Sistema colinergico: aspetti generali
Generalità
Premesse
Guarda immagini e leggi pg.14-15-16 sbob.18
I farmaci del sistema colinergico si dividono in due classi
Agonisti (colinomimetici)
Antagonisti (colinolitici)
Agonisti nicotinici: insistono su recettori nicotinici (nella placca neuromuscolare e nelle cellule gangliari autonome)
Agonisti indiretti: inibitori delle colinesterasi (da un punto di vista farmacologico sono gli agonisti di maggior importanza)
Agonisti muscarinici: insistono sui recettori muscarinici (nella maggior parte degli organi)
Antagonisti muscarinici
Antagonisti nicotinici
Fisiologia del sistema colinergico (leggi pg.1-2 sbob.19)
Recettori dell'Ach (leggi premessa pg.3 sbob.19)
Recettori muscarinici
Generalità
Accoppiati a proteine G
Sono di 5 sottotipi diversi (M1, M2, M3, M4, M5)
Possiedono 7 proteine transmembrana con N-terminale all'esterno e C-terminale all'interno della cellula
Presentano 2 sistemi di trasduzione diversi a seconda del sottotipo di recettore
Sottotipi dispari (M1, M3, M5)
Sottotipi pari (M2, M4)
Accoppiati a proteina Gq tramite cui attivano fosfolipasi C che idrolizza il fosfolipidi di membrana PIP2 per generare IP3 e DAG
IP3 si lega a recettori del reticolo sarcoplasmico per indurre fuoriuscita di Ca2+ con conseguente aumento di Ca2+ citosolico che attiva altri enzimi calcio-dipendenti
DAG attiva determinati sottotipi di PKC che si attivano solo in contemporanea presenza di DAG e Ca2+ (ne esistono altri attivati solo da DAG o altri trasduttori di segnale, non coinvolti in tale via)
Accoppiati a proteina Gi (inibitoria) grazie alla quale inibiscono l'adenilato ciclasi diminuendo, di conseguenza, il cAMP cellulare
Presentano distribuzione differente a seconda del sottotipo di recettore
M3: si localizza in muscolatura liscia, ghiandole e astrociti
M4 e M5 si localizzano in SNC e altri tessuti
M2: si localizza nel cuore
M1: si localizza nel SNC, principalmente nell'ippocampo
M4 e M5 sono i meno studiati
Nel caso di M3 possono verificarsi altri meccanismi di trasduzione oltre a quello canonico dei sottotipi dispari
Gq, al posto di PLC, può attivare PLD che idrolizza la fosfatidilcolina generando colina + acido fosfatidico
L'acido fosfatidico attiva altre classi "atipiche" di PKC che hanno effetto mitogeno (aumento della proliferazione)
Il recettore può anche attivare la fosfatidilinositolo-3 chinasi che esplica un’azione antiapoptotica
Ciò che determina la differenza tra i sottotipi dispari (M1, M3, M5) e i pari (M2, M4) è una piccola differenza strutturale a livello dei segmenti transmembrana 5 e 6
La distanza tra TM5 e TM6 è determinante per l'accoppiamento con le proteine G: nei recettori pari tale distanza è maggiore rispetto ai dispari determinando affinità per tipi diversi di proteina G
Tale fenomeno assume particolare importanza per gli astrociti
Tale fenomeno è anche di interesse oncologico: molti tumori presentano un'iperespressione dei recettori M3 per l’ACh
Recettori nicotinici
Nell'uomo sono presenti in 3 varianti
Recettori nicotinici di tipo gangliare
Recettori del SNC (correlati alla dipendenza da nicotina)
Recettori nicotinici della placca neuromuscolare (trasmettono il segnale alle cellule muscolari striate)
Tali recettori possono essere nicotinici o muscarinici ed, entrambe le classi presentano diversi sottotipi
L'acetilcolina ha uguale affinità per entrambe le classi di recettori, di tutti i sottotipi
La differenza importante tra le due classi è che i nicotinici sono ionotropici mentre i muscarinici sono metabotropici
I recettori ionotropici (quindi i nicotinici) sono molto più veloci rispeto ai metabotropici (quindi i muscarinici) nella trasmissione del segnale
Sono recettori-canale (ionotropici)
Nella cavità del canale presentano a.a. carichi negativamente che attraggono esclusivamente le cariche positive (es. Na+) e impediscono il passaggio di anioni
Lista dei principali agonisti muscarinici (vedi tabella pg.5 sbob.19)
Lista delle azioni muscariniche di Ach (vedi slide e relativa spiagazione pg.5 sbob.19)
Colinesterasi
Bersagli dei colinomimetici indiretti, da cui sono inibite
Ne esistono di due tipi: acetilcolinesterasi e pseudocolinesterasi (o butirrilcolinesterasi)
Sono entrambe serina-idrolasi e hanno omologia di sequenza del 65%
Entrambe hanno capacità analoga di legare Ach tuttavia l'acetilcolinesterasi è molto più veloce nel processo di degradazione
Acetilcolinesterasi
Può trovarsi in due collocazioni diverse
Principalmente si trova a livello delle sinapsi colinergiche al fine di idrolizzare Ach rilasciata nello spazio intersinaptico, dopo che questa ha terminato la sua azione
In misura minore si trova anche negli eritrociti dove la sua funzione fisiologica non è ancora chiara
Pseudocolinesterasi (o butirrilcolinesterasi)
Derivano da un gene diverso rispetto a quello dell'acetilcolinesterasi
Hanno distribuzione tissutale diversa rispetto all'acetilcolinesterasi
Sono sintetizzate principalmente nel fegato, sono riscontrabili ad alti livelli nel plasma e in altri tessuti non nervosi (es. muscolatura liscia gastrointestinale e glia)
Legano ad alta affinità, come substrato preferenziale, butirrilcolina ma sono in grado di legare anche Ach
Entrambe si trovano anche nel sangue ma in quantità e sedi diverse: Acetilcolinesterasi si trova negli eritrociti a 0,5 mg/L mentre le pseudocolinesterasi si trovano nel plasma a 5 mg/L
La loro funzione non è chiara ma entrambi sono inibiti da composti come gli organofosfati e i carbammati (insetticidi)
I parametri di Ach e pseudocolinesterasi nel sangue vengono utilizzati come monitoraggio dell’esposizione agli insetticidi in lavoratori soggetti a tale rischio
Principali varianti genetiche di butirrilcolinesterasi
Nel sito attivo dell’enzima è presente un a.a. serina con un un gruppo OH che, fisiologicamente, interagisce con l'acetilcolina
L'acetilcolinesterasi assume su di sè l'acetile, passando in forma acetilata, e rilascia la colina
La colina viene ricaptata dalla membrana presinaptica mediante un trasportatore specifico che la riporta all'interno del neurone
L’acetilcolinesterasi acetilata è estremamente instabile e, nell'arco di millisecondi (ms), si verifica spontaneamente l'idrolisi dell'enzima acetilato
Una volta all'interno del neurone la colina interagisce nuovamente con acetil-CoA per riformare Ach
L'idrolisi di acetilcolinesterasi acetilata comporta l'escrezione di acetato e la rigenerazione dell'enzima nella forma di partenza
Elenco completo: 4 varianti (vedi pg.7 sbob.19)
Varianti principali
Wild-type
Atipica
Variante maggiormente diffusa
Ad essa si attribuisce un'attività enzimatica del 100%
Le altre 3 varianti presentano attività enzimatica inferiore, che viene quantificata in percentuale rispetto alla wild-type
Porta ad una riduzione del 50% (rispetto a wild-type) dell'attività enzimatica nei confronti dei substrati
Il substrato principale di tale enzima è la succinil-colina (miorilassante: bloccante neuromuscolare di tipo regolarizzante)
La succinilcolina, se somministrata a pazienti con variante atipica, viene metabolizzata meno e la sua durata di azione si allunga