La recaptación es la reabsorción de un neurotransmisor por un transportador de neurotransmisor ubicado a lo largo de la membrana plasmática de un axón terminal (es decir, la neurona presináptica en una sinapsis) o célula glia después de que ha realizado su función de transmitir un impulso neural .
La recaptación es necesaria para la fisiología sináptica normal porque permite el reciclaje de neurotransmisores y regula el nivel de neurotransmisor presente en la sinapsis, controlando así cuánto tiempo dura una señal resultante de la liberación de neurotransmisores. Debido a que los neurotransmisores son demasiado grandes e hidrófilos para difundirse a través de la membrana, se necesitan proteínas de transporte específicas para la reabsorción de neurotransmisores. Se han realizado muchas investigaciones, tanto bioquímicas como estructurales, para obtener pistas sobre el mecanismo de recaptación.
Estructura proteica
La primera secuencia primaria de una proteína de recaptación se publicó en 1990. La técnica para la determinación de la secuencia de la proteína se basó en la purificación, secuenciación y clonación de la proteína transportadora en cuestión, o estrategias de clonación de expresión en las que la función de transporte se utilizó como ensayo para el ADNc especies que codifican ese transportador. Después de la separación, se advirtió que existían muchas similitudes entre las dos secuencias de ADN. Una exploración adicional en el campo de las proteínas de recaptación encontró que muchos de los transportadores asociados con neurotransmisores importantes dentro del cuerpo también eran muy similares en secuencia a los transportadores GABA y norepinefrina. Los miembros de esta nueva familia incluyen transportadores de dopamina , norepinefrina , serotonina , glicina , prolina y GABA . Ellos fueron llamados Na + / Cl - transportadores de neurotransmisores dependientes. La dependencia de los iones de sodio y cloruro se discutirá más adelante en el mecanismo de acción. Utilizando los puntos en común entre las secuencias y los análisis de gráficos de hidropatía, se predijo que hay 12 regiones hidrófobas que atraviesan la membrana en la familia de transportadores "Clásicos". [1] Además de esto, los terminales N y C existen en el espacio intracelular. Estas proteínas también tienen todas un bucle extracelular extendido entre la tercera y cuarta secuencias transmembrana. Los experimentos de etiquetado químico dirigido al sitio verificaron la organización topológica prevista del transportador de serotonina. [2]
Además de los transportadores de neurotransmisores, se encontraron muchas otras proteínas tanto en animales como en procariotas con secuencias similares, lo que indica una familia más grande de neurotransmisores: simportadores de sodio (NSS). Una de estas proteínas, LeuT, de Aquifex aeolicus , fue cristalizada por Yamashita et al. [3] con muy alta resolución, revelando una molécula de leucina y dos iones de Na + unidos cerca del centro de la proteína. Descubrieron que las hélices transmembrana (TM) 1 y 6 contenían segmentos desenrollados en el medio de la membrana. Junto con estas dos hélices, las hélices 3 y 8 de TM y las áreas que rodean las secciones desenrolladas de 1 y 6 formaron el sustrato y los sitios de unión del ión sodio. La estructura cristalina reveló pseudo-simetría en LeuT, en la que la estructura de las hélices 1-5 de TM se refleja en la estructura de las hélices 6-10.
Hay una cavidad extracelular en la proteína, en la que sobresale una horquilla helicoidal formada por el asa extracelular EL4. En TM1, un aspartato distingue los transportadores NSS de monoamina de los transportadores de aminoácidos que contienen una glicina en la misma posición. Se asignaron "puertas" externas e internas a pares de residuos cargados negativa y positivamente en la cavidad extracelular y cerca de los extremos citoplásmicos de las hélices 1 y 8 de TM.
Mecanismo de acción
Las proteínas transportadoras clásicas utilizan gradientes de iones transmembrana y potencial eléctrico para transportar el neurotransmisor a través de la membrana de la neurona presináptica. Los transportadores típicos del neurotransmisor de sodio simport (NSS), que dependen de los iones Na + y Cl - , aprovechan los gradientes de Na + y Cl - , dirigidos hacia adentro a través de la membrana. Los iones fluyen por sus gradientes de concentración, lo que en muchos casos conduce a un movimiento de carga transmembrana que se ve reforzado por el potencial de membrana. Estas fuerzas empujan el sustrato del neurotransmisor al interior de la célula, incluso contra su propio gradiente de concentración. A nivel molecular, los iones de Na + estabilizan la unión de aminoácidos en el sitio del sustrato y también mantienen al transportador en una conformación abierta hacia afuera que permite la unión del sustrato. [4] El papel de la Cl - iones en el symport mecanismo ha sido propuesto para ser para la estabilización de la carga de la symported Na + . [5] [6]
Una vez que ha tenido lugar la unión de iones y sustratos, debe ocurrir algún cambio conformacional. A partir de las diferencias conformacionales entre la estructura de los TM 1-5 y la de los TM 6-10, y de la identificación de una vía de permeación del sustrato entre el sitio de unión de SERT y el citoplasma , se propuso un mecanismo para el cambio conformacional en el que cuatro -El haz de hélice compuesto por TM 1, 2, 6 y 7 cambia su orientación dentro del resto de la proteína. [7] Una estructura de LeuT en la conformación abierta hacia adentro demostró posteriormente que el componente principal del cambio conformacional representa el movimiento del paquete en relación con el resto de la proteína. [8]
Mecanismo de inhibición de la recaptación
El objetivo principal de un inhibidor de la recaptación es disminuir sustancialmente la tasa de reabsorción de los neurotransmisores en la neurona presináptica, aumentando la concentración de neurotransmisores en la sinapsis. Esto aumenta la unión de neurotransmisores a receptores de neurotransmisores presinápticos y postsinápticos. [ cita requerida ] Dependiendo del sistema neuronal en cuestión, un inhibidor de la recaptación puede tener efectos drásticos en la cognición y el comportamiento. La inhibición no competitiva del homólogo bacteriano LeuT por los antidepresivos tricíclicos resultó de la unión de estos inhibidores en la vía de permeación extracelular. [9] [10] Sin embargo, la naturaleza competitiva de la inhibición del transporte de serotonina por los antidepresivos sugiere que en los transportadores de neurotransmisores, se unen en un sitio que se superpone al sitio del sustrato. [11]
Sistemas humanos
Horschitz y col. [12] examinó la selectividad del inhibidor de la recaptación entre la proteína de recaptación de serotonina de rata (SERT) expresada en células renales embrionarias humanas (HEK-SERT). Presentaron SERT con dosis variables de citalopram (un ISRS ) o desipramina (un inhibidor de la proteína de recaptación de norepinefrina, NET). Al examinar las curvas de dosis-respuesta (utilizando un medio normal como control), pudieron cuantificar que el citalopram actuaba sobre SERT como un ISRS y que la desipramina no tenía efecto sobre SERT. En un experimento separado, Horschitz et al. expuso HEK-SERT con citalopram a largo plazo. Notaron que la exposición a largo plazo conducía a una regulación a la baja de los sitios de unión. Estos resultados sugieren algún mecanismo para cambios a largo plazo en la neurona presináptica después de la terapia con medicamentos. Horschitz y col. encontraron que después de eliminar el citalopram del sistema, los niveles normales de expresión del sitio de unión de SERT regresaban. [12]
Se ha sugerido que la depresión es el resultado de una disminución de la serotonina que se encuentra en la sinapsis, aunque esta hipótesis ha sido cuestionada desde la década de 1980 [ cita requerida ] . Inicialmente fue respaldado por la reducción exitosa de los síntomas depresivos después de la administración de antidepresivos tricíclicos (como desipramina) e ISRS. Los antidepresivos tricíclicos inhiben la recaptación de serotonina y norepinefrina actuando tanto sobre el SERT como sobre el NET. Los ISRS inhiben selectivamente la recaptación de serotonina actuando sobre SERT [ ¿cómo? ] . El resultado neto es una mayor cantidad de serotonina en la sinapsis, lo que aumenta la probabilidad de que la serotonina interactúe con un receptor de serotonina de la neurona postsináptica. Existen mecanismos adicionales por los cuales debe ocurrir la desensibilización del autorreceptor de serotonina , pero el resultado neto es el mismo. [13] Esto aumenta la señalización de la serotonina, que según la hipótesis se cree que eleva el estado de ánimo y, por lo tanto, alivia los síntomas depresivos. Esta propuesta para el mecanismo antidepresivo de los inhibidores de la recaptación de serotonina no tiene en cuenta la evolución temporal del efecto terapéutico, que lleva de semanas a meses, mientras que la inhibición del transportador es esencialmente inmediata.
El efecto neto del uso de anfetaminas (AMPH) es un aumento de dopamina, norepinefrina y serotonina en la sinapsis. Se ha demostrado que AMPH actúa sobre trazas del receptor 1 asociado a amina (TAAR1) para inducir la inhibición de la salida y la recaptación en los transportadores de serotonina, norepinefrina y dopamina . Este efecto requiere que el transportador y TAAR1 estén co-localizados (ocurran juntos) dentro de la misma neurona.
Papel neuroprotector
Los astrocitos parecen utilizar mecanismos de recaptación para desempeñar una función neuroprotectora. Los astrocitos utilizan el transportador de aminoácidos excitadores 2 (EAAT2, también conocido como GLT-1) para eliminar el glutamato de la sinapsis. Los ratones con inactivación de EAAT2 eran más propensos a sufrir convulsiones letales y espontáneas y lesiones cerebrales agudas en la corteza. Estos efectos podrían estar relacionados con el aumento de las concentraciones de glutamato en los cerebros de ratones knockout EAAT2, analizados post-mortem. [14]
Referencias
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