Copia di 10. Fisiologia - 19.10.2023 PDF

10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana 10. FISIOLOGIA - 19/10/2023 ARGOMENTI D...

10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana 10. FISIOLOGIA - 19/10/2023 ARGOMENTI DELLA LEZIONE: recettori-canale glutammato (AMPA, kainato, NMDA), recettori-canale GABA- A, recettori-canale glicina, recettori-canale serotonina, recettori-canale purine, recettori accoppiati a proteine G (recettori muscarinici, recettori glutammato, recettori GABA-B, recettori dopamina, recettori serotonina, recettori purinergici), trasportatori dei neurotrasmettitori. RECETTORI-CANALE DEI NEUROTRASMETTITORI RECETTORI-CANALE DEL GLUTAMMATO I recettori del glutammato sono tetramerici con 3 segmenti transmembrana e uno idrofobico (M2) che non attraversa la membrana, l’N-terminale è extracellulare mentre il C-terminale è citoplasmatico. Sono 3 famiglie: AMPA (GluA), kainato (GluK) e NMDA (GluN). RECETTORI AMPA Fig.1: recettori-canale del glutammato Struttura tetramerica, dunque ci sono 4 geni che codificano per essa, e asimmetrica, con un solo asse di simmetria, con forma allungata e i domini extracellulari molto ampi, in cui c’è il sito di legame per il glutammato. Una delle proprietà di questi recettori è innanzitutto la permeabilità a sodio e potassio, quindi funzionano come il canale nicotinico del muscolo scheletrico, in cui il neurotrasmettitore è l’acetilcolina, con potenziale d’inversione di 0 mV. Gli effetti sono effetti elettrici rapidi, le correnti sinaptiche hanno durata di circa 10 ms; questi recettori sono importanti perché sono i Fig.2: struttura recettori AMPA principali recettori dei segnali rapidi che si scambiano i neuroni nel SNC. Il rilascio dei neurotrasmettitori è rapidissimo e ciò che fa terminare la corrente sinaptica è la ricaptazione velocissima del glutammato dovuta a dei trasportatori del glutammato accoppiati al passaggio di molti ioni e questo è fondamentale per riuscire a riassorbire il più possibile questo neurotrasmettitore dalla fessura sinaptica, anche grazie agli astrociti. Il canale è a bassa affinità per il glutammato, in modo da legarsi più facilmente e più velocemente al glutammato; infatti, se fosse ad alta affinità, il legame si formerebbe facilmente, ma tenderebbe ad avere un’emivita più lunga, rimanendo quindi più a lungo. Di conseguenza la bassa affinità è il requisito fondamentale per il funzionamento di questi canali e non è una limitazione. Inoltre, questo canale è estremamente specifico e con spazio sinaptico molto ridotto, il quale permette che il contenuto di una sola vescicola di neurotrasmettitore sia sufficiente per saturare tutti i recettori. Un singolo potenziale d’azione, a livello del SNC, permette il rilascio di 0,3 vescicole di 1 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana neurotrasmettitore (ogni 10 potenziali d’azione vengono rilasciate solo 3 vescicole), dunque l’aumento di calcio derivato dal potenziale d’azione non permette nemmeno di liberare una vescicola per ogni potenziale; tuttavia, il contenuto di una sola vescicola, in questo piccolo spazio sinaptico, è sufficiente per saturare completamente i siti di legame sui recettori AMPA post-sinaptici: è stato misurato che le concentrazioni a livello sinaptico arrivano nell’ambito del millimolare (la maggior parte delle molecole agiscono a livello nano o micro), milioni di volte più alte rispetto ai recettori più sensibili. La quantità di glutammato legato dipende soltanto dalla sua concentrazione, non dal tempo di legame che è brevissimo; l’alta concentrazione di glutammato permette che esso sia legato molto velocemente e la bassa affinità permette che sia rilasciato altrettanto rapidamente. Nella fig. 3 si può vedere la corrente in uno di questi recettori, che sono formati da 4 subunità (ognuno codificato da un gene), inoltre c’è un’ansa extracellulare che può presentare molte varianti di splicing in una determinata regione. La variante di splicing in questo caso è chiamata “flip-flop”: una variante di questa regione è più espressa in fase embrionale, quando il neurone è immaturo (grafico in alto a destra, flip), mentre quando è maturo è espressa la seconda variante (grafico in basso a destra, flop). Nella figura 3 si vede che Fig.3: variante di splicing ansa del recettore il glutammato viene applicato per 2,5 secondi, un tempo molto lungo (di norma è di 10 ms), si sviluppa una corrente molto intensa (entrante), raggiunge un picco e, mantenendo la concentrazione costante di glutammato, la corrente diminuisce e rimane una parte stabile. Questo fenomeno, secondo cui anche in presenza di un ligando diminuisce la risposta del canale, cioè esso va in uno stato che non conduce, si chiama la desensibilizzazione (simile all’inattivazione dei canali voltaggio-dipendenti). Nel grafico "flip," la desensibilizzazione non è completa; rimane una corrente non desensibilizzata. Nel grafico "flop," invece, c'è un picco di corrente molto rapido e grande (che nell'immagine non si vede, forse a causa di come è stato campionato, secondo il professore), ed è ancora più grande di quello del grafico soprastante ("flip"). La corrente che rimane non desensibilizzata forma un gradino appena percettibile nel grafico, ciò perché c'è una desensibilizzazione completa. La fine della corrente nei recettori AMPA è una cooperazione tra una desensibilizzazione rapidissima e un re-uptake estremamente rapido ed efficiente, collegato alla bassa affinità di legame del glutammato, che permette una rapida chiusura dei canali. Lo stesso concetto era già stato visto per i nicotinici muscolari. Una proprietà fondamentale di questi recettori, essendo presenti nel 99% delle sinapsi eccitatorie del SNC, è che ci sia un segnale puramente elettrico, dunque non devono essere permeabili al calcio e hanno permeabilità altissima per i cationi monovalenti. Dagli studi, però, si sono accorti che tutti i geni dei recettori AMPA fanno passare il calcio, ma quelli presenti nei nostri neuroni non lo fanno passare, quindi si ha una sorta di paradosso; si è capito che esiste un meccanismo insolito che consiste nel fatto che l’mRNA viene modificato chimicamente attraverso un meccanismo di editing: inizialmente tutti e 4 i geni vengono trascritti e, in un sito che sporge di più nel filtro di selettività, contengono glutammina; tuttavia, la proteina della subunità GluR2 contiene un’arginina al posto della glutammina, a differenza di GluR1, GluR3 e GluR4: nella sequenza nucleotidica di GluR2 viene 2 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana modificata un’adenina con un’inosina tramite modificazione post-trascrizionale (da CAA, codificante per glutammina, a CIA, codificante per arginina) e per questo viene prodotta un’arginina, che impedisce al calcio di passare perché si trova nell’ansa del canale. Inoltre, questo GluR2 è espresso ovunque, è il più espresso tra i 4 geni. Basta una sola subunità su 4 con l’arginina per impedire il passaggio del calcio. Pertanto, in tutti i nostri recettori AMPA c’è almeno una o più subunità di tipo GluR2 con l’arginina e in nessuno di questi recettori AMPA il calcio passa. Sono quindi recettori permeabili a sodio e potassio che utilizzano un segnale puramente elettrico che sfrutta quel potenziale di inversione di 0 mV. Fig.4: problema di permeabilità al calcio dei canali AMPA Ci sono dei casi in cui alcuni recettori AMPA possono diventare permeabili al calcio, e si può notare perché si verifica un fenomeno di rettificazione, cioè conducono di più in una direzione, quella entrante, e meno in direzione uscente; questa entrata di calcio a livello sinaptico innesca delle vie che portano una modificazione delle sinapsi, la cosiddetta plasticità sinaptica. Le sinapsi si devono modificare in due situazioni: la prima è durante lo sviluppo, perché prima non ci sono e poi cominciano a contattarsi con gli assoni, con i dendriti formando sinapsi, le quali, una volta stabilizzate strutturalmente, devono iniziare a funzionare; il funzionamento è attività dipendente: se infatti il neurone è sempre a riposo, la sinapsi non si stabilizza e viene eliminata; in questo modo l’attività neuronale guida la selezione delle sinapsi. In questa fase di sviluppo in cui si stanno formando le sinapsi glutammatergiche, i recettori AMPA sono calcio-permeabili e questo calcio è il segnale che stabilizza la sinapsi: si è parlato anche di selezione darwiniana, poiché in base alla presenza di calcio alcune sinapsi rimangono, mentre altre no. La seconda situazione è quella della memoria: affinché venga depositata nel cervello una traccia mnemonica, viene modificato qualcosa nel percorso della rete nervosa che fanno i segnali; se viene vissuta un'esperienza che attiva i neuroni nello stesso modo di un'esperienza precedente, si ha un ricordo. Dunque, la modificazione sinaptica è alla base della memoria 3 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Il calcio ha due facce, da un lato è un segnale importante, ma dall’altro può innescare meccanismi di morte cellulare, associato al cambiamento dei recettori AMPA, in cui l’mRNA non viene più editato portando un cambiamento dell’amminoacido da glutammina ad arginina, diventando invece permeabili al calcio. Ciò avviene durante l’ ischemia cellulare e anche durante malattie croniche come la SLA sporadica (cioè di causa non genetica). Dunque il calcio che entra provoca un danno mitocondriale (bisogna ricordare Fig.5: patologie legate alla permeabilità al calcio che essi partecipano al tamponamento del calcio, tramite trasportatore canale uniporto del calcio del poro di transizione) con formazione di ROS, che attivano segnali apoptotici che portano a morte cellulare. Da ricordare che questi recettori sono quelli dei segnali rapidi e tutte le informazioni elaborate dal cervello viaggiano tramite recettori AMPA, per quanto riguarda le sinapsi eccitatorie. RECETTORI KAINATO Sono in numero minore rispetto agli AMPA, molte volte le sinapsi hanno entrambi i recettori; le sue correnti si possono vedere applicando un antagonista selettivo dei recettori AMPA. In questo esperimento (grafico visibile in figura 6), si prende la corrente totale (blu), bloccando la corrente AMPA, e quella che rimane (rossa) è quella del kainato. Si può notare che è più piccola e leggermente più lenta di quella dell'AMPA. Quella nell’immagine 6 in basso (ossia il grafico più in basso, GluR6 -/-) rappresenta la cellula di un Fig.6: recettori kainato topo KO a cui manca il recettore del kainato e si vede che, se blocco la corrente AMPA, non rimane nulla. C'è una particolarità di localizzazione di questi recettori: essi si trovano insieme agli AMPA a livello postsinaptico (in figura 6 a destra è rappresentata una spina dendritica dell'ippocampo con una cellula piramidale), ma possono anche essere presenti nel bottone sinaptico. Essi funzionano non solo nel modo solito, ma anche da autorecettori. In altre parole, qualche molecola di glutammato rilasciata nella sinapsi può "sgocciolare" (come suggerito dal professore) un po' di lato, attivando i recettori kainato a livello pre-sinaptico, provocando piccole depolarizzazioni che modificano il successivo rilascio di neurotrasmettitore. Questo avviene anche in sinapsi GABAergiche vicine: il glutammato tende ad infiltrarsi, sgocciolando dalle vicine sinapsi glutammatergiche con un meccanismo detto "spill over," il che attiva i recettori del kainato, producendo effetti facilitatori o inibitori. (frase presa dalle sbobine del 2021 per rendere più chiara la spiegazione) Hanno affinità più alte degli AMPA, quindi possono rispondere a dosi molto basse di glutammato. 4 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Un altro aspetto di questi recettori è che oltre a funzionare nel solito modo, agiscono anche tramite proteina G. Questo è un paradosso perché ci sono due classi di recettori: canali o associati a proteine G; invece, questi sono recettori con struttura a canale che attivano una proteina G trimerica: la subunità alfa attiva la fosfolipasi C (PLC), che attiva a sua volta la protein-chinasi C (PKC), la quale fosforila i canali del calcio, chiudendoli. Dunque la PKA potenzia i canali del calcio voltaggio dipendenti, mentre la PKC, fosforilandoli, li inibisce; quindi, la corrente del calcio, in presenza di kainato, viene inibita e diminuisce. Inoltre, nei neuroni in cui il kainato va ad inibire le correnti del Ca2+, riduce anche le correnti del potassio calcio-dipendenti. Il professore ha specificato (parlando dei recettori NMDA) che anche i recettori kainato sono un po’ permeabili al calcio. Fig.7: segnalazione tramite proteina G RECETTORI NMDA Sono i più particolari e importanti, sono molto permeabili al calcio, come quelli nicotinici (formati da subunità alfa7 o alfa8). Questi segnali di calcio sono estremamente intensi, tanto che innescano sempre modificazioni intradendritiche e non cellulari, perché avvengono in un piccolo punto, dove si attiva la sinapsi, e non in tutta la cellula. Hanno una struttura simile agli AMPA, nel sito arginina-glutammina essi hanno un’asparagina, un amminoacido neutro e piccolo che permette il passaggio del calcio. In queste 4 subunità che formano il recettore canale, due sono di tipo I e legano la glicina Fig.8: struttura recettori NMDA invece che il glutammato; quindi, il recettore NMDA è un recettore doppio, che allo stesso tempo lega glutammato e glicina. La glicina da sola non ha nessun effetto; applicando glutammato o, per essere sicuri, l’agonista selettivo dei recettori, cioè NMDA (N-metil-D-aspartato), non succede niente in assenza di glicina; però se vengono applicati NMDA e glicina insieme, il canale si apre e può essere registrata una corrente. In condizioni fisiologiche il glutammato funziona perché nel liquido interstiziale è sempre presente una piccola concentrazione di glicina che è sufficiente per far sì che il glutammato possa far aprire i canali NMDA. Quindi la presenza di quest'alta affinità per il calcio è dovuta alla presenza di 5 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana un co-agonista (la glicina) che potenzia le correnti tramite recettori NMDA (più c’è glicina più il canale funziona). Il glutammato negli interstizi normalmente non è molto presente, invece la glicina è presente in concentrazioni sufficienti nello spazio interstiziale per permettere un corretto funzionamento del recettore. Figura 9: grafici rappresentativi di varie situazioni con glicina e no. Ma un aspetto ancora più importante (e questo è il motivo per cui si ha bisogno dei recettori canale) avviene nel momento in cui il glutammato fa aprire il canale durante il potenziale di riposo. Tuttavia, questi canali non conducono, perché il magnesio dall'esterno entra nella bocca del canale. Nel punto più stretto del filtro di selettività, si ferma, dunque la corrente non c’è poiché il passaggio è bloccato. Quindi più magnesio c'è e maggiore è il tempo in cui non passa il segnale nel canale (in questi momenti non c’è la trasmissione degli ioni calcio e potassio). In assenza di magnesio, l’apertura del singolo canale conduce tutto il tempo. È come se si paragonasse la corrente a una luce a intermittenza, che va e viene. È più rapido di una chiusura e apertura di un canale. Ciò che attira il magnesio all'interno del canale chiaramente è la differenza di concentrazione, ma si sa anche che gli ioni si muovono in base al proprio gradiente elettrochimico. Essendo uno ione, se si cambia il gradiente elettrochimico, si modifica anche il potenziale di membrana. Il gradiente elettrochimico è forte in ingresso (a potenziale di riposo), il che permette al magnesio di entrare nel poro del canale. Più negativo è il potenziale interno, maggiore sarà la tendenza del magnesio ad entrare, e maggiore Figura 10: rappresentazione di un canale bloccato dallo ione sarà il tempo in cui il canale rimarrà bloccato. magnesio Figura 11: grafici corrente-magnesio 6 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Nell’a figura 11 sono segnate le correnti che sono ottenute dal canale NMDA a diverse concentrazioni di magnesio: In rosso la corrente che si ottiene in assenza di magnesio. Aggiungendo anche solo una bassa concentrazione (10 micromolare di magnesio), si ottiene una corrente traballante e molto instabile (flickering). Il magnesio ha una concentrazione extracellulare di circa 1 mM, e come si vede, a questa concentrazione la corrente va praticamente a zero. (Spiegazione dell’immagine presa dalle sbobine 2021) A potenziale di riposo (-70/80 mV), la corrente di NMDA è pari a zero, poiché il canale aperto è occupato tutto il tempo dal magnesio, a causa della forte elettronegatività interna che attira il magnesio secondo il gradiente elettrochimico. Se, invece, il potenziale di membrana è positivo, si ha una corrente uscente uguale, con o senza magnesio. A potenziale di riposo (-70/80 mV), la corrente di NMDA è pari a zero, poiché il canale aperto è occupato tutto il tempo dal magnesio, a causa della forte elettronegatività interna che attira il magnesio secondo il gradiente elettrochimico. Se, invece, il potenziale di membrana è positivo, si ha una corrente uscente uguale, con o senza magnesio. A -20 mV, in presenza di Mg2+, la corrente è dimezzata rispetto a com'è in assenza di Mg2+. A -40 mV, raddoppia la corrente in assenza di Mg2+, mentre aumenta solo leggermente in presenza di Mg2+. A valori inferiori a -40 mV, in presenza di Mg2+, la corrente inizia a diminuire invece di aumentare. Questa rispetta la legge di Ohm, in cui la corrente è uguale alla conduttanza moltiplicata per il gradiente elettrochimico. Per gli Figura 12: grafico di comparazione in NMDA, ciò è vero per potenziali sia positivi che negativi fino a presenza e assenza del magnesio circa -20 mV, il che significa che a questi potenziali il magnesio non è presente, e il recettore segue la legge di Ohm. La conduttanza della corrente sinaptica deve avere una tendenza positiva. Il glutammato si lega, il canale si apre, ma il magnesio impedisce l'ingresso del calcio. Se la membrana viene depolarizzata, il canale non è più bloccato dal magnesio, ma se non è presente il glutammato, non succede nulla, poiché se il canale è chiuso in qualsiasi caso, non conduce. In sintesi, il canale non conduce se è aperto ma è bloccato dal magnesio o se è chiuso, quindi se il glutammato non lo ha aperto (anche in assenza di magnesio). Pertanto, è necessario che ci sia del glutammato disponibile e che il magnesio non lo blocchi; è necessario un sincronismo tra la concentrazione di glutammato e la depolarizzazione della membrana per liberare il canale dal magnesio. Questa coincidenza di segnali è necessaria affinché la corrente possa fluire. Figura 13: recettore NMDA: dipendenza da glutammato e voltaggio Questo sistema di coincidenze è cruciale per la memoria, andando a segnalare quali sinapsi si devono potenziare per depositare la memoria e far percorrere ai segnali lo 7 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana stesso percorso. La conseguenza è che le tracce di calcio che entrano solo durante questa coincidenza lascino per l’appunto delle tracce di memoria. Una piccola conseguenza è che in caso di ischemia cerebrale si può pensare che bloccando questi canali si possa evitare un ulteriore ingresso di calcio che in questo caso accelera la morte cellulare. Anche i recettori NMDA hanno un ruolo importante poiché sono permeabili al calcio. Si è visto che con un bloccante del canale (MK801) che impedisce l’apertura, c’era comunque sorprendentemente morte cellulare. In queste condizioni i recettori attivano una via di segnalazione non canonica: non agiscono come canali ma vanno ad attivare la proteina chinasi Src che porta all’inserimento in membrana delle pannexine (proteine delle sinapsi elettriche) che permettono un’entrata veloce di ioni calcio e la cellula risponde innescando i meccanismi di apoptosi. Il magnesio non agisce solamente in questa modalità, ma va a stabilizzare anche tutti i canali voltaggio dipendenti. Ci sono dei bloccanti del recettore NMDA, con alcuni che competono con il glutammato (non vengono usati perché andrebbero a bloccare ovunque). Questi sono: fenciclidina, droga allucinogena che provoca sintomi simili alla schizofrenia. Esiste un’ipotesi per cui i recettori NMDA possano essere Figura 14: bloccanti del poro del recettore NMDA coinvolti con la patogenesi di questa malattia mentale MK801, detta anche dizocilpina, che, come la fenciclidina, blocca il canale dall’interno quando è aperto. memantina (usata soprattutto per il morbo di Alzheimer) ketamina, usata per tempo come anestetico, è un agente dissociante (cioè è come se nella persona la sensazione di non recepire i dolori e le sensazioni che realmente sta provando). La ketamina è stata approvata come antidepressivo a dosi molto basse e applicabile solamente in ospedale; ha effetti molto diversi rispetto agli altri antidepressivi. I recettori hanno affinità molto più alta per il glutammato. Anche se i trasportatori lo rimuovono, ci vuole tempo perché le molecole di glutammato si sleghino. La subunità del recettore che fa la differenza è quella NR (1 o 2): il canale è un tetramero ma per funzionare è necessario che le subunità 1 e 2 si alternino. Con solo NR1 il recettore non funziona, senza NR1 il canale non si forma. È necessaria la presenza di entrambi alternatamente. Tutti i recettori NMDA hanno due subunità: NR1 e NR2, la prima espressa da due geni mentre la seconda da quattro. A seconda del tipo di NR2 le correnti sono diverse: NR2C e NR2D: sono espresse da alcuni tipi di neuroni e danno dei canali in cui il blocco da magnesio è più debole quindi danno correnti più durature. NR2A e NR2B: sono fortemente bloccate da magnesio ma dove si trova NR2A la corrente è più rapida (𝜏 = 50 ms) rispetto a dove si trova Figura 15: recettore NMDA 8 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana NR2B, dove la corrente dura di più (𝜏 = 300ms). Sono le principali subunità espresse nei neuroni cerebrali. (Elenco preso dalle sbobine del 2021) A livello della corteccia cerebrale NR2A e NR2B sono le subunità prevalenti, sono ben differenziate e si distinguono perché la prima è presente per lo più nell’adulto e poco nel neonato, mentre la seconda funziona all’esatto opposto. I NR2B fanno entrare più quantitativo di calcio e questo permette maggiori effetti mnemonici ed è per questo che nei bambini c’è più abilità di memoria. Si è provato a creare un topo transgenico che continuasse a esprimere NR2B anche in età adulta e si è visto che il topo effettivamente presentava una memoria migliore (unica Figura 16: recettore NMDA durante lo sviluppo mutazione che migliora anziché peggiorare). RECETTORI DEL GABA Il GABA è il più importante neurotrasmettitore inibitorio nei mammiferi. I recettori si dividono in GABA A, GABA B (recettori associati a proteine G) e GABA C. I recettori GABA A sono recettori canale del GABA, formati da pentameri inibitori con quattro segmenti transmembrana e sono selettivi per il cloro, anziché per i cationi. Sono composti da amminoacidi positivi che attirano anioni come il cloro. Come nei recettori nicotinici, i recettori GABA A hanno due domini che servono per formare il poro e quattro domini transmembrana. Sono costituiti da due subunità alpha, due subunità beta e una quinta subunità che può essere di tipo Figura 17: recettori GABA A epsilon, delta o gamma. Questi recettori presentano una struttura con una parte extracellulare molto ampia. 9 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Figura 18: struttura recettori canale GABA A I recettori-canale GABA A sono particolarmente importanti in quanto mediano i segnali rapidi inibitori e potenziando i canali GABAergici abbiamo diversi effetti farmacologici oppure effetti avversi. Sono modulati da una serie di sostanze: Gli ormoni steroidei (progesterone ed estrogeni), modulazione fisiologica; alcuni centri che controllano gli ormoni durante la gravidanza, il parto o l’allattamento sono circuiti ipotalamici controllati da neuroni glutammatergici e Figura 19: modulazione GABAergici e i recettori del GABA sono modulati da ormoni steroidei (ormoni sessuali). Farmaci e altre sostanze esogene come le benzodiazepine, che vengono usate da anni come ansiolitici per via dell’iperpolarizzazione che causano. Questo comporta una modulazione allosterica positiva che aumenta l’effetto del neurotrasmettitore. La ketamina, che agisce sui recettori GABA A come anestetico. Agisce potenziando i recettori GABA. Per “potenziamento di recettori GABA” si intende che alcuni Figura 20: grafico benzodiazepine potenziatori agiscono aumentando la conduttanza del canale, altri facendo sì che il canale si apra e resti aperto più a lungo, altri ancora possono aumentare l’attività del recettore del GABA stesso e alcuni potenziano soltanto i canali con una subunità di tipo gamma piuttosto che di tipo delta. Dal punto di vista fisico gli effetti sono molto differenziati. I barbiturici (sonniferi), non più usati come anestetici, ma come antiepilettici e potenziano l’effetto del GABA. Potenziando il GABA si va a “mettere in silenzio” il cervello e si produce uno stato di incoscienza associato ad anestesia. 10  10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana L’etanolo è un’altra molecola che si lega nel poro del canale e potenzia l’effetto del cloro. Avviene a livello del cervelletto, centro nervoso che controlla la precisione del movimento. Il recettore del GABA C ora viene chiamato GABA A ρ (rho). Quest’ultimo, rispetto a GABA A, ha correnti quattro volte più piccole e affinità più alta. Le sinapsi hanno effetti rapidi. Si trovano soprattutto a livello della retina. Le tre caratteristiche principali sono: Conduttanza molto più piccola Molto più sensibili al GABA La corrente non si desensibilizza Figura 20: differenza canali GABA A e canali GABA A ρ Quindi in pratica molti segnali GABAergici, ossia segnali rapidi, di fatto vanno a scolpire delle pause nella scala del potenziale d’azione, che viene così sospesa. Dunque in una scarica continua viene scolpito un intervallo in cui il neurone sospende la sua generazione di potenziale d’azione. Figura 21: effetto di una sinapsi inibitoria sulla scarica di potenziali d'azione Una particolarità di GABAA è che durante lo sviluppo funziona diversamente. Nello sviluppo, infatti, il cloro è molto concentrato all’interno, dal momento che sul neurone immaturo è presente un particolare trasportatore di Na+, K+ e 2 Cl-. Essendo il cloro così concentrato, se rispetto al suo equilibrio lo si concentra forzatamente, nel momento in cui viene aperto un canale passivo, il Cl- uscirà all’esterno, andando così a diminuire la carica negativa all’interno, e questo significa che depolarizza. 11 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Inoltre, con questo trasportatore la concentrazione di Cl- arriva a livelli tali che il potenziale di inversione è soprasoglia. Come si può vedere nella figura 22, se viene messo GABA sui neuroni di un topo di 5 giorni di età, si ottiene questa colorazione giallo-verde, che indica che è avvenuta la depolarizzazione e di conseguenza si sono aperti i canali del calcio voltaggio-dipendenti. Se si fa la stessa cosa su un topo di 10 giorni di età, si vede che la depolarizzazione è già minore, mentre a 20 giorni di età si vede tutto di colore scuro e ciò significa che i neuroni non si sono depolarizzati. Figura 22: differenze tra neuroni immaturi e maturi Sempre in figura 22 si può vedere un esperimento simile in cui si dà GABA prima a 6 giorni di età e poi a 10 e si vede che nel primo caso GABA determinava una depolarizzazione, mentre nel secondo caso un’iperpolarizzazione. Questo cambio è dovuto al fatto che tra il sesto e il decimo giorno le cellule hanno smesso di esprimere il trasportatore sodio-potassio-cloro e hanno invece iniziato ad esprimere un classico trasportatore neuronale, ossia il simporto K+ e Cl-, il quale rende Cl- più basso all’interno della cellula, rispetto a quanto avverrebbe passivamente. A questo punto il cloro, invece di uscire, entrerà nella cellula attraverso il canale, andando così a iperpolarizzare. Di conseguenza, come si può vedere nel grafico sulla destra della figura 22, a 10 giorni GABA rende il potenziale di membrana non eccitatorio, ma anzi lo fa scendere a -80/-85 mV. Inoltre, si può notare che la concentrazione di cloro nel neurone immaturo è di 25 mM circa, mentre nel neurone maturo scende a una concentrazione bassissima di 4-5 mM. Tutto questo avviene affinché si formino dei circuiti, è necessario che le sinapsi riescano ad attivare i bottoni sinaptici. C’è una fase di pochi giorni nei roditori (nell’uomo sarà di qualche settimana) in cui si sono già formate le sinapsi GABAergiche, mentre quelle glutammatergiche non ci sono ancora, perciò lo sviluppo in questa fase è guidato dai segnali eccitatori delle uniche sinapsi presenti, ossia quelle GABAergiche, quindi è fondamentale che in questa prima fase dello sviluppo GABA sia eccitatorio, perché fa andare avanti la formazione di circuiti nervosi. Questo passaggio di GABA da eccitatorio ad inibitorio avviene proprio nei giorni in cui cominciano a funzionare le sinapsi glutammatergiche: a questo punto, infatti, non solo non serve più che ci sia l’eccitazione da parte delle GABAergiche, ma bisogna anche che le GABAergiche controbilancino gli effetti delle glutammatergiche, che altrimenti andrebbero troppo oltre. 12 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana RECETTORI DELLA GLICINA Figura 23: recettori della glicina Funzionano praticamente allo stesso modo dei recettori del GABA, ma ci sono meno particolarità, meno attivatori. Sono presenti a livello encefalico (dove sono maggiormente presenti i recettori GABAA), ma principalmente a livello spinale, perciò non sono molto bersaglio di farmaci. Esistono dei bloccanti come la stricnina (un convulsivante), che, legandosi a un sito specifico, blocca il canale e in questo modo, essendo un canale di inibizione rapida, verranno causate delle convulsioni. Questo bloccante viene infatti utilizzato come veleno per topi. Il professore ha poi sottolineato che in realtà anche i recettori GABAA possono causare gravi convulsioni, che possono risultare anche mortali. Dunque, i recettori della glicina e quelli GABAA sono i due recettori delle sinapsi inibitorie (dall’audio della lezione non si riesce a comprendere con certezza la parola, ma probabilmente si tratta di “inibitorie"). RECETTORI DELLA SEROTONINA Figura 24: recettori della serotonina 13 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Soltanto il recettore di tipo 3 è un canale ed è anch’esso costituito da una struttura pentamerica (come i recettori nicotinici, GABAA e della glicina). Questi recettori-canale della serotonina sono bersagli di farmaci antiemetici, ossia contro il vomito, che si usano ancora oggi contro nausea e vomito indotti da chemioterapia e postoperatori. Inoltre, sono bersagli di altri farmaci nel caso della sindrome dell’intestino irritabile e di alcune malattie psichiatriche. RECETTORI P2X Si tratta di recettori delle purine o purinergici: sono stati scoperti in passato dei recettori su cui agiva l’adenosina e sono stati classificati come P1 e P2; successivamente si è scoperto che il secondo tipo (P2) è presente sia in forma di canali sia in forma di recettori associati a proteine G, di conseguenza i primi sono stati identifciati come P2X e i secondi come P2Y. Figura 25: recettori P2X (purinergici) Hanno una struttura molto particolare: sono trimerici, hanno 2 segmenti transmembrana, presentano un groviglio extracellulare enorme (nella figura 26 sono visbili queste grandi anse extracellulari), sono permeabili a sodio, potassio e calcio. Sono abbastanza presenti a livello spinale, ad esempio a livello della trasmissione sinaptica nelle fibre sensoriali periferiche; quindi, sono coinvolti nella percezione del dolore, nei chemocettori, nei circuiti del riflesso della tosse, nella vescica urinaria e nell’intestino. Inoltre, i recettori P2X mediano anche alcune risposte ventilatorie a ipossia e ipercapnia e sono anche implicati in alcune patologie riguardanti il sistema nervoso centrale. 14 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINA G Questi recettori hanno tutti una struttura costituita da 7 segmenti transmembrana e presentano al C terminale delle anse intracellulari contenenti i siti di legame per le proteine G e dei siti di fosforilazione. In pratica, il legame del neurotrasmettitore avviene in una tasca un po’ interna e questo determina un cambio conformazionale che permetterà al recettore di attivare la sua proteina G. Si può quindi vedere che non sono come i canali visti in precedenza, che possedevano delle grandi anse esterne. Fare riferimento anche a fig. 37 (recettori muscarinici). Figura 26: struttura dei recettori accoppiati a proteina G Figura 27: meccanismo della proteina G trimerica È importante ricordarsi che la proteina G trimerica non ha soltanto la subunità alfa, ma anche le subunità beta e gamma. Inoltre, sono da ricordare anche i fattori che regolano, allungando o riducendo, l’attivazione di queste proteine G, favorendo così l’attivazione o l’inattivazione. La subunità alfa possiede poi una serie di bersagli, che variano in base al tipo di subunità (alfa s, alfa q, alfa i e alfa o). IMPORTANTE: conoscere queste principali vie di trasduzione riportate nella figura 28, il professore ha sottolineato che durante l’esame spesso emergono forti lacune di questi argomenti passati. 15 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Figura 28: principali vie di trasduzione (da sapere bene) Come si può vedere nella figura 28: la proteina Gs attiva l’adenilato ciclasi, che produce cAMP che a sua volta va ad attivare la PKA, che, come è già stato visto in lezioni precedenti, va ad attivare ad esempio i canali del calcio voltaggio-dipendenti. In questo caso si parla di recettore beta-adrenergico. La proteina Gi inibisce invece l’adenilato ciclasi e di conseguenza tutto ciò che segue viene ridotto. In questo caso è rappresentato un recettore della dopamina D2. La proteina Gq attiva la fosfolipasi C, che dà come prodotti il diacilglicerolo (DAG), che attiva PKC, e l’inositolo trifosfato (IP3), che invece ha un suo canale ligando-dipendente, che una volta aperto fa uscire il calcio dal reticolo endoplasmatico nel citoplasma. SECONDI MESSAGGERI Figura 29: tabella con i principali secondi messaggeri 16  10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Nella figura 29 sono rappresentati i principali secondi messaggeri, da dove arrivano, quali sono i loro bersagli e quali sono i meccanismi di rimozione, fondamentali per terminare la segnalazione. Nella figura 30 sono invece rappresentati i meccanismi di questi secondi messaggeri. Sulla sinistra sono rappresentati i meccanismi che permettono un aumento o una rimozione del calcio: ad esempio i mitocondri e altre proteine del citoplasma e del reticolo hanno proprio una funzione di tamponamento del calcio. In alto a destra si può invece vedere il meccanismo di cAMP e di cGMP e infine in basso a destra si vede la fosfolipasi C con diacilglicerolo e IP3. Figura 30: meccanismi di segnalazione di calcio, cAMP, cGMP e fosfolipasi C. Le principali proteina-chinasi sono PKA e PKC, ma esistono anche CaMKII (calcio-calmodulina chinasi di tipo 2) e la MAPK. Figura 31: principali proteina-chinasi 17  10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Ciò che viene fosforilato deve essere in equilibrio con quello che viene defosforilato, quindi ci sono anche le proteina-fosfatasi: PP1, PP2A e PP2B. NB: sapere bene queste cose di base per l’esame! Figura 32: principali proteina-fosfatasi PRINCIPALI RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G Si può subito notare dalla tabella che ci sono più neurotrasmettitori che si legano a questo tipo di recettori rispetto ai recettori-canale analizzati precedentemente. - I recettori muscarinici (da muscarina) sono recettori dell’acetilcolina e si differenziano da quelli nicotinici, che sono sempre dell’acetilcolina, perché sono recettori-canale e non associati a proteina G. - Per il glutammato si possono vedere diversi recettori suddivisi in 3 classi - Per il GABA ci sono i recettori GABAB1 e GABAB2 Figura 33: tabella contenente i principali recettori accoppiati a proteine G - Per la dopamina ci sono 5 recettori - Per l’adrenalina si dividono in 3 categorie: alpha1, alpha2 e beta - Per l’istamina sono 4 tipi diversi - Per la serotonina ci sono molti recettori differenziati con numeri da 1 e 7 uniti a lettere. - Per le purine ci sono due gruppi: P1 o A (da adenosina) e P2Y. MECCANISMO DI MODULAZIONE DIRETTA DI UN CANALE DA PARTE DELLE PROTEINE G Nella figura 34, si vede il meccanismo di un recettore muscarinico cardiaco M2 che viene attivato dall’acetilcolina rilasciata dal nervo vago. Questi recettori M2 vanno da un lato a inibire l’adenilato ciclasi determinando tutta una serie di effetti e dall’altro lato vanno a far dissociare da alfa le subunità beta e gamma, che andranno così ad aprire i canali GIRK del potassio. Stessa cosa viene fatta anche dai recettori GABA B. Dunque, questi recettori M2 e GABA B causano una riduzione della 18 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana depolarizzazione (informazione presa dalle sbobine dell’anno scorso per rendere più chiaro il concetto). Figura 34: meccanismo modulazione diretta di un canale da parte delle proteine G MECCANISMO DI MODULAZIONE INDIRETTA DI UN CANALE DA PARTE DELLE PROTEINE G Il sistema nervoso autonomo è quello che controlla i visceri e quindi comprende una serie di recettori e vie che troviamo a livello cardiaco, delle vie respiratorie, vescicale, intestinale. I due neurotrasmettitori principalmente utilizzati sono l’acetilcolina e la noradrenalina. In base al tipo di via attivata possiamo distinguere i recettori. Ad esempio i recettori che attivano l’adenilato ciclasi sono i beta-adrenergici e i recettori D1 e D5 della dopamina, mentre quelli che la inibiscono, determinando quindi effetti diversi, sono i recettori muscarinici M2 ed M4, quelli adrenergici alfa2 e i GABAB e i recettori della dopamina D2, D3 e D4. Inoltre, ci sono anche dei recettori che utilizzano la fosfolipasi C: i recettori muscarinici M1, M3 e M5, quelli adrenergici alfa1 e quelli del glutammato. Figura 35: modulazione indiretta di un canale da parte delle proteine G 19 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Il professore sottolinea il fatto che nella figura 36 viene scritto che anche le subunità beta-gamma possono attivare la fosfolipasi C, ma in realtà questo è molto raro. Figura 36: recettori accoppiati a proteina G che attivano PLC RECETTORI MUSCARINICI Nella tabella presente in figura 37 sono contenute alcune informazioni di questi recettori come la loro localizzazione, la risposta funzionale e i secondi messaggeri, che sono stati prima analizzati. Questi verranno poi analizzati maggiormente nel prossimo semestre nella fisiologia d’organo, quindi il professore consiglia di studiare tutto questo. Figura 37: struttura e informazioni principali dei recettori muscarinici RECETTORI DEL GLUTAMMATO Questi recettori invece riguardano il sistema nervoso centrale e hanno solo due tipi di funzionamento: il gruppo 1 attiva la fosfolipasi C, mentre i gruppi 2 e 3 inibiscono l’adenilato ciclasi e vanno di conseguenza a diminuire la corrente dei canali del calcio voltaggio-dipendenti e aumentano invece la permeabilità al potassio andando ad attivare i canali del potassio GIRK. Questi effetti non sono sulla cellula, cioè non è la cellula nervosa che si attiva. Nella figura 38 si può vedere la stimolazione di un fascio di assoni presinaptici e si nota che la stimolazione è in un’area circoscritta, quindi l’attivazione avviene solo in un punto specifico e non in tutta la cellula. 20 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Quindi i neuroni sono cellule un po’ speciali che possiedono diversi domini funzionali e i segnali possono rimanere localizzati in domini ben specifici, ad esempio per attivare determinate sinapsi e non tutte le altre. I due grafici presenti in figura, invece, mostrano una corrente AMPA con solo uno stimolo e un’altra con 8 stimoli e si può vedere che, andando a togliere la corrente AMPA, rimane la traccia rossa dovuta all’attivazione del recettore mGluR1. Figura 38: recettori del glutammato, fotografia di stimolazione di assoni RECETTORI DEL GABA I recettori del GABA accoppiati a proteina G sono chiamati GABAB (da non confondere con GABAA). Si tratta in realtà di un dimero: GABABR1/GABABR2. Questo recettore ha il solito effetto inibitorio già visto precedentemente: ossia determina l’apertura dei canali del potassio e inibisce i canali del calcio voltaggio-dipendenti. Da notare che spesso si ripete questo doppio effetto inibitorio. Osservando la figura 40 si può vedere l’effetto mediato dall’attivazione di un canale del potassio. Si vede un effetto rapido mediato dal recettore GABAA e poi si vede una seconda Figura 39: informazioni generali sui recettori del GABA associati a proteine G “pancia”, una seconda corrente entrante dovuta all’iperpolarizzazione determinata dall’apertura del canale GIRK. Pertanto se si blocca GABAA, si vede soltanto questa corrente dovuta all’apertura di GIRK e ciò è dimostrato anche dal fatto che, se si utilizza l’antagonista selettivo dei GABAB, questa corrente scompare. Inoltre, è presente anche un effetto di attivazione dei recettori GABAB sui neuroni dei gangli delle radici dorsali, dove di nuovo c’è un’inibizione delle correnti del calcio, andando quindi a ridurre il potenziale d’azione. Figura 40: grafici su azioni postsinaptiche del GABA sui recettori GABAa e GABAb Figura 41: effetto dell'attivazione dei recettori GABAb sui neuroni dei gangli delle radici dorsali 21 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana RECETTORI ADRENERGICI Figura 42: recettori adrenergici Nella tabella della figura 42 sono riassunte le classi dei recettori adrenergici. RECETTORI DELLA DOPAMINA In tabella (figura 43) sono presenti le due tipologie di recettori della dopamina: - D1, che attivano l’adenilato ciclasi - D2, che invece inibiscono l’adenilato ciclasi Figura 43: recettori della dopamina RECETTORI DELLA SEROTONINA Il professore specifica che non bisogna sapere tutta la seguente tabella (figura 44), poiché, come si può notare, questi recettori sono davvero tanti. 22 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Figura 44: recettori della serotonina (non da sapere) RECETTORI PURINERGICI ACCOPPIATI A PROTEINE G Questi recettori sono divisi in due classi: - Classe A: questa classe ha come agonista principale l’adenosina, che è una molecola che compare quando c’è una degradazione completa di ATP, che invece di fermarsi ad ADP fa una degradazione completa fino all’adenosina. Si vedrà meglio in fisiologia circolatoria. - Classe P2Y: questa classe invece ha come agonista preferenziale l’ATP. Si trovano nel sistema nervoso centrale, nel cuore, nei reni e nel tessuto adiposo. I recettori di tipo A sono bloccati da caffeina e teofillina. Figura 45: struttura dei recettori purinergici di classe A TRASPORTATORI DEI NEUROTRASMETTITORI TRASPORTATORI DELLA FAMIGLIA SLC6 Questi trasportatori sono anche detti sodio/cloro dipendenti e rappresentano la maggioranza dei trasportatori: GABA (GAT) Glicina (GlyT) Dopamina (DAT) Serotonina (SERT) Noradrenalina (NET) Questi trasportatori sono molto importanti perché sono bersagli di molti farmaci. Se si inibisce un trasportatore, infatti, si va a potenziare quel neurotrasmettitore, perché rimane più a lungo e va a concentrazioni più alte nello spazio sinaptico. Figura 46: struttura e meccanismo dei trasportatori SLC6 23 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Il meccanismo di funzionamento di questi trasportatori prevede il trasporto attivo del neurotrasmettitore associato all’entrata di due ioni sodio e all’uscita di uno ione cloro. Lo ione cloro non è detto che debba passare, però è necessario perché si è visto che in assenza di cloro questo trasportatore non funziona. La struttura ci interessa meno in questo momento. Figura 47: tabella (non da sapere) contenente i trasportatori della famiglia SLC6 In figura 47 si vede una tabella (non da sapere) contenente questi trasportatori SLC6 e indica anche la specificità di quale neurotrasmettitore viene trasportato e quanti farmaci esistono per uso terapeutico potenziale. GAT1 Questo è un trasportatore del GABA e, a seconda di come è localizzato e di come funziona, le iperpolarizzazioni indotte da GABA, rilasciato da sinapsi GABAergiche, saranno diverse. Se si va infatti a togliere GAT1, il GABA ha comunque un’azione che termina abbastanza rapidamente, ma ci mette molto di più rispetto al caso in cui è presente GAT1. Inoltre, se anziché avere un singolo stimolo, si ha la somma di più stimoli e si toglie sempre il trasportatore ecco che GABA si attiva molto di più. (Questa frase è poco chiara dall’audio, ma dalle slide pensiamo che il significato sia questo). 24 10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Dunque questi trasportatori cooperano e detengono in parte con la desensibilizzazione del recettore la durata delle risposte sinaptiche. Figura 48: localizzazione e funzione di GAT1 TRASPORTATORI DEL GLUTAMMATO Questi trasportatori sono diversi dagli altri, non appartengono infatti alla famiglia SLC6. Hanno una particolare struttura trimerica e non sono accoppiati al passaggio di 2 ioni sodio e uno cloro, ma hanno invece 3 ioni sodio, che forniscono energia entrando, e insieme entra anche uno ione H+ ed esce invece uno ione potassio, quindi in questo caso ci sono circa 4-5 ioni che vanno a fornire energia per il trasporto di glutammato. In qualche modo questo trasportatore fa passare anche cloro, ma non viene trasportato, bensì entra nella cellula attraverso un canale associato al trasportatore. Figura 49: struttura e elenco dei trasportatori del glutammato 25  10. Fisiologia – 19/10/2023 Sbobinatori: Maria Lucanto, Edoardo Lombardi Prof. Tempia Revisore: Riccardo Lussiana Dalla tabella in figura 49 si può notare che ci sono 5 diversi trasportatori di glutammato chiamati EAAT (trasportatori di amminoacidi eccitatori). Esistono diverse malattie del sistema nervoso centrale dovute a mutazioni di questi geni. ISCHEMIA CEREBRALE Un altro concetto interessante è una cosa che succede a livello cerebrale. Quando manca ATP, per prima cosa rallenta la pompa sodio-potassio, si riducono i gradienti di sodio e potassio e di conseguenza tutto smette di funzionare. Non solo si depolarizzano le membrane, ma in questo modo vengono anche liberati i neurotrasmettitori, che, legandosi ai loro recettori eccitatori, aumentano ancora maggiormente la depolarizzazione. I cambiamenti di concentrazione extracellulare, visibili nella figura 50, ossia il potassio che aumenta e il sodio che si riduce, dato che il primo fuoriesce e il secondo entra nelle cellule, e il cambiamento del calcio, sono tutti gradienti ionici. In basso si vede invece il potenziale di membrana che crolla e rimangono questi -20 mV che indicano che il meccanismo non funziona più. Quello che succede è che a queste concentrazioni diverse e a questo nuovo potenziale il trasportatore di glutammato comincia a funzionare al contrario, perciò trasporterà il glutammato all’esterno del neurone anziché all’interno. Pertanto quando i gradienti ionici cambiano a tal punto che si inverte anche il trasportatore del glutammato, allora vuol dire che si è persa l’ultima difesa che poteva ancora esserci contro la tossicità del glutammato, detta anche eccitotossicità, che significa tossicità da amminoacidi eccitatori. Figura 50: modificazione del funzionamento del trasportatore del glutammato nell'ischemia cerebrale 26