GABA Y BZD

AMINO ÁCIDOS COMO NT - LOS INHIBITORIOS.

NEUROBIOQUÍMICA DE LAS NEURONAS GABAÉRGICAS Y GLICINÉRGICAS

 Se ha propuesto que algunos amino ácidos puedan tener un papel como neurotransmisores (NT). Dos de ellos, con funciones de inhibición: ácido gama aminobutírico (GABA) y la glicina, mientras que los ácidos glutámico y aspártico son considerados como excitadores. En el SNC estas moléculas tienen un papel decisivo, ya que permiten o inhiben, el disparo de las células, con las que se comunican; mientras que otros NT descritos en capítulos previos, tienen un papel más de tipo neuromodulador. Los amino ácidos neurotransmisores son del tipo ionotrópico, debido a que abren un solo canal para desempeñar sus funciones. Por otra parte a nivel cuantitativo, existe una mayor cantidad de este tipo de sustancias en el SNC.

NEUROBIOQUIMICA DEL GABA

De los dos amino ácidos inhibitorios antes mencionados, el GABA tiene una localización casi restringida al SNC, mientras que la glicina, se localiza en la médula espinal y en la periferia. El GABA fue descubierto en forma independiente por Roberts y Awapara en el SNC en 1950. Kuffler y Edwards mostraron su papel como NT en las sinapsis de algunos crustáceos. Finalmente Obata y Takeda demostraron su presencia en el IV ventrículo después de la estimulación de las células cerebelosas de Purkinje.

SÍNTESIS

El precursor del GABA es, en un sentido simplificado, la glucosa, aunque in vivo el piruvato y otros amino ácidos pueden también servir como precursores, dado que todos ellos intervienen en el ciclo de Krebs. Como se muestra en la figura 1 , la síntesis del GABA se lleva a cabo debido a un "corto-circuito" que se da de la siguiente manera. El primer paso es la transaminación del  a-cetoglutarato al ácido glutámico. El ácido glutámico es en si, descarboxilado por la GABA descarboxilasa (GAD), para formar el GABA.  Este a su vez es transaminado por la GABA transaminasa (GABA-T), para formar el semialdehido succínico, pero esta transaminación sólo se lleva a cabo si el  a-cetoglutarato es el aceptor del grupo amino. Esto transforma al  a-cetoghlutarato en glutamato, que es el precursor del GABA. El semialdehido succínico  es oxidaddo por la semialdehido succínioco deshidrogenasa (SSADH). El "corto circuito del GABA" dentro del ciclo de Krebs, es un sistema de "asa cerrada", en el que no hay pérdida de energía. Otro precursor del GABA es el Glutamato (figura 2). Una vez liberado el GABA es recapturado por la neuroglia, en donde se lleva a cabo una transaminación similar con la GABA-T, sin embargo el Glutamato formado no puede ser transformado en GABA, por falta de la GAD en la glia, por lo que se transforma en glutamina, por la acción de la glutamina sintetasa (Glu Sint), para que este sustrato sea llevado a la terminal presináptica, en donde la glutaminato  es trasformado  en glutamina ( glutamina convertasa) y de esta manera se re-cicla el GABA.

La distribución de las enzimas que intervienen en la síntesis del GABA es mostrada también el figura 2. La GABA-T y la SSADH se encuentran unidas a la mitocondria. La glutaminasa, y Glu Sint solo se localizan en la glía, mientras que la GAD se localiza sólo en las neuronas. Otras rutas de síntesis de GABA se han descrito en el SNC. Puede ser formado a partir de la putrecina o del gama-hidroxibutirato. A su vez el GABA puede ser precursor de otras sustancias como homocarnosina, gama-hidroxibutirato, gama-aminobutirilcolina, etc.

La enzima limitante de la síntesis del GABA es la GAD. Esta tiene un peso molecular de 85,000 y requieren de fosfato de piridoxal como un cofactor. La Km para el glutamato es 0.7 mM y 0.05 mM para el fosfato de piridoxal,  requiere de un pH óptimo de 6.5. Por lo tanto, la enzima se encuentra normalmente saturada tanto por su cofactor como por su sustrato. Esta enzima se localiza básicamente en el citosol de las terminales nerviosas. La GAD existe en dos isoformas que están codificadas por dos genes diferentes , la GAD₆₅ y la GAD₆₇, estas enzimas difieren en su peso molecular, secuencia de amino ácidos,  antigenicidad y distribución celular, también muestran diferencias en cuanto a su afinidad por el cofactor, la GAD65, es más afín que la forma más pesada.

La GABA-T también se ha purificado, esta presenta un peso molecular de 109,000,  al igual que la GAD, requieren como cofactor al fosfato de piridoxal. La Km para el GABA es 1.1 mM. También trabaja a un pH óptimo 8.2. El índice de actividad entre GABA-T/GAD, es casai siempre igual o cercano a 1, con lo cual se mentiene un equilibrio entre síntesis y destrucción de GABA. La disponibilidad del  a-cetoglutarato puede jugar un papel importante en la destrucción del GABA. Lo anterior es particularmente importante, cuando cesa la respiración, dado que el ciclo de Krebs es dependiente del metabolismo aeróbico, los niveles de  a-cetoglutarato rápidamente declinan durante la anoxia. Debido a que el GABA no puede ser destruido y a que la GAD es una enzima anaeróbica, los niveles del GABA postmortem se incrementan exponencialmente. Existen datos que señalan que las enzimas GABA-T y GAD, están localizadas en compartimientos celulares específicos, en donde GAD es más citosólica presináptica, mientras que GABA-T está unida o relacionada con las mitocondrias. La Gabaculina es el más potente inhibido de la GABA-T que se conoce.

   La enzima deshidrogenasa semialdehido succinica (Succinic Semialdehyde Dehydrogenase-SSADH), tiene una gran afinidad por sus sustrato, y puede ser distinguida de las formas no específica de de aldehidro deshidrogenasa que se encuentran en el cerebro. La enzima purificada del cerebro humano trabaja a un pH óptimo de 9.2 con una Km por el semi aldehido succínico de 5.3 x 10 –6 y una Km por NAD de 3 x 10 –5 . La actividad elevada de la enzima y las bajas constantes de Michaelis, hacen que el semi aldehido succinico no sea detectado como un metabolito endógeno en el tejido neural.

   Una de las sustancias de las que se puede formar GABA y viceversa es el gama hidroxi butirato (GHB). Esta sustancia ha tenido cierta publicidad, ya que su ingesta de manera inhalada por nariz en dosis de 10 mg/Kg, produce efectos de tipo euforia, alteraciones en el juicio, ansiolisis, episodios amnésicos y puede ocasionar inhibición respiratoria, coma y muerte.   

El almacenamiento del GABA se hace como en la mayoría de los sistemas de neurotraqnsmisión, con un mecanismo de trasporte activo, el trasportado ha sido clonado. Se le ha denominado GAT, y difiere en su estructura de los transportadores vesiculares de las monoaminas (VMAT), por que posee 10 sitios transmembranales en lugar de los 12 que se observan en los otros dos sistemas, sin ebargo comparte con VMAT las características de ser poco específico ya que puede transportar al interior de la vesícula también a la glicina.

   Una vez que el GABA se libera y actúa sobre sus receptores, es removido por varias proteínas transportadoras, en neuronas y glía. Estos mecanismos dobles de remoción de aminoácidos neurotransmisores se debe a su papel dual como neurotransmisores y como sustancias que intervienen en reacciones metabólicas. Existen por lo menos cuatro formas de GAT en el SNC, los cuales están ubicados en tejido nervioso y no nervioso, como vasos sanguíneos, se ha propuesto que estas proteínas transportadoras puedan mover otros amino ácidos diferentes a GABA.

Algunas de las evidencias que apuntan al GABA como NT inhibitorio se describen a continuación: La estimulación de las células de Purkinje, da como resultado la hiperpolarización de células postsinápticas; la liberación del GABA aumenta la conductancia del Cl- en la membrana postsináptica; la picrotoxina y la bicoculina, que son antagonistas GABAérgicos, bloquean los efectos de la estimulación de este NT, mientras que la estricnina que actúa sobre los receptores a glicina, no bloquea el efecto del GABA; la estimulación de las células de Purkinje ocasionan liberación del GABA.

RECEPTORES GABAÉRGICOS.

Los receptores a GABA se han clasificado en sensibles a bicoculina (GABA-A) e insensibles a bicoculina (GABA-B). A su vez los receptores GABA-A se subdividen en dos tipos: sinápticos y extrasinápticos. El receptor GABA-A puede ser descrito como ionotrófico porque su estimulación, da como resultado el que se abra un canal de Cl-, lo cual ocasiona la hiperpolarización de la membrana postsináptica (al entrar cargas negativas en forma de cloro, el exterior de la célula queda con un exceso de cargas positivas). Otras de las propiedades del receptor GABA-A es que tienen una alta afinidad por la bicoculina (antagonista), el muscimol (agonista) e insensibilidad al baclofen . El receptor GABA-B es insensible a la bicoculina , pero el baclofen es un potente ligando. Los receptores GABA-A se localizan en la postsinapsis, mientras que los GABA-B tienen una localización presináptica, y por lo tanto pueden estar implicados en los mecanismos de regulación de la liberación del NT. El receptor GABA-B tiene su máxima densidad, en el núcleo interpeduncular, que aparentemente no contiene receptores GABA-A, en el cerebelo, el receptor GABA-B  se encuentra en la capa molecular, mientras que los receptores GABA-A están en la capa de células granulares. El receptor GABA-B parece estar relacionado con la activación y potenciación del AMP cíclico por otros sistemas de neurotransmisión como son norepinefrina y dopamina.

 

La activación  del receptor GABA-A es el que produce  el efecto inhibitorio clásico postsináptico. El papel del GABA en el receptor GABA-B  es modular la salida de otros sistemas de NT como son DA, NE, 5-HT, glutamato, etc.  Este receptor puede trabajar mediante la disminución del influjo de Ca++ hacia la terminal presináptica. En la actualidad el complejo receptor GABA/ Benzodiacepina (GABA-A) ha sido purificado, y consiste en dos subunidades pares, alfa y beta, además de una unidad gama .  Otros posibles sitios de unión aparecen en el receptor GABA-A: a GABA, a picrotoxina, benzodiacepinas, etanol, y neuroesteroides. Los ligandos endógenos a estos sitios, no se han identificado del todo, pero en el caso del sitio de unión a benzodiacepinas, se ha propuesto que pueda tener implicaciones con los mecanismos de generación de la ansiedad, tanto normal como patológica (Crisis de angustia o ansiedad generalizada). De hecho dos tipos de receptores a benzodiacepinas se han detectado en el cerebro: Tipo I que se define como GABA independiente, y que es en donde se propone se ejerce el efecto asiolítico; Tipo II que se define como GABA-dependiente, en donde la benzodiacepinas tienen sus efectos anticonvulsivos e hipnóticos. Otro tipo de receptores benzodiacepínicos se han descrito en órganos periféricos como el riñón; estos sitios no están acoplados a GABA y se desconoce sus funciones.

   El receptor GABA-A, pertenece a la familia de receptores ionotróficos, al igual que los receptores nicotínicos, NMDA,  y 5-HT3. Es una gliocproteína heteropentamérica, con por lo menos siete distintas clases de subunidades polipeptídicas. Se han clonado múltiples isoformas, que en la actualidad llegan a 18. También existen varios genes que codifican para diferentes subunidades, todo lo cual nos proporciona una gran diversidad estructural para el receptor GABA-A. Estas subunidades son diversas y varían de una región del cerebro a otra. Las unidades de RNAm también varían de una región a otra, todo lo anterior proporciona al receptor GABA-A una gran heterogenicidad.

  Los receptores GABA-B pertenecen a la familia de receptores metabotróficos, acoplados a la proteína G. Se encuentra en menor densidad que el receptor GABA-A, y regula la liberación de una serie de sistemas de neurotransmisión, de los cuales destacan la monoaminas, acetilcolina, amino ácidos exitatorios. El receptor GABA-B esta asociado, mediante proteínas G y segundos mensajeros, a la modulación de canales de Ca⁺⁺ y K⁺. La acción inhibitoria de este receptor parece estar mediada por un aumento en la conductancia al potasio (salida) o por una disminución en la conductancia a calcio (entrada). La activación de los receptores GABA-B, dan lugar a formas lentas y continuas de inhibición neuronal. Los receptores GABA-B. Se distinguen desde el punto de vista farmacológico, de los GABA-A, por que los primeros son sensibles al baclofen, mientras que los segundos no lo son. Los GABA-A son sensibles a la bicoculina y muscimol.

NEUROBIOQUIMICA DE LA GLICINA.

El NT glicina tiene la distribución anatómica y los efectos fisiológicos de inhibición localizados a la médula espinal. Esta sustancia es el amino ácido mas simple que se involucra en multitud de vias metabólicas, como consecuencia de lo anterior, no fue considerado seriamente como NT, sino hasta que se observó que la glicina tiene ciertas características de distribución en la médula espinal, típicos de los NT inhibitorios. En experimentos de iontoforesis, se observó que la glicina reproduce los efectos de inhibición sobre los nervios motores similares a los que se observan con la estimulación de ciertas neuronas inhibitorias.

La glicina participa en una serie de rutas metabólicas que no se relacionan con los aspectos de neurorregulación. Así, es uno de los compuestos mas versátiles en el encéfalo. Puede ser sintetizado por la glucosa y otros sustratos. El precursor inmediato de la glicina es la serina.  Mediante isótopos radioactivos, se sabe que mucho de la glicina se origina de la síntesis de novo a partir de la glucosa, vía serina. La enzima serina hidroxi metiltransferasa (SHMT) es la responsable de la conversión de la serina a glicina. Esta enzima requiere de ácido tetrahidrofólico, fosfato de piridoxal, iones magnesio y es inhibida por sustancias como el ácido amino oxiácetico, que es una sustancia que bloquea al fosfato de piridoxal. El catabolismo de la glicina no es claro y hay evidencias de que puede volver nuevamente a la serina, convertirse a glutation, ácido gunidino ácetico y glioxilato. Al igual que el GABA la glicina tiene un mecanismo de recaptura dependiente de sodio y de alta afinidad, el cual se ha demostrado en fracciones sinaptósomicas de la médula espinal y tallo cerebral.

Tanto glicina como la estricnina se unen a los mismos sistemas sinaptosomales, de alta afinidad y sodio independientes. La glicina llena la mayoría de los criterios fisiológicos para ser considerada un NT y se piensa que es utilizada por interneuronas, localizadas en la médula espinal. Su aplicación iontoforética, hiperpolariza la membrana, e incrementa la permeabilidad de Cloro. Existen otras sustancias, ademas de la estricnina que bloquean la acción de la glicina: brucina, tebaina, 4-fenil 4-formil-N-metilpiperidina y N,N-dimetilmuscimol.

La distribución anatómica de la glicina no se restringe a la médula espinal, sin embargo fue el sitio en el que se comprobó su papel de NT. Algunas de las vías en las cuales la glicina se ha involucrado son: Interneuronas de la médula espinal. Aferentes a la médula espinal, de los núcleos del rafé y de la formación reticulada; proyecciones corticales del hipotálamo, aferentes del tallo cerebral a la sustancia negra, células cerebelosas de Golgi, el núcleo del nervio glosofaringeo, las células amácrinas de la retina, núcleos cocleares.