Efectos del Etanol en los Sistemas Neurotransmisores Efectos del

Efectos del Etanol en los
Sistemas Neurotransmisores
Dr. Tom Dunwiddie
University of Colorado
Health Sciences Center
Denver VA Medical Center
1
Introducción
• El alcohol es una droga de abuso
debido a sus acciones en el
cerebro
• Estas acciones deben incluir
algunos efectos psicológicos
deseables que aumenten la
probabilidad de que un individuo se
autoadministre alcohol
Puede parecer obvio, pero vale la pena decirlo: el etanol no sería una droga de abuso si no fuera por sus
efectos en el sistema nervioso central. Entre estos efectos tiene que haber algunos efectos psicológicos
“apetecibles” que aumentan la probabilidad que un individuo vuelva a beber alcohol.
No se trata de disminuir la importancia del complejo papel que cumplen los factores sociales en el inicio y
la mantención del consumo de etanol, pero sin ciertos efectos de refuerzo, no es probable que el etanol
fuera una droga de abuso.
Por tanto, entender cómo el etanol afecta la actividad cerebral, a nivel celular, es un asunto crítico.
2
Preguntas a consignar
• ¿Cómo afecta el etanol la actividad
cerebral a nivel celular?
• ¿Hay sistemas de neurotransmisores
en el cerebro que sean blanco de
acciones específicas del etanol?
• ¿Hay otros blancos cerebrales del
etanol no relacionados con
neurotransmisores específicos?
El propósito de esta exposición es describir algunos de los mecanismos celulares por medio de los cuales
el etanol afecta la actividad cerebral.
¿Qué queremos decir con la expresión “mecanismos celulares”? Con ella nos referimos a ciertas acciones
que se pueden identificar, habitualmente, a nivel de una sola célula. Así, las expresiones “sedación” o
“cambios en el EEG” no se refieren a acciones celulares; “inhibición del desencadenamiento de
potenciales de acción” o bien “inhibición de la liberación de neurotransmisor” serían efectos a nivel celular.
Con frecuencia, estos tipos de efectos se pueden vincular con los efectos de proteínas cerebrales
determinadas (es decir, acciones moleculares del etanol), y son la causa de efectos conductuales.
Una interrogante de importancia, en cuanto a los efectos del etanol, es si éste tiene efectos selectivos
sobre neurotransmisores específicos.
3
¿Por qué necesitamos comprender el
mecanismo celular de acción del etanol en
el cerebro?
Entender
Entender cómo
cómo actúa
actúa el
el etanol
etanol en
en el
el
cerebro
cerebro aa nivel
nivel celular
celular puede
puede dar
dar paso
paso a:
a:
•• Vías
Vías farmacológicas
farmacológicas que
quepermitan
permitanantagonizar
antagonizar
los
efectos
intoxicantes
del
etanol
los efectos intoxicantes del etanol
•• Antagonismo
Antagonismofarmacológico
farmacológicode
de los
los efectos
efectos
reforzadores
del
etanol
reforzadores del etanol
•• Aumento
Aumentofarmacológico
farmacológicode
delos
los efectos
efectos aversivos
aversivos
del
etanol
del etanol
¿Por qué necesitamos comprender el mecanismo celular de la acción del etanol?
Si comprendemos cómo el etanol actúa sobre el cerebro a nivel celular, podríamos entender mejor:
1)
El antagonismo farmacológico de los efectos intoxicantes del etanol
a)
la naltrexona (Herz, 1997; Kostowski, Bienkowski, 1999)
b)
la cafeína (Oborne, Rogers, 1983; Dar, 1988; Dunwiddie 1999)
2) El antagonismo farmacológico de los efectos de refuerzo del etanol
a)
la naltrexona (Reid, 1996)
b)
los inhibidores del transporte de 5HT (Kranzler, 1997)
3)
La acentuación farmacológica de los efectos de aversión del etanol (disulfiram)
4)
Las diferencias genéticas en las reacciones al etanol
5)
Los tipos de cambios que se podrían prever con el consumo crónico de etanol
4
Teorías sobre el Mecanismo de Acción del
Etanol a Nivel Celular
Evolución de los conceptos sobre mecanismo de acción del
etanol
Teorías de
membrana de
la anestesia
MeyerOverton,
1896-1901
Teorías de
proteínas
Lovinger y cols.;
Hoffman y cols., 1989
Franks
& Lieb,
1984
luciferasa
luciferasa
NMDA
NMDARR
Allan & Harris;
Suzdak y cols.;
Ticku y cols., 1986
GABA
GABAAARR
Mihic y cols., 1997
“sitio”
“sitio”
GABA
/glicina
GABAAA/glicina
Teorías de la acción del etanol a nivel celular
La historia de nuestra comprensión de los mecanismos de acción del alcohol comienza con el estudio
de los anestésicos. La evolución de nuestros conceptos de la acción del etanol:
1) Teorías de los lípidos en anestesia
El coeficiente de partición aceite/agua como predictor de potencia anestésica (Meyer Overton; véase
revisión en Lovinger, 1997).
2)
Las proteínas como sitios de acción anestésica:
a) Luciferasa: Franks y Lieb (Franks, Lieb, 1984)
b) Receptores GABA: (Allan, Harris, 1986; Suzdak y cols., 1986; Ticku y cols., 1986). El receptor GABA es
inhibitorio, luego esta es una potenciación de la inhibición de receptores.
c) Receptores NMDA (Hoffman y cols., 1989; Lovinger y cols., 1989) El receptor NMDA es excitatorio;
luego el antagonismo de este receptor significa reducción de la excitación.
d) Sitios específicos de acción del etanol en proteínas; receptores GABA y de glicina (Mihic y cols., 1997).
5
Pasos clave en neurotransmisión:
• Síntesis y almacenamiento del neurotransmisor
• Liberación Ca2+-dependiente tras estimulación
• Activación de los receptores postsinápticos
• Inactivación por recaptación o metabolismo
Ca++
Ca++
Pasos clave en la neurotransmisión
Hoy, numerosos estudios plantean que la neurotransmisión, que es el mecanismo mediante el cual se
comunican las neuronas, es particularmente sensible al etanol. La neurotransmisión es un proceso
complejo y hay muchos sitios diferentes donde el etanol, en potencia, podría actuar para modificar la
neurotransmisión. Algunos de los aspectos clave de la neurotransmisión son los siguientes:
1) Síntesis de los neurotransmisores y su almacenamiento en vesículas presinápticas
2) Liberación vesicular de neurotransmisores, mediante un mecanismo dependiente de CA2+, con el
disparo de un potencial de acción en la célula presináptica.
3) Los neurotransmisores producen sus efectos mediante interacciones específicas con proteínas
postsinápticas llamadas receptores, moléculas específicas que reconocen y responden a un solo
neurotransmisor.
4) Los neurotransmisores quedan luego inactivados, por recaptación o metabolismo, con lo que los
receptores quedan libres para responder a una liberación posterior de neurotransmisor.
6
Las sinapsis son blancos principales
de las drogas neuroactivas
• Cafeína: inhibe los receptores de adenosina
• Nicotina: activa los receptores de acetilcolina
• Cocaína: inhibe recaptación de DA, NE, 5HT
• Etanol?
Nicotina
Adenosina
X
Cocaína
Cafeína
Receptor
ACh
X
Las sinapsis son objetivos importantes de los fármacos neuroactivos
Las sinapsis son los sitios especializados donde ocurre la neurotransmisión. Muchos fármacos
comunes, que conocemos bien, actúan específicamente en las sinapsis.
1)
La cafeína actúa en las sinapsis bloqueando los efectos de un neuromodulador llamado adenosina,
que inhibe normalmente la liberación de neurotransmisores.
2)
La nicotina copia la acción de un neurotransmisor llamado acetilcolina, en sus receptores
postsinápticos.
3)
La cocaína actúa inhibiendo la recaptación de distintos neurotransmisores: la dopamina, serotonina y
norepinefrina.
4)
¿Actúa también el etanol a nivel sináptico?
7
Las sinapsis también son blanco
de drogas terapéuticas
•• Drogas
Drogas antidepresivas
antidepresivas
Inhibidores
Inhibidores de
de la
la recaptación
recaptación de
de
serotonina
serotonina
•• Analgésicos
Analgésicos (morfina)
(morfina)
Agonistas
de
Agonistas de receptor
receptor opiáceo
opiáceo
•• Drogas
Drogas antipsicóticas
antipsicóticas
Antagonistas
Antagonistas del
del receptor
receptor de
de DA
DA
•• Drogas
anticonvulsivantes
Drogas anticonvulsivantes
Moduladores
Moduladores GABA
GABAAA
•• Agentes
Agentes neurolépticos
neurolépticos
Moduladores
Moduladores GABA
GABAAA
Las sinapsis también son blanco de fármacos terapéuticos
Las sinapsis son también sitios de acción de diversas clases de fármacos terapéuticos que actúan en
el cerebro.
•
Los fármacos antidepresivos actúan generalmente por inhibición de la recaptación de serotonina y
norepinefrina.
1)
Los opiáceos, importante grupo de fármacos analgésicos, activan los receptores de
neurotransmisores conocidos como endorfinas y encefalinas.
2)
Los fármacos antipsicóticos bloquean o inhiben los receptores de dopamina.
3)
Ciertos tipos de fármacos anticonvulsionantes potencian el efecto del neurotransmisor GABA.
8
Interacciones del etanol con la síntesis y
almacenamiento de neurotransmisores
•• Evidencia
Evidencia considerable
considerable apoya
apoya la
la idea
idea de
de
que
la
exposición
al
etanol
puede
llevar
que la exposición al etanol puede llevar aa
cambios
cambios en
en la
la síntesis
síntesis yy almacenamiento
almacenamiento
de
de transmisores
transmisores
•• Muchos
Muchos de
de estos
estos efectos
efectos se
se relacionan
relacionan
con
respuestas
adaptativas
al
con respuestas adaptativas al etanol
etanol
crónico
crónico (tolerancia
(tolerancia yy dependencia),
dependencia), yy
pueden
pueden no
no estar
estar directamente
directamente
involucrados
en
los
involucrados en los efectos
efectos agudos
agudos del
del
etanol
etanol
Abundante literatura demuestra que el consumo agudo y crónico de etanol puede alterar las
concentraciones de neurotransmisores en el cerebro; pero los mecanismos mediante los cuales ocurre
esta alteración no se conocen. Las alteraciones pueden ser secundarias a otros efectos del etanol, como
su capacidad para estimular la liberación de neurotransmisores.
Así, los cambios en la síntesis de los neurotransmisores (o almacenamiento del transmisor en vesículas)
no se ven como mecanismo principal de la acción del etanol.
9
Interacciones del etanol con la liberación de
neurotransmisores
•• El
Eletanol
etanolaumenta
aumentala
laliberación
liberaciónde
dedopamina
dopaminaen
enla
lavía
víade
dela
la
“gratificación
farmacológica”
“gratificación farmacológica”
•• El
Eletanol
etanolparece
pareceliberar
liberardopamina
dopaminadel
delAVT
AVTyyNAC
NACpor
por
interacciones
con
múltiples
receptores
de
interacciones con múltiples receptores de
neurotransmisores
neurotransmisores
•• El
Eletanol
etanoltiene
tieneacciones
accionesexcitatorias
excitatoriasdirectas
directassobre
sobrelas
las
neuronas
neuronasque
quecontienen
contienendopamina
dopaminaen
enel
elAVT
AVT
Área Ventral Tegmental (AVT)
Núcleo accumbens (NAC)
Control
Dopamina
Etanol
+
+
Dopamina
Interacciones del etanol con la liberación de neurotransmisores
Hay evidencia importante en el sentido de que el etanol pueda interactuar con la liberación de
neurotransmisores. Lo dicho puede ocurrir, ya sea mediante un efecto directo en una terminación
nerviosa (p. ej., inhibición del influjo de calcio necesario para la liberación del transmisor), o bien,
más indirectamente, por cambio de la actividad de las células presinápticas, ya sea para
aumentar o para disminuir la liberación.
Un ejemplo particularmente interesante de un efecto del etanol, que probablemente ocurra por
intermedio del segundo de estos dos mecanismos, corresponde a la liberación de dopamina (DA)
en dos regiones del cerebro que participarían en el “reforzamiento farmacológico”. Se trata de la
zona tegmental ventral (ATV) y el núcleo accumbens (NAC).
1) El etanol incrementa la liberación de DA en la vía “central de gratificación”, que comprende el
ATV y el NAC (Imperato, Di Chiara, 1986).
2) El etanol también liberaría DA desde el ATV y NAC mediante una acción en que participan los
receptores 5HT3 (Campbell, McBride, 1995; Campbell y cols., 1996).
3) El etanol excita directamente las neuronas dopaminérgicas del VTA y, tal vez como
consecuencia, aumenta la liberación de DA en zonas objetivo, como el NAC (Samson y cols.,
1997; Brodie y cols., 1999).
10
Interacciones del etanol con
transportadores de neurotransmisores
•• Transportador
Transportadorde
deadenosina
adenosina
El
etanol
inhibe
El etanol inhibeel
eltransporte
transportede
deadenosina
adenosinaaatravés
travésde
de
un
subtipo
específico
de
transportador
de
adenosina
un subtipo específico de transportador de adenosina
•• Otros
Otrostransportadores
transportadores
Transportador
Transportadorde
denorepinefrina
norepinefrina--inhibido
inhibidopor
poretanol
etanol
Transportador
Transportadorde
dedopamina
dopamina--facilitado
facilitadopor
poretanol
etanol
Transportador
Transportadorde
deserotonina
serotonina--facilitado
facilitadopor
poretanol
etanol
Interacciones del etanol con transportadores de neurotransmisores (NT)
Donde se ha informado que actúa también el etanol es en las moléculas transportadoras que
transportan neurotransmisores desde el espacio extracelular del cerebro al entorno intracelular; este
mecanismo causa la inactivación de las funciones de muchos neurotransmisores.
1)
Se ha descrito que los transportadores de Adenosina se inhiben con el etanol (Krauss y cols., 1993)
y, en consecuencia, los niveles extracelulares de adenosina cerebral se elevan. Hay evidencia en el
sentido de que algunos de los efectos del etanol son mediados por la vía de este aumento de la
adenosina.
2)
Se ha descrito que los transportadores de los neurotransmisores norepinefrina (Lin y cols., 1997),
dopamina (Wang y cols., 1997) y serotonina (Alexi, Azmitia, 1991) se ven afectados por el etanol.
Esto plantea que estos transportadores, todos miembros relacionados de la misma familia de genes,
podrían ser sitios importantes de acción del etanol.
11
Interacción del etanol con receptores de
neurotransmisores (efectos post-sinápticos)
Las
Lassinapsis
sinapsistienen
tienen 22tipos
tiposde
dereceptores
receptorespostsinápticos
postsinápticos
••Canales
Canalesiónicos
iónicosactivados
activadospor
porligando
ligando(transmisión
(transmisiónrápida)
rápida)
glutamato
GABA
glutamato
GABAAA
glicina
acetilcolina
glicina
acetilcolina(nicotínico)
(nicotínico)
••Receptores
Receptoresmetabotrópicos
metabotrópicos(transmisión
(transmisiónlenta,
lenta,
neuromodulación)
neuromodulación)
norepinefrina
dopamina
norepinefrina
dopamina
acetilcolina
GABA
acetilcolina(muscarínico)
(muscarínico)
GABABB
serotonina
purinérgico
(adenosina)
serotonina
purinérgico (adenosina)
Interacciones del etanol con receptores de neurotransmisores (efecto postsináptico)
Los sitios más importantes de acción del etanol que han sido descubiertos hasta hoy son,
probablemente, los receptores de neurotransmisores. Hay dos subtipos básicos de receptores
postsinápticos: los canales iónicos abiertos por ligandos y los receptores metabotrópicos.
1)
Los canales iónicos abiertos por ligando son proteínas multiméricas que forman pequeños poros en
la bicapa lipídica. Estos receptores producen reacciones postsinápticas veloces (habitualmente
dentro de unos pocos milisegundos). Algunos de los receptores que corresponden a esta categoría
son los receptores GABAA y el receptor de glicina relacionado, los receptores colinérgicos nicotínicos,
receptores para ATP (denominados receptores P2X) y varias familias de receptores de glutamato
(receptores AMPA, kainato y NMDA).
•
Los receptores metabotrópicos no son canales iónicos sino que, en cambio, inducen episodios
bioquímicos, en la célula postsináptica, que alteran su función; estos episodios podrían ser activación
de kinasas o liberación de Ca2+ intracelular, y el inicio, en estas células, de procesos dependientes de
Ca2+.
12
Canales iónicos activados por
ligando: mayor alosterismo
Extracelular
G
AB
barbitúricos
A
Etanol
benzodiazepinas
Poro canal iónico
?
Cl-
Cl-
Intracelular
Canales iónicos abiertos por ligandos: mayor alosterismo
La interacción de un neurotransmisor con este subtipo de receptor induce la apertura del canal; aquí se
abre en la membrana un poro selectivo de iones, que permite que los iones la atraviesen. En este ejemplo,
que muestra un receptor GABAA, un canal selectivo de cloruro se abre brevemente y los iones de cloruro
se precipitan al interior de la célula.
Además de poseer sitios de unión para el neurotransmisor, estos canales, en la mayoría de los casos,
también tienen sitios de unión para los denominados moduladores alostéricos, que son otras moléculas
capaces de alterar la actividad del canal. Los barbitúricos y las benzodiazepinas (p. ej., Valium) son dos
clases generales de fármacos que tienen su propio sitio de unión con los receptores GABAA.
13
Interacciones directas del etanol
con canales iónicos activados por
ligando: mayor alosterismo
• El etanol puede potenciar los efectos de
algunos neurotransmisores en sus receptores
postsinápticos
• Las respuestas sinápticas a menudo son
mayores en amplitud, o en duración
• El etanol actúa en forma similar a otros tipos de
agentes farmacológicos conocidos como
moduladores alostéricos
Interacciones directas del etanol con canales iónicos abiertos por ligandos: mayor alosterismo
El etanol acentúa la actividad de numerosos canales iónicos abiertos por ligando. Aun cuando el
mecanismo de acción del etanol sigue, en gran parte, desconocido, en muchos aspectos actúa en forma
similar a los moduladores alostéricos.
14
Aumento de las respuestas mediadas por los
receptores GABAA producido por el etanol:
¿ejemplo de mayor alosterismo?
Flunitrazepam
Pentobarbital
Etanol
Las
Lasrespuestas
respuestassinápticas
sinápticasdel
del
GABA
delhipocampo
hipocampode
de
GABAAAdel
rata
rataestán
estánaumentadas
aumentadasen
en
magnitud
magnitudyyduración
duraciónpor
porel
el
flunitrazepam
flunitrazepam(una
(unabenzobenzodiazepina),
diazepina),pentobarbital
pentobarbital(un
(un
barbitúrico)
barbitúrico)yypor
poretanol.
etanol.
Las
Lastres
tresdrogas
drogascomparten
comparten
efectos
efectosfarmacológicos
farmacológicos
similares:
similares:sedación
sedaciónyy
depresión
del
depresión delSNC
SNC
Reacciones mediadas por receptores GABAA acentuadas por el etanol: ¿ejemplo de mayor
alosterismo?
Estos resultados experimentales ilustran los efectos de tres fármacos diferentes en las reacciones
sinápticas mediadas por los receptores GABAA en una zona del cerebro que se conoce como hipocampo.
Estas respuestas reflejan la entrada de iones de cloruro a la célula, con la mediación del receptor GABAA.
Se ilustra la actuación de flunitrazepam (benzodiazepina), pentobarbital (barbitúrico), y etanol. Cada uno
de estos fármacos aumentó la amplitud de la corriente sináptica; el etanol y el pentobarbital también
prolongaron su duración.
Los resultados ilustrados corresponden a un estudio de Weiner y cols. (Weiner y cols., 1997).
15
La actividad de otros canales iónicos
activados por ligando se aumenta con el
etanol
• Serotonina (receptores 5-HT3)
• Glicina
• Acetilcolina (receptores nicotínicos)
Receptores nicotínicos de
acetilcolina de neuronas
corticales cultivadas
Aistrup y cols, Mol.
Pharm. 55:39, 1999
El etanol acentúa la actividad de otros canales iónicos abiertos por ligando
El receptor 5-HT3 de serotonina es un canal que no se relaciona con el receptor GABAA, pero cuya
función también se acentúa con el etanol (Lovinger, White, 1991; Machu, Harris, 1994; Zhou y cols.,
1998).
El receptor de glicina se relaciona estrechamente con el receptor GABAA y también se acentúa (Celentano
et al., 1988; Aguayo, Pancetti, 1994; Mascia y cols., 1996; Mihic, 1999).
Los receptores nicotínicos también pertenecen a la misma familia de genes; la función de algunos de
estos receptores se incrementa con etanol (Gage, 1965; Bradley y cols., 1984; Wu y cols., 1994; Aistrup y
cols., 1999; Narahashi y cols., 1999).
La figura ilustra los efectos del etanol en un subtipo de receptor nicotínico que se encuentra en neuronas
corticales cultivadas. Las corrientes iónicas mediadas por estos receptores se muestran muy acentuadas
con el etanol. Los efectos comienzan en el nivel de intoxicación (<20 mM), pero siguen aumentando con
concentraciones muy altas de etanol, sin efecto máximo definido (datos obtenidos de Aistrup y cols.
(Aistrup y cols., 1999).
16
Interacciones del etanol con canales
iónicos activados por ligando: antagonismo
•• El
Eletanol
etanolpuede
puedeantagonizar
antagonizarlos
losefectos
efectosde
dealgunos
algunos
neurotransmisores
neurotransmisoresen
ensus
susreceptores
receptorespostsnápticos
postsnápticos
•• Las
Lasrespuestas
respuestassinápticas
sinápticasal
alglutamato
glutamatomediadas
mediadaspor
por
receptores
receptoresNMDA
NMDAson
soninhibidas
inhibidasde
deforma
formano
nocompetitiva
competitiva
Recuperación
Respuesta sináptica
Lovinger y cols, J. Neurosci. 10:1372, 1990
Interacciones directas del etanol con canales iónicos abiertos por ligando: antagonismo de los
canales NMDA
Una subclase de canales iónicos activados por glutamato, llamados receptores NMDA, reciben los efectos
antagónicos del etanol. Estos efectos son no competitivos, es decir, no se pueden superar con el uso de
concentraciones más altas de glutamato, lo que plantea que el etanol no interfiere, simplemente, en la
unión del glutamato con el sitio receptor. Se ha comunicado diferencias considerables en la magnitud de la
inhibición por el etanol, como lo ilustran los datos que figuran en esta diapositiva. En este ejemplo, una
respuesta sináptica mediada por receptores NMDA se ve marcadamente inhibida por 50 mM de etanol
(Lovinger y cols., 1990). Un efecto de este tipo puede ser la causa de algunas de las acciones del etanol
sobre el aprendizaje y la memoria.
17
La actividad de otros canales iónicos
activados por ligando es antagonizada
por el etanol
•• Glutamato
Glutamato
Kainato
Kainato≥≥
NMDA
NMDA>>
AMPA
AMPA
•• Acetilcolina
Acetilcolina
(algunos
(algunos
receptores
receptores
nicotínicos)
nicotínicos)
•• ATP
ATP (receptores
(receptores
PP2X
)
2X)
Receptores nicotínicos α7
Neuronas corticales cultivadas
Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999
Otros canales iónicos abiertos por ligando
Cada uno de los subtipos principales de receptores de glutamato (AMPA, kainato, NMDA) se inhiben con
etanol. Si bien hay una gama de sensibilidades por cada uno de estos receptores, las respuestas
sinápticas mediadas por receptores kainato (Weiner y cols., 1999) y NMDA (Lovinger y cols., 1990) son en
general más sensibles al efecto inhibitorio del etanol que los receptores AMPA (Weiner y cols., 1999), que
son los que median la mayoría de las transmisiones excitatorias en el cerebro. Algunos subtipos de
receptores nicotínicos (como el subtipo α7) se ven inhibidos, no estimulados, por el etanol. Los datos
ilustrados, obtenidos de un estudio de Aistrup y cols. (Aistrup y cols., 1999), muestran este tipo de
inhibición. Un tercer tipo de receptor inotrópico, los receptores P2X purinérgicos, activados por ATP,
también se inhiben en su función tras el consumo de etanol.
18
Evidencias de interacciones del etanol
con un sitio de unión específico:
efectos “cut-off” del alcohol
Receptor ATP (P2X)
Potencia Relativa
Potencia Relativa
Receptor NMDA
Membrana: coeficiente de
partición del buffer
Peoples & Weight, PNAS 92:2825, 1995
Volumen Molecular (ml/mol)
Li y cols, PNAS 91:8200, 1994
Evidencia de las interacciones con un bolsillo hidrófobo
Ha sido difícil demostrar que el etanol se une con un sitio específico de
los canales iónicos abiertos por ligando e interactúa con él, debido a que
la afinidad del etanol con cualquier “receptor” semejante es tan baja que
no se puede demostrar bioquímicamente. Un tipo de evidencia que
apoya la idea de un sitio específico son los llamados efectos “de corte”.
Los alcoholes con cadenas de distintas longitudes aumentan
típicamente de potencia a medida que aumenta la longitud de la cadena,
hasta un punto preciso en que pierden toda su actividad. Este efecto se
observa en la mayoría de los canales abiertos por ligando. Los ejemplos
de los efectos de corte que se muestran aquí corresponden al receptor
NMDA (la longitud de la cadena aumenta hacia la derecha (Peoples,
Weight, 1995); y a los receptores P2X (Li et al., 1994).
19
Aumento de las respuestas en los
canales/receptores de glicina mutados
producido por etanol
Potenciación de
respuesta a la glicina (%)
Etanol/Glicina
Efecto de la
mutación de un
aminoácido en
el receptor de
glicina con
respecto de la
sensibilidad al
etanol
Mihic y cols, Nature 389:385, 1997
Incremento de la respuesta por etanol en receptores y canales que contienen glicina mutada
La existencia de un efecto de corte no demuestra por sí sola que el etanol actúa en un canal iónico abierto
por ligando, porque el etanol podría estar actuando sobre otra proteína, la cual afectaría posteriormente la
actividad del receptor. La evidencia más convincente de que el etanol interactúa directamente con estos
receptores para producir su efecto es, probablemente, la que proviene de un estudio realizado por Mihic y
cols. (Mihic y cols., 1997), quienes demostraron que el reemplazo de un solo aminoácido, en el receptor
de glicina, bastaba para bloquear completamente los efectos del etanol en dicho receptor. También se han
realizado observaciones similares en cuanto al receptor GABA.
20
Un posible mecanismo para una interacción
indirecta del etanol con un canal iónico activado por
ligando
Poro canal iónico
G
AB
Extracelular
A
PO4
Etanol
ATP Kinasa
Intracelular
Un mecanismo posible de interacción indirecta entre el etanol y un receptor abierto
por ligando
Además de la posibilidad de que el etanol interactúe directamente con canales iónicos
abiertos por ligando, también es posible que actúe con otras proteínas celulares para
cambiar indirectamente la función de un canal iónico residente en la membrana. Un
grupo de proteínas, que se plantea en numerosos estudios como blancos de la acción
del etanol, es el de las protein kinasas. Estas proteínas pueden fosforilar canales
iónicos, lo que a su vez, está demostrado que cambia la actividad del canal.
21
Interacciones indirectas del etanol
con canales iónicos activados por
ligando
•• Acciones
Acciones indirectas
indirectas mediadas
mediadas por
por kinasas
kinasas
Fyn-kinasa
Fyn-kinasa––receptores
receptoresNMDA
NMDA
PKCγ
PKCγ yyPKCε
PKCε -- receptores
receptoresGABA
GABAAA
Protein
Protein kinasa
kinasa AA–– receptores
receptoresGABA
GABAAA
Translocación
Translocación de
dekinasas
kinasas(PKA/PKC)
(PKA/PKC)
•• Mediación
Mediación neurosteroidal
neurosteroidal de
de los
los efectos
efectos
del
del etanol
etanol
Receptores
ReceptoresGABA
GABAAA
Evidencia de los efectos alostéricos indirectos en los canales iónicos
Aun cuando hay evidencia de que ciertos efectos del etanol sobre los canales iónicos abiertos por
ligando son directos (diapositiva anterior), también existen indicios en el sentido de que muchos de
los efectos del etanol sobre los canales iónicos abiertos por ligando pueden estar mediados
indirectamente. Se han postulado varios mecanismos para estos efectos.
1)
Efectos sobre protein-kinasa
a)
Fyn-kinasa (Miyakawa y cols., 1997)
b)
PKC-gamma (Harris y cols., 1995)
c)
PKC-épsilon (Hodge y cols., 1999)
d)
PKA (Freund, Palmer, 1996; Rabbani y cols., 1999; Yoshimura, Tabakoff, 1999)
e)
Translocación de kinasas (Gordon y cols., 1997; Constantinescu y cols., 1999)
2)
También se ha propuesto que el etanol actuaría cambiando los niveles de moduladores alostéricos
endógenos del receptor GABAA, denominados neuroesteroides (Morrow y cols., 1999; VanDoren y
cols., 2000).
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Interacciones del etanol con otros
blancos celulares
•• Receptores
Receptoresmetabotrópicos
metabotrópicos(unidos
(unidosaaproteína
proteína
G):
las
interacciones
podrían
ser
a
nivel
G): las interacciones podrían ser a niveldel
del
receptor,
o
a
nivel
del
mecanismo
de
receptor, o a nivel del mecanismo de
transducción
transducción
(ej.,
(ej.,proteínas
proteínasG,
G,adenil
adenilciclasa)
ciclasa)
•• Se
Seha
hadescrito
descrito que
quees
espoco
poco probable
probableque
que
muchos
efectos
del
etanol
se
produzcan
muchos efectos del etanol se produzcanen
en los
los
receptores
postsinápticos,
pero
pueden
afectar
receptores postsinápticos, pero pueden afectar
la
latransmisión
transmisión sináptica
sináptica
(ej.,
canales
(ej., canalesiónicos
iónicosactivados
activadospor
por voltaje)
voltaje)
Interacciones del etanol con sinapsis metabotrópicas y otros blancos
celulares
La segunda clase importante de sinapsis, aquellas que tienen receptores
metabotrópicos, representan un segundo conjunto de objetivos
potenciales para la acción del etanol. La evidencia en apoyo de
interacciones específicas del etanol con estos tipos de receptores no está
tan avanzada como lo está en el caso de los canales iónicos abiertos por
ligando. Estos receptores también presentan múltiples objetivos para el
etanol: el propio receptor y elementos de los mecanismos de transducción
que usan estos receptores, que podrían ser proteínas G, kinasas y otras
proteínas celulares.
El etanol también puede afectar la actividad de otras proteinas auxiliares
diversas, que desempeñan un papel crítico en la transmisión sináptica; los
canales de Ca2+ ofrecen un buen ejemplo de este tipo de proteína que
sería un sitio importante de acción del etanol (Lynch, Littleton, 1983;
Camacho-Nasi, Treistman, 1987; Mullikin-Kilpatrick y cols., 1995).
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Conclusiones respecto a los mecanismos
de acción celulares del etanol
•• Las
Lashipótesis
hipótesisantiguas
antiguasque
quesugieren
sugieren que
queel
eletanol
etanol
tiene
acciones
muy
generalizadas,
no
específicas
tiene acciones muy generalizadas, no específicas
en
en muchos
muchossistemas
sistemasneuronales
neuronalesson
sonpoco
poco
probables
probables
•• AAconcentraciones
concentracionesintoxicantes,
intoxicantes,el
eletanol
etanoltiene
tiene
algunas
algunasacciones
accionesmuy
muyespecíficas
específicasen
en numerosas
numerosas
proteínas
proteínasde
demembrana
membrana
•• Algunos
Algunostipos
tiposde
decanales
canalesiónicos
iónicosactivados
activadospor
por
ligando
ligando (ej.,
(ej.,receptores
receptorespostsinápticos)
postsinápticos) parecen
parecen ser
ser
un
blanco
importante
para
la
acción
del
etanol
un blanco importante para la acción del etanol
•• Se
Senecesita
necesitadesarrollar
desarrollarestrategias
estrategiasexperimentales
experimentales
para
paradeterminar
determinarqué
quéacciones
accionesdel
deletanol
etanolson
son
relevantes
para
efectos
conductuales
específicos
relevantes para efectos conductuales específicos
Conclusiones respecto a los mecanismos de acción celulares del etanol
Los conceptos antiguos referentes a los mecanismos que sirven de base a la acción del etanol planteaban
que el etanol ejercía un efecto generalizado, inespecífico, en muchos blancos celulares, y que mediaba
estos efectos la capacidad del etanol de romper membranas lipídicas. Hoy, numerosas líneas de estudio
plantean que esto no es así.
La transmisión sináptica sería un mecanismo cerebral muy sensible a los efectos del etanol. Sin embargo,
hay grandes diferencias en la sensibilidad de diferentes sinapsis frente al etanol, y habría ciertas sinapsis
muy sensibles a las concentraciones de etanol a nivel de intoxicación.
Los receptores postsinápticos serían uno de los principales sitios de acción del etanol. Si bien algunos de
estos efectos pueden ser indirectos, se va acumulando evidencia en el sentido de que el etanol puede
interactuar directamente con algunos de estos receptores, con mayor probabilidad en sitios hidrófobos de
dimensiones limitadas, capaces de dar cabida a etanol y alkanoles similares, pero excluyentes de los
alcoholes que superen un volumen molecular crítico.
Debido a la rápida explosión de los potenciales objetivos de la acción del etanol, parece probable que el
etanol tendría múltiples efectos importantes. En experimentos futuros habrá que elaborar estrategias para
identificar cuáles son los objetivos moleculares más pertinentes, en los efectos tanto conductuales como
fisiológicos del etanol.
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