabili in: Aminoacidi eccitatori - Rappresentano i più importanti neurotrasmettitori eccitatori del SNC. Il neurotrasmettitore più diffuso è il glutammato, che agisce su diversi recettori, catalogati sulla base dell'agonista che li attiva. I recettori ionotropici sono gli NMDA (N-metil-D-aspartato) e i non-nmda. I primi sono associati al Calcio e potrebbero essere responsabili del potenziamento a lungo termine, di alcune forme di morte cellulare e dell'epilessia. I recettori metabotropici sono associati ad una diversa serie di proteine G e rispondono alla loro attivazione determinando cascate di eventi chimici intracellulari che modulano la trasmissione sinaptica e la eccitabilità cellulare Aminoacidi inibitori - I più importanti neurotrasmettitori inibitori del SNC sono il GABA e la glicina, presente prevalentemente nel midollo spinale Neuropeptidi. Si trovano in tutte le regioni del Sistema Nervoso e sono spesso co-rilasciati insieme ad altri neurotrasmettitori. Possono agire anche come neuromodulatori 7

8 Neurotrasmettitori Acetilcolina Amine aromatiche o Biogene Dopamina Adrenalina Noradrenalina Serotonina Aminoacidi Glicina Ac. Aspartico Ac. Glutammico Ac. γ-amminobutirrico ATP/UTP/ADP/UDP Adenosina PEPTIDI IPOFISARI ATTIVANTI AC Gastrina Colecistochinina-octapeptide (CCK-8) PACAP (pituitary AC-activating peptide) Vasoactive intestinal peptide (VIP) NEUROKININE Sostanza P Neurokinine A e B Neuropeptidi K, γ, Y Peptidi FATTORI DI RILASCIO IPOTALAMICI CRF; GnRH; TRH GRH Somatostatina PIF; MSH-IF PEPTIDI NEUROIPOFISARI Ossitocina ADH OPPIOIDI Met-Encefalina Leu-Encefalina Dinorfine (A e B) β-endorfina Solo neurotrasmettitori? O neuromodulatori? Oltre alle amine e agli aminoacidi, esistono altre molecole di piccole dimensioni che fungono da messaggeri chimici fra i neuroni. Ad esempio, i ricercatori hanno da poco considerato l ATP come possibile neurotrasmettitore. L ATP risulta concentrata nelle vescicole di molte sinapsi del SNC e del SNP e viene rilasciata nello spazio intersinaptico. Questa molecola eccita direttamente alcuni neuroni, aprendo un canale a cationi; in questo senso alcune delle funzioni dell ATP assomigliano a quelle del glutammato. 8

9 Solo neurotrasmettitori? O neuromodulatori? Il più recente e instabile messaggero chimico che sia stato proposto per la comunicazione intercellulare è invece una molecola gassosa, il monossido di azoto (NO) Nel SN, il NO assolve ad alcune funzioni peculiari: sembra che esso venga rilasciato dai neuroni postsinaptici e agisca sui neuroni presinaptici senza l intervento delle vescicole sinaptiche. La comunicazione che procede in questo senso, dal post al pre, viene definita comunicazione retrogada, dunque l NO sembrerebbe un messaggero retrogrado Poiché la molecola di NO è di piccole dimensioni e può facilmente attraversare la membrana neuronale, è in grado di diffondersi più liberamente rispetto ad altre molecole di neurotrasmettitori; infatti, può penetrare in una cellula e influenzare anche quella accanto Neurotrasmettitore-Recettore Definizione: per recettore si intende una molecola che lega in modo specifico, definito e con affinità precisa uno o più mediatori endogeni e che da questo legame subisce una trasformazione conformazionale capace di far scaturire un effetto biologico (es. albumina non è recettore) Scoperta dei recettori: 1880 Langley, Ehrlich Corpora non agunt nisi fixata, 20 Dale e Loewi, Clark, 1982 Numa Recettori di membrana o intracellulari: differenza di localizzazione e di meccanismo di trasduzione del segnale 9

10 Neurotrasmettitore-Recettore Ciascun neurotrasmettitore esercita i suoi effetti postsinaptici legandosi a recettori specifici. Come regola due neurotrasmettitori non si legano mai allo stesso recettore, tuttavia lo stesso neurotrasmettitore può legarsi a recettori diversi. Ciascun differente recettore al quale il neurotrasmettitore si lega viene chiamato sottotipo del recettore. Farmaci diversi vengono anche utilizzati per distinguere i vari sottotipi del recettore per il glutammato; vi sono tre sottotipi denominati in base ai differenti agonisti chimici: i recettori AMPA, i recettori NMDA e i recettori kainati. Il glutammato attiva tutti e tre i sottotipi, mentre l Ampa agisce solo sul recettore AMPA e l Nmda solo presso il recettore NMDA. Ogni composto chimico che si lega ad un sito specifico viene chiamato ligando per quel recettore. Il ligando per un recettore può essere sia un agonista, che un antagonista del trasmettitore, sia il neurotrasmettitore stesso. Recettore di membrana Agiscono tramite: - Recettori canale - Recettori accoppiati alle proteine G - Recettori dotati di attività tirosinchinasica intrinseca - Recettori dotati di attività guanilatociclasica intrinseca 10

11 Recettore canale - Complessi macroproteici transmembrana che formano un canale ionico che viene aperto dal legame con il neurotrasmettitore o con farmaci agonisti - Produce rapidi cambiamenti delle concentrazioni ioniche intracellulari e del potenziale elettrico - Sono composti da 4-5 subunità che delimitano un canale idrofilico - Contengono sito di legame, siti allosterici, sito di fosforilazione, siti di legame con proteine del citoscheletro Recettore accoppiato alle proteine G - È la famiglia più numerosa - Le proteine G sono una famiglia di proteine eterotrimeriche che hanno attività GTPasica: il legame con il GTP dissocia le tre subunità - La subunità α modula effettori enzimatici e alcuni canali ionici cascata amplificatrice di eventi biochimici - Sono formati da una singola catena polipeptidica con 7 domini trasmembrana idrofobici tratto D5-D6 è intracelullare e riconosce le proteineg 11

12 Recettore accoppiato alle proteine G Modulazione delle risposte recettoriali - Controllo a livello della produzione e degradazione del mediatore (sintesi e rilascio) - L interazione mediatore-recettore è generalmente reversibile (reversibile, irreversibile) - La capacità di trasdurre il segnale è controllata (desensitizzazione, upregulation, downregulation) - Modulazione dello spegnimento del segnale 12

13 Neurotrasmettitore-Recettore I neurotrasmettitori liberati a livello presinaptico interagiscono con specifici recettori postsinaptici In alcune sinapsi, i neurotrasmettitori si legano anche ad autorecettori presinaptici che regolano la quantità di neurotrasmettitore che verrà ulteriormente liberato I recettori sono generalmente specifici per un dato neurotrasmettitore, ma per uno stesso neurotrasmettitore possono esistere più recettori In alcuni casi, neurotrasmettitori correlati fra loro possono modulare il legame di un altro neurotrasmettitore o agire sinergicamente su uno stesso canale ionico (come nel caso del recettore per il GABA, le benzodiazepine ed i barbiturici) Neurotrasmettitore-Recettore Affinità di legame: capacità di legame tra NT e recettore è correlata alla forza di legame tra i due e rappresentata dalla costante di associazione/dissociazione Legame reversibile (competizione) non competitivo Agonista: si lega al recettore in modo da generare una risposta biologica di per sé Agonista inverso: si lega al recettore in modo da generare una risposta biologica opposta all effetto aspettato Agonista parziale: genera la risposta attesa, ma effetto più debole Antagonista: legandosi al recettore, è incapace di produrre un effetto di per sé, ma inibisce l effetto di un agonista che agisca con lo stesso recettore Antagonista funzionale: agonista che produce un effetto contrario ad un farmaco pur agendo su un recettore differente Modulazione allosterica 13

14 Rilascio del neurotrasmettitore 14