M I R I A M Miriam Melis, PhD 0 5 / 0 3 / 2 0 1 5 OUTLINE • Anatomia e aspetti funzionali. • Le sinapsi eccitatorie e inibitorie, recettori e meccanismi di trasduzione. • Cenni di farmacologia dei sistemi GABAergici e glutamatergici. • Implicazioni nella fisiopatologia dei disturbi neurologici e psichiatrici. CLASSIFICAZIONE IN BASE ALL’AZIONE GABA E GLUTAMMATO AMINOACIDI Acido g-amino-butirrico (GABA) Glutammato Neurotrasmettitori classici ad azione rapida (ma anche lenta) CICLO DEI NEUROTRASMETTITORI 20% CICLO METABOLICO GLUTAMMINAGLUTAMMATO GABA Transaminasi Figure 33-1 Metabolism of transmitter amino acids in the brain. Transmitter substances are marked with green boxes. GABA-T, GABA transaminase; GAD, glutamic acid decarboxylase. CICLO DEL GLUTAMMATO: NEURONI-ASTROCITI Glutammina sintetasi Glutaminasi ANCHE GLI ASTROCITI RILASCIANO GLUTAMMATO IL GABA NEL CICLO DEI NEUROTRASMETTITORI Ac.Glutammico Decarbossilasi GABA Transaminasi Figure 33-1 Metabolism of transmitter amino acids in the brain. Transmitter substances are marked with green boxes. GABA-T, GABA transaminase; GAD, glutamic acid decarboxylase. TURNOVER DI GABA E GLUTAMMATO INTEGRAZIONE DEI NEUROTRASMETTITORI INTEGRAZIONE DEI NEUROTRASMETTITORI SINAPSI GABAERGICA GAD,decarbossilasi ac. glutammico VGAT,trasportatore vescicolare GABA GABA-T,transaminasi GABA RECETTORI GABAA A. B. C. D. I recettori GABAA sono pentameri costituiti da almeno quattro diversi tipi di subunità. 6 subunità , 3 subunità , g, , , , e 1 subunità . In generale, le subunità , , eg sono indispensabili per garantire una fisiologica attività del recettore GABAA. Esistono, tuttavia, solo un numero limitato di combinazioni. RECETTORE GABAA Due siti di legame per il GABA nell’interfaccia - Il sito per le Benzodiazepine nell’interfaccia -g Rise time 2-3 ms I recettori GABAA contengono almeno una subunità , , e g. IL RECETTORE GABAA È ETEROGENEO INIBIZIONE FASICA E TONICA SITI D’AZIONE DEI FARMACI SUL GABAA: I MODULATORI ALLOSTERICI Barbiturici Azione sedativa Azione anticonvulsivante Azione ipnotica Benzodiazepine Azione ansiolitica Azione analgesica Azione sedativa MODULATORI ALLOSTERICI POSITIVI DEL RECETTORE GABAA MECCANISMO D’AZIONE SULLE CORRENTI GABAA DELLE BENZODIAZEPINE E DEI BARBITURICI Probability of Opening Open Time Twyman et al (1989) Ann. Neurol. 25: 213-220 POTENZIAMENTO DELLE CORRENTI INDOTTE DAL GABA IL SITO PER LE BENZODIAZEPINE SUL RECETTORE GABAA È ETEROGENEO Benzodiazepine-sensitive • α1, α2, α3, α5 proprietà miorilassanti, ansiolitiche e motorie BDZ ansiolitiche Non sedative e amnesizzanti Benzodiazepine-insensitive • α4 and α6 BDZ anticonvulsivanti e amnesizzanti MECCANISMO D’AZIONE DEI FARMACI CHE AGISCONO SUL GABA • Catabolismo del GABA • Inibizione della GABA-Transaminasi • Vigabatrin • Valproato (?) • Inibizione della deidrogenasi dell’aldeide succinica • Valproato (?) • Inibizione della ricattura del GABA • Inibizione GAT-1 • Tiagabina • Interazione con i recettori GABAA • Benzodiazepine, alcool, barbiturici, flumazenil, • Interazione con i recettori GABAB • Baclofen, GHB BENZODIAZEPINE ED ANSIA: MECCANISMI • Dal punto di vista neuroanatomico, l’amigdala, la corteccia orbitofrontale e l’insula sono associate alla produzione di risposte comportamentali a stimoli paurosi e alla mediazione centrale dell’ansia e del panico • BDZ agiscono a livello limbico e talamico Control Social anxiety BENZODIAZEPINE ED ANSIA: MECCANISMI • Dal punto di vista neuroanatomico, l’amigdala, la corteccia orbitofrontale e l’insula sono associate alla produzione di risposte comportamentali a stimoli paurosi e alla mediazione centrale dell’ansia e del panico • BDZ agiscono a livello limbico e talamico BENZODIAZEPINE ED ANSIA: MECCANISMI • L’aumentata attività dell’amigdala, insieme alla contemporanea riduzione dell’attività GABAergica, produce risposte ansiogene. • L’attività ipofunzionale del recettore GABAA può sensibilizzare l’amigdala alle risposte ansiogene. • E’ possibile che le BDZ inducano un reset della soglia dell’amigdala a livelli normali di risposta. STUDI DI BRAIN IMAGING (1/2) STUDI DI BRAIN IMAGING (2/2) I pazienti con disturbi da attacchi di panico mostrano bassi livelli di binding per le BDZ, soprattutto nella corteccia orbitofrontale e nell’insula. Healthy Panic disorder EQUILIBRIO TRA I SISTEMI ECCITATORIO ED INIBITORIO FARMACI CHE ALTERANO QUESTO EQUILIBRIO: EFFETTI ACUTI DELL’ ALCOL EFFETTI CRONICI DELL’ALCOL FARMACI CHE ALTERANO QUESTA INTEGRAZIONE:EFFETTI CRONICI DELL’ALCOL FARMACI UTILIZZATI PER LA SINDROME D’ASTINENZA ALCOLICA Farmaci di elezione o Benzodiazepine o GHB (azione più rapida rispetto alle BDZ) Farmaci di supporto o Antipsicotici o β-bloccanti o simpatico-mimetici centrali o Anticonculsivanti Farmaci coadiuvanti o Tiamina o Metadoxina o Antiossidanti o Gastroprotettivi RECETTORE GABAB I recettori GABAB sono GPCR Eterodimero: sub-unità obbligatorie B1 e B2 GIRK RECETTORE GABAB Rise time ~15-20 ms GIRK FARMACI CHE AGISCONO SUL RECETTORE GABAB Baclofen,antispastico Paralisi cerebrale infantile Sclerosi multipla Spasmi muscolari MODULATORI ALLOSTERICI POSITIVI DEL RECETTORE GABAB efficacy potency PAMs increase both the potency and efficacy of GABA on the GABAB receptor. MODULATORI ALLOSTERICI POSITIVI DEL RECETTORE GABAB efficacy potency PAMs increase both the potency and efficacy of GABA on the GABAB receptor. POTENZIALI APPLICAZIONI DI FARMACI PAM DEL RECETTORE GABAB Ansia Dipendenza da farmaci (e.g. alcol, nicotina, cocaina) Depressione SINAPSI GLUTAMMATERGICA Gln, glutamine Glu, glutamate EAAT, excitatory amino acid transporter GlnT, glutamine transporter, VGluT, vesicular glutamate transporter RECETTORI GLUTAMMATERGICI RECETTORE AMPA Rise time 1.5-2 ms RECETTORE KAINATO RECETTORE NMDA N-metil-D-aspartato Co-attivatore ligando Antagonisti Non-competitivi Zn2+ Antagonisti Bloccanti del canale late current Mg2+ Peak current poliamine 1. Legame ligando 2. Legame glicina al sito allosterico 3. Rimozione Mg2+ (depolarizzazione; poliamine endogene) LA GLICINA È NECESSARIA PER L’ATTIVAZIONE DEL RECETTORE NMDA Johnson JW, Ascher P, 1987 (Nature) AZIONI A VALLE DEL RECETTORE NMDA (1/2) Regolazione plasticità sinaptica NMD NMDA P AP Mg2+ AZIONI A VALLE DEL RECETTORE NMDA (2/2) Effetti trofici Effetti tossici MECCANISMO D’AZIONE DEI FARMACI CHE AGISCONO SUL RECETTORE NMDA • Interazione con i recettori NMDA • Fenciclidina • Ketamina DALLA PLASTICITA’ ALL’ ECCITOTOSSICITÀ ECCITOTOSSICITÀ IN SEGUITO AD ISCHEMIA INSULTO ISCHEMICO ED ECCITOTOSSICITÀ ECCITOTOSSICITÀ RILEVANZA DELL’ECCITOTOSSICITÀ IN NEUROPATOLOGIA • Alzheimer’s • Parkinson’s • SLA • Ictus Progressivi deficit mnemonici e cognitivi Degenerazione neuroni colinergici NMDA coinvolti (vedi uso Memantina) Progressivi deficit motori e cognitivi Degenerazione neuroni dopaminergici ROS (vedi uso Rasagilina, Azilect®) Progressivi deficit muscolari e motori Degenerazione motoneuroni SOD1 e NMDA coinvolti (vedi uso Riluzolo) Danno dipende dalla durata dell’evento ROS e NMDA coinvolti RICAPITOLANDO 1. GABA e Glutammato: neurotrasmettitori classici ad azione rapida (e lenta). 2. Recettori: canali ionici e metabotropici. 3. Equilibrio: fondamentale per la normale attività computazionale del cervello, per la stabilità dei circuiti e la loro sensibilità agli input esterni. 4. Disequilibrio: effetti apoptotici, impedimento neurogenesi. Coinvolto nelle patologie neuropsichiatriche. RICAPITOLANDO RICAPITOLANDO