El acoplador alostérico en el cambio de estado del canal

El acoplador alostérico en el cambio de estado del canal
Continuamos con la discusión del artículo de Horrigan FT, Aldrich RW.,
publicado en J Gen Physiol. ‘Coupling between voltage sensor activation, Ca2+
binding and channel opening in large conductance (BK) potassium channels’.
Considerando un sitio de unión a calcio y un sensor de voltaje por unidad
tetramérica, los factores implicados en el bloqueo podrían ser tres: equilibrio de
los estados (c) y (o), evaluado por constantes de equilibrios; unión de calcio y
activación del sensor de voltaje (Aldrich, 2002, J Gen Physiol. 2002 Sep;120(3):
267-305.).
El fenómeno desconocido aun, es el acoplamiento entre los procesos de
apertura y cierre del canal, es decir el "factor alostérico" que determina el
tránsito entre ambos estados.
Si responde el canal a un sistema de
comportamiento complejo, como se sugiere en este estudio, entonces habrían
diversas causas que gatillarían el factor alostérico, ocasionando idéntico efecto
en el tránsito de estado (c) a (o). Un sistema de esa naturaleza puede ser
descrito en términos de las vías que ocasionan el cambio de estado, pero cual
vía opere en un momento dado no puede ser anticipada, a lo que se refiere la
expresión de sistemas impredecibles.
Para el acoplador alostérico tenemos la expresión más simple con dos
variables: constantes de equilibrio, factor alostérico. En el estudio de Horrigan
y Aldrich (2002), se definen algunas constantes:
a) K : constante de unión de calcio (X-X*Ca2+)
b) L : constante de equilibrio de apertura del canal
c) J : movimiento del sensor de voltaje (r)-(a)
d) CE: factores alostéricos del acoplador (toma valor =1 si no hay procesos
acoplados)
Antes se ha referido que tanto la unión de calcio como la actividad del
sensor de voltaje son independientes, sin embargo su eficacia no es la misma
considerándose a la del sensor de voltaje mayor en cien veces, mientras el
efecto del calcio puede ser explicado en términos del cambio en el efecto del
voltaje.
Es así como en un valor de 15 mV de voltaje y en presencia de 70 µM
de calcio, se alcanza el valor de mitad de activación de los canales BKCa (Po =
0,5).
Mientras en ausencia de calcio esa activación ocurre recién a los 180 mV de
despolarización, con 165 mV de diferencia.
En el caso del sensor de voltaje, su influencia ocurre en los primeros
100µs (componente rápido Qfast) y un posterior efecto lento (Qslow).
Y el efecto del calcio en ambos componentes puede ser descrito en
forma independiente, siendo de -33mV sobre Qfast, en el mismo caso citado
antes.
Pero en valores extremos negativos de potencial, donde no existe
influencia del sensor de voltaje, la elevación en la concentración de calcio
genera cambios en Po mayores a 1000 veces.
Esto demuestra que calcio incide directamente de manera pequeña
sobre el sensor de voltaje, siendo su mayor contribución facilitar el cambio de
estado desde (c) a (o) (Horrigan y Aldrich, 2002).
El movimiento de cargas durante la apertura del poro, se ha estimado en
4-5 cargas elementales para el canal, por Stefani (1997). Los residuos
comprometidos de la zona del sensor de voltaje, corresponden en los canales
Maxi-K a R210 y R213 que al ser bloqueados reducen el número de cargas
actuante.
De las mutaciones efectuadas en la región S4, las que han favorecido la
apertura del canal exclusivamente en ausencia de calcio, son siempre en
residuos de arginina, como ser R207Q, R207E, R210N.
La mutación
R213Q no logra ser estabilizada por calcio en estado abierto, como ocurre en
los otros casos.
Las mutaciones L204R, L204H, Q216R, E219Q y E219K no causan
efectos notorios, mientras los residuos R210 y R213 serían los que
contribuirían más al bloqueo del canal.
La región S4 queda así confirmada como parte del sensor de voltaje (Diaz,
1998).
Figura nº 1 : Subunidades beta (lado izquierdo) y subunidades alfa (lado
derecho), en membranas de músculo liso (beta1); ovario, adrenal y cerebro
(beta2); en testis (beta3) y cerebro (beta4).
Beta1: sin "bola" incrementando la sensibilidad a calcio, modulando la cinética
de apertura del canal.
Beta2: incrementa la sensibilidad a calcio; con "bola".
Beta3: inactivación rápida por tener "bola".
Beta4: modulación diferenciada de la sensibilidad a calcio, detector de umbral
de calcio. Sin "bola" (Brenner, sitio web).
Figura nº 2 : Esquema molecular del canal BKCa. Haciendo un paralelo con
los canales de potasio clásicos, se puede decir que corresponde a un tetrámero
de subunidades alfa, tal como ocurre en los demás canales iónicos, donde se
acoplan subunidades beta que no se presentan en ellos, en una relación
potencial de 1:1 con las subunidades alfa.
En cada subunidad alfa están también presentes los segmentos
transmembrana S1, S2, S3, S4 (sensor de voltaje), S5 y S6, presencia de filtro
de selectividad (TVGYG) y región P (S5 y S6).
Pero hasta ahí llegan las
similitudes.
Como se señaló al comienzo, existe un séptimo segmento transmembrana que
comienza en el lado externo de cada subunidad del tetrámero, llamado S0 y
donde se acoplaría la subunidad alfa con la subunidad beta.
También se hizo mención que el extremo COOH era particularmente extenso,
siendo la región intracelular sobre el 60% de los residuos de la subunidad alfa.
Se puede apreciar en este esquema, que tiene dos regiones: región final de
Core y Tail (base 'core' S0-S8 y cola 'tail' S9-S10).
La región de tazón
fuente de calcio (segmento S10) tiene una secuencia, donde se reiteran cinco
residuos de aspartatos, flanqueados por un residuo de glutamina y otro de
prolina: QDDDDDP.
Por ello la región citoplasmática T1-beta típica de los canales de potasio, que
se produce al asociarse las regiones citoplasmáticas de las cuatro subunidades
alfa, en este caso tiene distinta secuencia.
La subunidad beta tiene siempre dos regiones transmembranas, pero difieren
en sus secuencias citoplasmática.
Fuente: Patricio Orio y cols, 2002.
Figura nº 3 : Modulación del voltaje y de las dependencias de Ca2+ dados
por las subunidades beta.
A: en pulsos de voltade de 150mV y 4 micromoles de Ca2+, tanto en ausencia
de subunidad beta, como en presencia de beta1 y beta4.
B: probabilidad de apertura Po-Voltaje en dos valores de calcio (4 micromoles
en símbolos repintados y 7 nM en símbolos abiertos), también en ausencia y
presencia de subunidades beta1 y beta4.
Fuente: Patricio Orio y
cols, 2002.
Figura nº 4 : Rol fisiológico de los canales MaxiK
Se esquematizan células de músculo liso con expresión de subunidad beta1
(VSM); células cromafines con expresión de subunidad beta2; en células
auditivas donde el empalme alternativo y la expresión de subunidades beta1,
proporcionan una diversidad de frecuencia eléctrica para cada célula.
Fuente: Patricio Orio y cols, 2002.
*nota: el símbolo 'beta' suele no aparecer en documentos traducidos
automáticamente (como ocurre con el motor de búsqueda Google), además de
depender del editor que se esté empleando. En su defecto aparece 'ss', lo que
da lugar a que referencias a b1, b2, b3 y b4 aparezcan como ss1, ss2, ss3 y
ss4.
Las imágenes anteriores permiten introducir ahora, temáticas de dos
publicaciones que refieren experimentos con diversas zonas del canal BK,
además de análisis de sus implicancias en la actividad de esta compleja
estructura molecular.
Primero examinaremos la investigación llamada "Nuevos disfraces para un
viejo canal" y posteriormente "Los dominios de la cola de Slo1, pero no el
tazón de fuente de Ca2+, se requieren para que beta1 aumente la sensibilidad
evidente de Ca2+".
Nuevos disfraces para un viejo canal
Ferreira y Ramón Latorre, 2002)
(Patricio Orio, Patricio Rojas, Gonzalo
Las corrientes de BK aumentan su actividad en valores de
despolarización de la membrana, como ante incrementos de valores de Ca2+
citosólico.
Estas se diferencian en sensibilidad a Ca2+ y cinética
macroscópica, conociéndose sólo el gen Slowpoke de mamiferos que dá origen
al canal BK.
Este canal pertenece a la superfamilia S4 que se caracteriza
por poseer seis segmentos transmembrana (S1-S6), a lo cual el canal BK
agrega un séptimo segmento anterior al S1 llamado S0, en la zona NH2
terminal y que queda hacia el lado extracelular.
La diversidad de características del canal es debida mayormente a las
subunidades accesorias beta, que al emplame alternativo del canal o
regulación metabólica post traduccional.
En la región citoplasmática se
concentra la mayor parte de la extensión del canal, con cuatro segmentos
hidrofóbicos y sitios de empalme alternativo. La estructura del canal contiene
un tetrámero de subunidades alfa, suponiéndose que contendría cuatro
subunidades beta.
El tazón fuente de calcio es propio de Slo1 y no de Slo2 ó Slo3, de
acuerdo a las secuencias donde están presentes los cinco residuos D. En el
caso de Slo2, tampoco posee cargas positivas en el segmento S4.
La región del poro incluye S5 y S6, donde también se localiza el filtro de
selectividad TVGYG propio de los canales de potasio. Así también el
segmento S4 formaría parte de la región de activación del canal, como ocurre
en canales de potasio voltaje-dependientes, lo que junto al hecho de que el
canal BK se activa en ausencia de Ca2+, es evidencia de que se trataría de un
canal dependiente de voltaje.
La presencia de Ca2+ permitiría la apertura del canal con menor
demanda de energía, de acuerdo al desplazamiento gráfico hacia la izquierda
de Po contra el voltaje interno de la membrana.
Entre las regiones S6 y S7 existe un segmento hidrofílico señalado como
Bk-t1, donde ha sido detectado un dominio involucrado en la tetramerización
del canal, permitiendo la autoasociación del tetrámero al igual que ocurre en los
dominios T1 de los demás canales de potasio, aunque en este caso la
secuencia de residuos no corresponde a aquella.
La cola es la región entre el enlace S8-S9 y S10, mientras todo lo
anterior constituye la base resultando canales funcionales, aquellos que
contienen estas dos zonas.
El tazón de fuente de calcio se localiza entre S9 y S10, donde está la
secuencia altamente conservada en maxiK QDDDDDP. Esta zona ha sido
confirmada con intercambio de zonas entre Slo1 y Slo3 que no posee el tazón
de fuente de calcio.
También al reemplazar los residuos de D por N, se observa que el
atascamiento de Ca2+ disminuye al 56%, lo cual lleva a postular la existencia
de dos sitios para Ca2+ de baja y alta afinidad.
Otro canal MaxiK de menor dependencia del voltaje conocido como
Slo2, original de Caenorhabditis elegans y que se activa en presencia de Ca2+
si hay Cl- presente en el lado interno. No posee el segmento S0 mientras el
segmento S4 no posee cargas positivas. Su equivalencia en mamíferos es el
gen Slack.
En el caso de Slo3 (localizado en vejiga, bazo, páncreas) se trata de un
canal similar a Slo1, pero modulado por el pH citoplasmático que al aumentar
incrementa Po y no por Ca2+.
En relación a los agentes moduladores de MaxiK, ya sea que se
distribuyan en tejidos finos, neuronas o células cocleares, se encuentran entre
ellos la fosforilación del canal como se señaló antes, la proteína G, el
estiramiento mecánico y algunas sustancias vasoactivas provenientes de
células endoteliales.
Los sitios de empalme se encuentran en la zona terminal COOH en
Slo1, como algunos entre S8 y S9. Aunque este proceso aporta a la
diversidad bifísica del canal, el mayor componente en la generación de
variantes del canal es la subunidad beta y sus propias variantes.
Esta referencia en la publicación que revisamos aquí, se corresponde
con el hecho de que MaxiK genera diversidad mediante subunidades beta,
siendo entonces menor aquella propia de la subunidad alfa, en comparación a
otros canales de potasio donde el gen define una subunidad y no el conjunto de
cuatro subunidades como en el caso de MaxiK.
Es muy interesante la mención que se hace, de que las subunidades
beta constituyen una "adquisición en la evolución", que no se han descrito en
organismos inferiores como el género Drosophila o en Caenorhabditis elegans
y solamente se les hayan encontrado en mamíferos.
En un contexto
evolutivo se podría señalar, que el canal MaxiK posee un diseño que acopla un
componente ancestral (subunidad alfa formadora del poro) y otro componente
derivado (subunidad beta), en el sentido de la escuela cladista donde lo nuevo
sería lo derivado y por tanto, lo que permite definir al canal BK como una
estructura molecular más evolucionada en relación a otros canales de potasio.
La confirmación de esto último está justamente en que haya sido descrito en
mamíferos, el acoplamiento entre subunidades alfa y beta accesorias de
MaxiK.
La subunidad beta1 de músculo liso tiene alta afinidad por el péptido
bloqueador charybdotoxina CTX. Entre sus efectos están la estabilización de
estados abiertos del canal; la mayor afinidad por Ca2+; el cambio en la cinética
del canal y en las propiedades farmacológicas. También permite la unión
externa de 17-estradiol y del glucósido triterpeno dehidrosoyasaponina por el
lado interno del canal.
A diferencia de beta1, beta2 (presente en neuronas y células cromafines
donde el canal MaxiK está asociado a la secreción de neurotransmisores)
posee una región NH2 terminal hidrofóbica y presencia de cargas positivas, tal
cual ocurre en regiones internas inactivadoras del canal. Esto se ha
confirmado al eliminar esta región de beta2, ocasionando canales no
inactivados. Su sensibilidad a Ca2+ es comparable a beta1, pero con baja
afinidad por CTX.
Beta3 es más próximo a beta2, teniendo cuatro variantes en la región
NH2 terminal por empalme alternativo.
Entre ellas beta3-a y beta3-c
mantiene propiedades de inactivación comunes, mientras beta3-b inactiva en
despolarizaciones mayores y en forma más rápida.
Los datos sobre
beta3-d son más confusos.
En relación a beta4 que se expresa en neuronas como beta2, presenta una
cinética de inactivación próxima a aquella que exhibe el canal en ausencia de
la subunidad beta.
Además disminuye la afinidad por Ca2+ del canal y posee menor
afinidad por CTX. Las quimeras entre beta1 y beta4 diseñadas
intercambiando los lazos externos de ambas subunidades (beta1/beta4,
beta4/beta1), se obtienen dos afinidades por CTX idénticas a la afinidad de la
subunidad original del lazo externo, lo que confirma que es en el lazo externo
donde reside la afinidad por CTX.
Como esta toxina es bloqueante del
poro del canal y como este se localiza en la subunidad alfa, el hecho de que se
enlace a la zona externa de la subunidad beta1 y beta4 es muy sugerente, en
cuanto a la proximidad 'in vivo' de esta zona de enlace, en relación al poro
mismo.
En cuanto a los niveles de Ca2+ requeridos para ejercer efecto en el
canal, el valor de 10 micromoles es el límite inferior, lo que se alcanza en los
microdominios internos de calcio debido a VDCCs de la membrana, generados
por canales de calcio tipo L ó Q y cercanos a la localización de canales MaxiK,
asi como por la presencia a menos de 20nm de los receptores de Ryanodina
del retículo sarcoplasmático.
Las corrientes hiperpolarizantes de membrana
generadas por los canales MaxiK son conocidas como STOCs, corrientes
exteriores transitorias espontáneas.
Esta corriente iónica hiperpolariza la membrana y cierra los canales de calcio.
Los dominios de la cola de Slo1, pero no el tazón de fuente de Ca2+, se
requieren para que beta1 aumente la sensibilidad evidente de Ca2+ (Xiang
Qian, Crina M. Nimigean, Xiaowei Niu, Brenda L. Moss y Karl L. Magleby).
Los canales BK Slo1 pueden consistir en cuatro subunidades alfa o bien,
presentarse con cuatro subunidades beta incrementando con ello la
sensibilidad a Ca2+, como antes se ha expuesto.
Al sustituir el dominio RCK2 (regulador de la conductancia de potasio)
por el dominio del canal Slo3, el cual carece de tazón de fuente de Ca2+, la
subunidad beta mantuvo el incremento de afinidad por Ca2+.
Sin embargo
cuando la cola S9-S10 fue sustituída en Slo1 por la cola de Slo3, la sensibilidad
a Ca2+ disminuyó.
17-estradiol y ADO-yo activaron el canal sólo en presencia de la subunidad
beta.
De estos experimentos se puede concluir, que el tazón de fuente de
Ca2+ no es requerido para el incremento de sensibilidad a Ca2+ ocasionado
por la subunidad beta, como tampoco el linker entre RCK1 y RCK2.
Así
también que las colas de ambos canales no pueden ser intercambiadas.
El hecho reportado por este estudio, de que las colas se requieren para
el efecto de la subunidad beta1 en la afinidad de Ca2+ sobre el canal, podría
significar que espacialmente la zona citoplasmática de la subunidad beta1
tenga una proximidad con la zona S9-S10 o bien, con la zona que la contiene.
Es importante discutir esto en relación al carácter de blanco
farmacológico de la subunidad beta1, considerando lo que más adelante se va
a exponer, la evidencia de 'down regulation' de esa subunidad en el caso de
hipertensión dependiente de Angiotensina II, de acuerdo a información
reciente.
Desde ya se podría cuestionar el empleo de la subunidad alfa en
reemplazo de la beta1, desde una perspectiva farmacológica, dado que la
afinidad que estaría proporcionando esta última a Ca2+, podría tener su orígen
en una relación estrecha en regiones citoplasmáticas entre ambas
subunidades.
En canales de potasio el set de cuatro segmentos S4 podría ser
bastante flexible en sus cambios configuracionales, lo que podría explicar la
dificultad de cristalizarlo. Estas hélices S4 se localizarían en el lado interno de
la membrana y perpendiculares al eje del poro, lo que puede contradecir los
resultados experimentales. En el extremo N-terminal el sensor limita con S3 y
en el extremo COOH-terminal lo hace con un residuo de glicina de S5.
El segmento S4 formaría junto con S3b una estructura tipo hélice-giro-hélice,
llamada 'paleta del sensor de voltaje' (Youxing Jiang, Alice Lee, Jiayun Chen,
Vanessa Ruta, Martine Cadene, Brian T. Chalt y Roderick MacKinnon, 2003).
En el siguiente estudio se analiza la activación del sensor por Mg2+.
El sensor de voltaje en la activación dependiente de Mg2+
(Lei Hu *, Jingyi Shi *, Zhongming mA, Gayathri Krishnamoorthy *, Fred Sieling
*, Guangping Zhang, T. franco Horrigan y Jianmin Cui, 2003)
El segmento S4 opera como sensor de voltaje en canales voltaje
dependientes, cuyo movimiento abre la puerta de activación formada por el
segmento S6. Sobre él actuaría de acuerdo a esta investigación, no sólo
Ca2+ sino también Mg2+.
El efecto de las mutaciones sobre S4 y el linker S4-S5 no afectan la
activación por Ca2+, pero si alteran la dependencia de voltaje de activación, así
como la sensibilidad a Mg2+.
Las sustituciones de residuos R210 y
R213 por cisteína, son accesibles por el lado citoplasmático y extracelular en 80mV, mediante el reactivo MTSES.
De acuerdo a este dato, podría existir
una interacción entre S4 y algún dominio citoplasmático cuando el canal está
cerrado, que facilitara la activación por Mg2+.
De acuerdo a estos antecedentes, el sensor de voltaje sería
determinante en la activación por Mg2+, comprometiendo además la puerta del
canal.
El sitio de unión a Mg2+ está situado en la región RCK, que presenta
una estructura conservada en canales de potasio de doblez de Rossmann.
El atascamiento de Mg2+ desataría un mecanismo alostérico de
apertura del canal.
La intrigante acción de calcio en el canal
En un estudio reciente (Rebecca Piskorowski y Richard Aldrich, 2003),
se evaluó la sensibilidad a calcio de un canal BK truncado en la posición 323,
es decir sin la región citoplasmática que incluye el dominio RCK y la cola del
canal.
Antes se señaló la conclusión de este estudio, sobre lo innecesario que
serían esos dominios citoplasmáticos para la apertura calcio activada del canal.
Es asi como no validan el modelo propuesto para el canal de potasio calcio
activado MthK.
Para evaluarlo ellos truncaron el canal y realizaron mediciones
electrofisiológicas, encontrando una similitud en el comportamiento de las
curvas, entre canales truncados y de extensión normal, medido en presencia
de entre 2 y 300 micromoles de Ca2+. Al plotear la probabilidad de apertura P
versus el voltaje de la membrana, la curva Boltzman resultante es similar en
ambos casos, extendiéndose entre los -60 a los +60 mV de voltaje.
Como posible explicación los autores consideran que podría estar
involucrada una proteína soluble, operando en reemplazo del segmento Cterminal citoplasmático, con el mismo efecto de un sitio de unión de Ca2+.
Las diferencias se observan en el tiempo medio de apertura de los
canales truncados, que resultó menor a aquel de los canales normales, lo que
ellos interpretan como una alteración en el nivel de energía requerido para el
cambio de estado desde (c) a (o), para el caso del canal truncado.
Es también interesante el concepto de canal BK implícito en este trabajo,
al destacarlo como generador de una conexión entre las vias de señales
operadas por calcio y la excitabilidad de la membrana. Se aprecia una
tendencia en los últimos trabajos sobre MaxiK, de superar el antiguo concepto
de canal iónico por otro de un modulador iónico de señales calcio operadas.
También el hecho de que sean dos iones los implicados en su actividad, uno
monovalente y otro divalente, permite definirlo como un canal bi-iónico más
bien que canal iónico en la expresión habitual.
Alcances sobre Hipertensión arterial (sitio de la Sociedad Argentina de
Hipertensión Arterial http://www.saha.org.ar/ y Human Histology, Alan
Stevens & James Lowe, 1997)
La hipertensión se caracteriza por un tono vascular creciente, al cual
contribuye un amplio espectro de causas, no siendo por ello resueltos aun sus
mecanismos moleculares.
Los estudios actuales tienen dos direcciones
por tanto, aquellos relativos a los origenes del incremento de la presión arterial
y aquellos que se orientan en el sentido de reducir el peligro fatal de la última
consecuencia final, la trombosis.
Esto se explica con la paradoja de Birminham ó paradoja trombotica de
la Hipertension: "Aunque los vasos estan expuestos a elevadas presiones en
la hipertensión, las principales complicaciones de la HTA (el Infarto de
miocardio y el Stroke) paradojalmente son trombóticos mas que hemorrágicos".
El peligro trombótico se debe a que la HTA genera hipercoagulabilidad,
debido a activación plaquetaria, fibrinólisis y viscosidad originado en
anormalidades de la pared endotelial.
La HTA esencial trae como consecuencia un engrosamiento de las
paredes vasculares de las arteriolas, aumentando las resistencias periféricas,
como una protección ante el traslado de la presión incrementada al lecho
capilar.
El gasto cardíaco se incrementa y para contrarrestarlo se emplean
fármacos bloqueantes de canales de calcio, como por ejemplo el vasodilatador
dihidropiridina o los que operan sobre canales de potasio como minoxidilo y
diazóxido.
Dentro de sus causas principales están:
a) Sistema renina-angiotensina: renina convierte angiotensinógeno en
angiotensina I, la cual es inactiva hasta convertirse en el vasocontrictor
angiotensina II en el pulmón, por la enzima convertidora de angiotensina
(ECA).
Además de vasocontrictor ANG II estimula la secreción de
aldosterona, con lo cual se retiene agua y sodio incrementándose también la
presión arterial.
Pero muchos pacientes no suelen tener niveles altos de
ANG II, mientras sus bloqueantes no normalizan la presión arterial. Son los
niveles locales de ANG II circulantes en el riñón, arterias y corazón los más
preocupantes.
b) Otra causa que podría operar es una mutación heredada, que afecte la
absorsión de sodio.
c) Como ratas hipertensas con trasplante de riñón han transmitido la HTA a
ratas normotensas, se supone que el orígen último está a nivel de los riñones.
d) También la disfunción endotelial es un orígen primario probable, por
deficiencia en la producción ya sea del vasodilatador óxido nítrico, o bien en la
sobre secreción del péptido endotelina que es vasocontrictor.
Además el endotelio secreta prostacyclina (vasodilatador e inhibidor de
agregación); trombomodulina (actividad anticoagulante); tromboplastina
(promueve coagulación sanguínea); factor PAF (platelet activating factor);
factor de von Willebrand.
e) ECA puede inhibir la síntesis de bradikinina.
f) Una disfunsión en el sistema promotor de excresión de agua y sal por los
riñones, del péptido natriurético atrial (hormona producida por la aurícula ante
aumento del volumen sanguíneo).
g) También ouabaina podría incrementar la vasocontricción al actuar sobre el
transporte de sodio y calcio.
h) Farios otros factores se agrupan en el llamado síndrome de Reaven
(obesidad, diabetes, intolerancia a la glucosa, hiperlipidemia), con aumento de
la presión arterial.
i) Las alteraciones genéticas son consideradas en un 30% como causantes de
HTA, pero es actualmente muy complejo determinar la contribución de cada
gen eventualmente comprometido.
J) El síndrome de Liddle también genera HTA (bajos niveles de renina,
aldosterona e hipokaliemia).
k) También el síndrome de Gordon (pseudo hipoaldosteronismo).
Una nueva fuente de disfunsión vascular en HTA: down regulation de la
subunidad beta1 (Gregory C. Amberg, Adrian D. Bonev, Charles F. Rossow,
T. Nelson y Luis F. Santana, 2003)
El estudio de Gregory C. y cols, (2003) evaluó la disfunsión del músculo
liso vascular en hipertensión adquirida, encontrando una disminución en la
expresión de la subunidad beta1, en relación a aquella de la subunidad
formadora del poro. Estos resultados sustentaron la explicación del
desacoplamiento de los canales BK, frente a activación por calcio y su reducida
influencia frente al tono vascular.
De acuerdo a este modelo, la probabilidad de apertura de los canales de
calcio tipo L se incrementa por despolarización sostenida del músculo liso,
debido a down regulation de la subunidad beta1.
Los autores consideran confusa sin embargo, el camino hacia HTA
desde el desacoplamiento entre los RYR y el canal BK, es decir entre las
chispas de calcio y la modulación de la relajación del músculo liso arterial por el
canal BK.
La expresión de los canales de calcio tipo L, sería mayor en el
caso de tejido vascular bajo hipertensión.
En el caso de los ratones hipertensos (HT) la Po se reducía a un 50% de
la Po de los ratones normotensos (NT). Los tiempos de apertura de los canales
en ratones HT también disminuye en un 50%.
El reporte señala que en caso de hipertensión inducida por angiotensina
II en roedores, la subunidad beta1 disminuye su transcripción en un 65% en
ratones HT de aquella observada en ratones NT.
En el tratamiento experimental miocitos vasculares de ratas fueron
sometidas a angiotensina II, que ocasionó un aumento de la presión arterial en
90 mm Hg, siendo el incremento normal con la edad entre 10 y 40 mmHg.
El promedio de expresión de los canales BK no disminyó posterior al
tratamiento. Si lo hizo la expresión de la subunidad beta1, lo que se atribuyó a
variaciones en la secuencia del promotor, lo que es considerado por los autores
como un evento no valorado hasta ahora, en el desarrollo de la hipertensión
considerándose por los autores un elemento crítico en la patología.
El gen de la subunidad beta1 (KCNMB1) se localiza en el cromosoma
humano 5q34.
Se considera que la variabilidad interindividual de la presión
arterial, podría provenir o bien de la expresión genética diferenciada de la
subunidad beta1, o bien por la acción del sistema renina-angiotensina.
La regulación transcripcional del gen KCNMB1 es poco conocida
todavía, siendo el promotor similar en algunas caracteristicas, a otros
reguladores de genes del músculo liso.
La exposición a angiotensina activaría la expresión de diversos genes,
como el receptor tipo 1 de angiotensina II.
Aun se ignora si el gen de la
subunidad formadora del poro o de la subunidad beta1, son blanco de la acción
de angiotensina.
En el caso de los ratones hipertensos, los STOCs son de menor
frecuencia y más breves, lo que se asocia a la disminución de la expresión de
la subunidad beta1.
Se considera a la expresión del gen de la subunidad beta1, alterado por
la expresión del receptor AT1, modelo que se generaliza a otros potenciales
agentes causantes de hipertensión.
Los autores concluyen que cambios en la estequiometría del canal BK,
pueden presentarse en patologías como HTA; también que la disminución de
la expresión resultante en la subunidad beta1, impide el control mediado por
calcio sobre los canales BK de la presión arterial; y que también queda
bloqueada la capacidad del estrógeno de operar en similar sentido sobre la
presión arterial.
Propuesta de modelación mediante Enfoque de Espacio de Estados:
El enfoque de modelación de estos sistemas, comprende por un lado la
aplicación del principio de "la navaja de Ockham" ("Pluralitas non est ponenda
sine neccesitate"), como también la advertencia de Albert Einstein.
Es
decir partir por explicar el cambio de estado con el menor número de variables
posibles, en el sentido de "no multiplicar las entidades explicativas de manera
inútil", pero considerando también el alcance de Einstein: "todo se debe hacer
tan simple como sea posible, pero no más simple!".
Para introducir la propuesta propia de este estudio, es necesario señalar
la constatación en la cual se sustenta, que se describe en lo expuesto a lo largo
de toda la tesis y que puede ser resumido en la afirmación:
"el sistema molecular BKCa es de alta complejidad y de avanzada optimización
a nivel físico químico".
Por consiguiente la modelación propuesta va enfocada a describir, en
regiones específicas del canal, las proximidades de residuos de aminoácidos
donde se optimizarían los valores de parámetros físico químicos construidos
específicamente para este objeto, de manera de tener una información
indirecta de cuales residuos estarían potencialmente interactuando, debido a su
proximidad y originando así esos valores de variables de estado del sistema.
Se parte del principio que es desconocida la relación espacial entre los
residuos de aminoácidos, pero el supuesto básico es que ella optimiza
variables físico químicas especificas, como por ejemplo lo señalado ya sobre
niveles de energía que facilitan cambios de estado del canal, mencionado en
términos globales.
Entonces el software exploraría entre las miles de todas las opciones
posibles de interacción entre residuos previamente seleccionados, aquellas que
optimizan la expresión de estas variables en ciertos rangos de valores
seleccionados para cada caso. Es asi como se ignora la configuración
espacial y la interacción específica entre residuos, pero con la modelación se
obtiene una información referida a un conjunto de residuos que estaría
generando un rango óptimo de valores, para los parámetros seleccionados.
Esto permitiría inferir posteriormente sobre residuos comprometidos y
configuración espacial, lo que permitiría diseñar los experimentos para explorar
esta posibilidad.
La clave de la modelación actual en sistemas biológicos, es no sólo
obtener automáticamente los valores óptimos del problema de estudio, sino
también "las peores condiciones teóricas" dado que ello puede proporcionar
antecedentes, que se permitan formular a grandes rasgos la lógica subyacente
del sistema de estudio.
Supongamos el siguiente objetivo específico: explorar la relación que
existiría entre la cola del canal y la subunidad beta1, donde según un estudio
antes expuesto existiría una interacción determinante, en la sensibilidad a
Ca2+ por beta1 (Xiang Qian y cols).
Existen 400 residuos en la zona de la
cola del canal, que comprometen al tazón de calcio y que se localizan después
de la región RCK (Piskorowski y Aldrich, 2003).
Existe además una región citoplasmática de la subunidad beta1. Con
esta información se seleccionan las regiones que se someterán a una
interacción virtual, por medio de software. Hay que considerar además que
existen cuatro subunidades alfa y por tanto cuatro colas, por tanto algunas
zonas podrían interactuar también desde más de una cola.
La interacción entre residuos se describe con parámetros fisico
químicos, que son consistentes con el objetivo central, de describir la potencial
interacción entre ambas subunidades. Es necesario resaltar que todos los
supuestos incluídos en el diseño del software, deben ser descritos en un
documento especial, ya que ello es imprescindible de tener a la vista a la hora
de analizar los resultados.
La gran garantía de diseñar estos programas
por quienes hacen directamente el estudio está en este punto, ya que no
existen entonces 'cajas negras' propias de los softwares presentes en la red
internet, donde no es posible acceder a todos los supuestos considerados en el
diseño. La otra garantía es poder modificar los criterios empleados, para
obtener distintos resultados del mismo problema de estudio.
El software se programa para realizar miles de interacciones aleatorias,
entre los residuos comprometidos y bajo las condiciones que se especifican
con parámetros apropiados, donde está el secreto último del empleo de
software para estos propósitos. Como resultados se obtienen:
a) residuos comprometidos en valores óptimos, dentro del rango solicitado
para los parámetros físico químicos empleados;
b) residuos comprometidos en valores mínimos (peores condiciones), para los
mismos parámetros anteriores;
c) valores estadísticos de ocurrencia aleatoria de ambos conjuntos de
resultados anteriores;
d) expresión gráfica de los resultados anteriores.
Generalmente cuando se simula valores óptimos, existe un rango de
resultados que no tiene sentido en el problema de estudio, por tanto es
necesario someterlos a un análisis detallado, para lo cual deben considerarse
siempre los supuestos empleados en su obtención. Una estrategia que suele
dar resultados es cambiar algunos de los supuestos y obtener una segunda
entrega de resultados.
Es importante destacar finalmente, que todo resultado obtenido por
simulación debe ser suficientemente consistente para que pueda surgir desde
ahí una propuesta experimental, que es el punto final de la modelación, que
lejos de pretender reemplazar al laboratorio biofísico, debe aportar información
para el diseño experimental de la investigación en curso.