TRASMISSIONE CATECOLAMINERGICA Le catecolamine (CA) vengono riilasciate da: - Terminali delle fibre post-gangliari del sistema nervoso simpatico - Midollare del surrene - Neuroni CA-ergici del SNC (popolazione minoritaria) Coinvolta in: depressione, schizofrenia, Parkinson, tossicodipendenze, etc. Le catecolamine del sistema nervoso autonomo Noradrenalina (NA): principale nt rilasciato dalle fibre simpatiche Adrenalina (Adr): prodotta dalla midollare del surrene (Adr:NA = 4:1) Le fibre (pregangliari) del SN simpatico originano dai segmenti toracici (T1T12) e lombari (L1-L3) del midollo spinale I principali effettori viscerali innervati dalle fibre post-gangliari del simpatico sono: muscolo dell’iride e muscolo ciliare, ghiandole lacrimali e sublinguali, cuore, bronchi, vasi, fegato, pancreas, tratto GI, etc. DA: viene rilasciata dagli interneuroni DA-ergici presenti a livello gangliare Neurone pre-gangliare ACh DA NA Neurone post-gangliare Principali funzioni delle catecolamine del SN simpatico: ↑ frequenza cardiaca (effetto cronotropo positivo) – b1 ↑ velocità di conduzione atrio-ventricolare (effetto dromotropo positivo) – b1 ↑ forza di contrazione (effetto inotropo positivo) – b1 Vasocostrizione – a1 Sistema renina-angiotensina – b1 juxtaglomerulari ↑ Part Rilasciamento muscolatura liscia GI e musc detrusore della vescica – b2 Contrazione musc sfinteri – a1 Broncodilatazione – b2 Glicogenolisi epatica => iperglicemia – b2 Lipolisi – b3 Effetti periferici della DA: A basse concentrazioni (attivazione D1): Vasodilatazione (per azione diretta sui vasi o per inibizione del rilascio delle CA) ↑ filtrazione glomerulare, flusso ematico renale e natriuresi A concentrazioni relativamente alte: Effetto inotropo positivo (per b1 del miocardio e > rilascio di NA dai terminali nervosi) A concentrazioni piuttosto alte: Vasocostrizione (per a1) La trasmissione NA-ergica nel sistema nervoso centrale La maggior parte delle vie NA-ergiche ha origine dal LOCUS COERULEUS e dal SISTEMA TEGMENTALE LATERALE Il locus coeruleus contiene ~ 43% dei neuroni NA-ergici cerebrali che proiettano a: corteccia cerebrale, ippocampo, talamo, ipotalamo, midollo spinale (corna ventrali), tronco encefalico, cervelletto Nel sistema tegmentale laterale si distinuguono tre nuclei: - nucleo motorio dorsale del vago - nucleo del tratto solitario (NTS, controllo dei neuroni pregangliari del midollo spinale e della catena laterale del simpatico) - nucleo tegmentale laterale (proietta ad ipotalamo, bulbo olfattorio e amigdala) Funzioni dei sistemi NA-ergici del SNC • Controllo della pressione arteriosa: Baro- e chemocettori aortici e carotidei Nuclei tegmentali laterali (NTS) ↓ Part => ↓ firing barocettori => disinibizione NTS => tono simpatico ↑ resistenze vascolari ↑ gittata cardiaca • Depressione: Le sindromi depressive sono spesso caratterizzate da un’alterata regolazione dei sistemi NA-ergici centrali (es: alterazioni a2 e b2 nella cx frontale e nel sistema limbico) • Stimolazione dello stato di veglia: L’attività dei neuroni NA-ergici che originano nel locus coeruleus è aumentata nello stato di veglia, mentre è ridotta durante il sonno Locus coeruleus a1 post-sinaptici NA Recettori a2 (sedazione) (promuovono lo stato di veglia) • Regolazione del comportamento alimentare: IPOTALAMO n. paraventricolare ( a2 => ↑ ingestione di cibo/carboidrati) n. perifornicale ( b2 e D2 => ↓ assunzione alimenti) • Effetti endocrini: Controllo del rilascio di ACTH, GH, TSH, LHRH La trasmissione DA-ergica nel sistema nervoso centrale SISTEMA NIGRO-STRIATALE: SNc DA SNR Striato (caudato + putamen) GABA SNc: gruppo A9 dei neuroni DAergici del mesencefalo. I dendriti liberano DA nella SNR => regolazione dell’attività dei terminali afferenti dai gangli della base SISTEMI MESOLIMBICO E MESOLIMBOCORTICALE: Nucleo accumbens VTA (A10) DA Corteccia prefrontale SISTEMA MESOTALAMICO: VTA (A10) DA Abenula SISTEMI TUBEROINFUNDIBOLARE E TUBEROIPOFISARIO: Ipotalamo (n.arcuato e periarcuato) (A12) DA Ipofisi intermedia (⊝ secrezione a-MSH e bEnd) Ipofisi posteriore (⊝ secrezione ossitocina e vasopressina) Eminenza mediana (la DA può essere liberata nel circolo portale ipofisario => raggiunge l’ipofisi => ⊝ secrezione prolattina) Rappresentazione schematica dei sistemi mesolimbico e mesocorticale: Ruoli fisiopatologici della DA del SNC • Controllo del tono muscolare e della coordinazione motoria: Autorecettori DAergici SNc DA Terminazioni neuroni Glu-ergici corticali Striato Neuroni post-sinaptici intrastriatali colinergici Neuroni GABAergici (dal GB o SN) In condizioni di ridotto tono DAergico (es. morbo di Parkinson o trattamento con neurolettici) si manifestano: fini tremori a riposo, acinesia, rigidità muscolare • Contollo delle funzioni psichiche (schizofrenia): Antipsicotici (neurolettici) => AT-D2 (la potenza clinica si correla con l’affinità per i recettori D2) L-DOPA Cocaina Amfetamine ↑ DA => psicosi simile alla forma paranoide della schizofrenia Pazienti schizofrenici ----(PET)---> ↑ D2 (striato e tubercolo olfattorio) causa o conseguenza della schizofrenia??? “IPOTESI” DOPAMINERGICA DELLA SCHIZOFRENIA: ↓ Attività DAergica nell’area prefrontale => mancanza di feedback inibitorio sul sistema mesolimbico Sintomi “negativi”: isolamento dalla vita sociale, appiattimento delle risposte emotive (demenza) ↑ Attività DAergica nel sistema mesolimbico (mediata da D2, D3 e D4) Sintomi “positivi”: deliri, allucinazioni, disordini del pensiero • Tossicodipendenza: Il sistema mesolimbocorticale è responsabile delle proprietà di gratificazione e di rinforzo caratteristiche delle sostanze d’abuso Psicostimolanti (cocaina, nicotina, etc.), morfina e EtOH => ↑ DA nel NAc • Controllo del vomito: D2 nella CTZ => vomito (AT D2=antiemetici) D2 nella parete gastrica => ⊝ motilità gastrica (AT D2=procinetici) METOCLOPRAMIDE: sedazione + Parkinsonismo x uso cronico AT-D2 DOMPERIDONE: poco liposolubile => passa difficilmente la BEE, ma raggiunge la CTZ! => scarsi effetti centrali => utile nel controllo del vomito da farmaci anti-Parkinson NB: anti-M, anti-H1, e AG 5-HT3 => antiemetici per azione sulla CTZ • Diminuzione dell’assunzione di cibo: D2 nel n. perifornicale ipotalamico (=> aumento ponderale con antipsicotici) • Ipotermia: D2 ipotalamici (=> ipertermia marcata => “sindrome maligna” da neurolettici) • ↓ secrezione di prolattina: D2 ipofisari (=> iperprolattinemia da neurolettici) Sintesi delle catecolamine dieta FENILALANINA Phe-idrossilasi Reazione lenta Enzima limitante Associato al RE Scarsa specificità di substrato (decarbossila DOPA, ma anche gli altri aa aromatici levogiri) La velocità di sintesi delle CA dipende dall’attività dell’enzima Tyr-idrossilasi: - ↑ in condizioni di elevata attività neuronale (x ↑ del numero di molecole di enzima presenti nel neurone) - ↓ per inibizione dell’enzima dovuta ad accumulo dei prodotti finali della sintesi delle CA (feedback inhibition) - ↑ a seguito di fosforilazione dell’enzima (PKA, PKC e PK-Ca2+-CaM-dip. => ↑ attività idrossilasica) Immagazzinamento vescicolare delle catecolamine ADP H+ ATP H+ NA ATP ATP NA ATP 2+ ATP Mg Cromogranine DA-b-idrossilasi Inibito da RESERPINA => ↑ [CA]citoplasmatica => >degradazione CA => effetti antiipertensivi, extrapiramidali, depressione, sedazione Le cromogranine sono proteine acide idrosolubili, presenti in elevate conc nelle vescicole sinaptiche dei terminali CAergici e nei granuli delle cellule cromaffini CROMOGRANINE + ATP + Ca2+ + Mg2+ => complesso macromolecolare che lega le CA nelle vescicole => bassa [CA] libera SIMPATICOMIMETICI INDIRETTI: Derivati feniletilaminici che competono con le CA per il legame con le cromogranine => ↑ [CA] libera intravescicolare => e citoplasmatica => rilascio di CA con meccanismo non vescicolare dal terminale nervoso (inversione NET/DAT) [es: b-OH-feniletilamina, amfetamine] Le amine simpaticomimetiche indirette possono indurre un rapido esaurimento delle riserve del neurotrasmettitore => TACHIFILASSI Degradazione metabolica delle catecolamine Degradazione metabolica delle catecolamine Le principali vie di degradazione delle CA sono: - deamminazione ossidativa (MAO) [-NH2/NHCH3 -CHO] - O-metilazione (COMT) [catecolo-OH -CH3] MAO: Le MAO neuronali sono localizzate sulla membrana esterna dei mitocondri nella terminazione CA-ergica Se ne conoscono 2 sottotipi prodotti da 2 geni diversi: MAO-A: deamminazione di a-NA e indol-etilamine (es 5-HT) presenti nei terminali adrenergici e serotoninergici MAO-B: deamminazione fenil-etilamine (DA, tiramina) ubiquitarie (alte conc in fegato e reni) inibite dalla selegilina (F per il morbo di Parkinson) INIBITORI delle MAO: iproniazide, fenelzina e tranilcipromina. Sono inibitori poco selettivi e irreversibili delle MAO con azione antidepressiva. Determinano gravi crisi ipertensive per associazione con cibi contenenti tiramina (vino, formaggi, etc.). COMT: Sono localizzate prevalentemente in sede post-sinaptica, nel citoplasma (++) e nella membrana (-) Donatore di gruppi metilici: S-adenosil metionina Ubiquitarie (alte conc in fegato e reni) Selettive per il catecolo Attivate da Mg2+ e altri cationi bivalenti NB: la rimozione delle CA ad opera delle MAO e delle COMT è meno efficiente rispetto all’uptake neuronale!! Solo nel fegato la funzione di questi enzimi è più importante Recettori per le catecolamine Sono recettori accoppiati alle proteine G Il legame con le CA avviene a livello delle 7 regioni transmembrana (altamente conservate) Famiglia a1 a2 Sottotipi Meccanismi di trasduzione a1A ↑IP3/DAG a1B ↑IP3/DAG a1C ↑IP3/DAG a1D ? a2A AG: fenilefrina AT: prazosina ↓ cAMP ↑permeabilità al K+ ↓permeabilità al Ca2+ ↓ cAMP ↓permeabilità al Ca2+ ↓ cAMP a2B a2C b b1 b2 b3 ↑cAMP Ordine di potenza degli agonisti: a: Adr ≥ NA >> isoproterenolo b: isoporterenolo > Adr > NA b1: Adr ~ NA b2: Adr 10-50 x NA b3: NA 10 x Adr AG: clonidina AT: yohimbina Recettori a-adrenergici Localizzazione cellulare a1: Recettori giunzionali post-sinaptici presenti sulla muscolatura liscia dei vasi (VC), nel tratto GI e nel cuore Nel SNC abbondano in corteccia, ippocampo e ipotalamo AG: fenilefrina, metossamina; AT: fenossibenzamina a2: - Presinaptici (inibiscono la liberazione di NA e ACh) - Extragiunzionali (sulla muscolatura liscia dei vasi mediano VC interagendo con le CA circolanti e non con quelle provenienti dalle terminazioni simpatiche). Presenti anche su piastrine e leucociti Struttura e sistemi di trasduzione dei recettori a1 - 7 TM - Siti di N-glicosilazione sul N-terminale - Lunga coda C-terminale Gq a1 => PLCb IP3: mobilizzazione del Ca2+ dai depositi intracellulari DAG: PKC => fosforilazione canali e pompe => regolazione conduttanze ioniche ⊝ glicogeno sintasi ↑ [Ca2+]i => PK Ca2+-CaM-dipendente (es: fosforilasi chinasi => ↑ glicogenolisi epatica) PK Ca2+-dipendenti (es: chinasi della catena leggera della miosina => contrazione della muscolatura liscia vasale) Canali al K+ Ca2+-dipendenti (iperpolarizzazione => rilassamento della muscolatura liscia gastro-intestinale) Altri meccanismi derivanti dall’attivazione di Gq: PLA2 => AA PGs e LTs PLD Fosfatidilcolina Liberazione di Ca2+ dai depositi intracellulari Acido fosfatidico Metabolizzato a DAG Stimolazione diretta dei canali al Ca2+ (?) Struttura e sistemi di trasduzione dei recettori a2 - 7 TM - 2 siti di N-glicosilazione sul N-terminale (a2A e a2C) - Lungo dominio intracellulare fra TM5 e TM6 - Breve regione C-terminale (siti di tio-acilazione) a2A: Gia => ⊝ AC Gibg => Canali al K+ accoppiati a proteine G (=> iperpolarizzazione => rilassamento musc liscia GI) Go => ⊝ VOCCs di tipo L ed N (=> ⊝ liberazione NA e ACh) a2B Go/i (?) => PLA2 (AA TXA2 => ↑ aggregazione piastrinica) ↑ [Ca2+]i (=> contrazione muscolatura liscia dei vasi) La stimolazione dei recettori a2 porta a ↓ Part per: ⊝ rilascio di CA dai terminali sinaptici dell’ortosimpatico (autorecettori inibitori) ⊝ dell’attività dei centri vasomotori centrali Struttura e funzioni dei recettori b-adrenergici - 7 TM - 60% identità di sequenza nelle regioni TM (binding site) - il gruppo NH+ di Adr e NA interagisce con l’Asp113 del dominio TM3 - siti di N-glicosilazione sul N-terminale (1 su b1, 2 su b2 e b3) - lunga coda C-terminale (in b1 e b2) - siti di tioacilazione sul C-terminale (di b2) Localizzazione: b1: cuore () apparato juxtaglomerulare renale ( secrezione di renina) SNC (post-sinaptici) b2: muscolatura liscia (rilassamento – es: bronchi) muscolatura scheletrica (↑ forza di contrazione) fegato ( glicogenolisi) SNC (prevalentemente pre-sinaptici) b3: tessuto adiposo (↑ lipolisi) Meccanismi di trasduzione del segnale: b Gs ↑ cAMP PKA Fosforilasi K glicogeno fosforilasi => ↑ glicogenolisi ⊝ glicogeno sintasi triglicerido-lipasi b1 Gs VOCCs (L) nel muscolo cardiaco e scheletrico RECETTORI DOPAMINERGICI Famiglia D1-like D2-like Sottotipi D1 Meccanismi di trasduzione AC PLC D5 = D2* ⊝ AC ↑ perm K+ ↓ perm Ca2+ D3 ? D4 ⊝ AC AG selettivi AT selettivi Fenoldopam Apomorfina SCH-39930 = = Bromocriptina = Quinpirolo (>) = Sulpiride Aloperidolo = = Clozapina (>) * 2 isoforme che originano per splicing alternaltivo di uno stesso gene e che differiscono per la presenza (long isoform) o l’assenza (short isoform) di una sequenza di 39aa corrispondenti alla terza regione intracellulare Struttura dei recettori DAergici Le porzioni TM presentano sequenze aa-cidiche altamente conservate I segmenti citoplasmatici di D1-like e D2-like presentano una bassa omologia (< 40%) => diversa capacità di interagire con proteine intracellulari (=> meccanismi di trasduzione del segnale differenti) DRIPs (DA receptor-interacting proteins): proteine del citoscheletro adattatrici o del segnale che regolano la trasmissione DAergica mediante una modulazione di biosintesi e localizzazione dei recettori, trasduzione del segnale, internalizzazione dei recettori D1 e D2 Localizzazione dei recettori DAergici Nel SNC: D1: sottotipo più diffuso D1-like D5: ippocampo e talamo D2-like D2 (85-95% di tutti i D2-like): espressi in tutte le aree ad innervazione DAergica D3: aree limbiche (tubercolo olfattorio, SNc, ippocampo, NAc, VTA) D4: cx, ippocampo, ipotalamo I recettori D2 sono anche presenti nei gangli del SN simpatico dove mediano l’inibizione del rilascio di NA e Adr