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- 1. Dr. Tom Dunwiddie University of Colorado Health Sciences Center Denver VA Medical Center Efectos del Etanol en losEfectos del Etanol en los Sistemas NeurotransmisoresSistemas Neurotransmisores
- 2. • 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 IntroducciónIntroducción
- 3. • ¿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? Preguntas a consignarPreguntas a consignar
- 4. Entender cómo actúa el etanol en el cerebro a nivel celular puede dar paso a: • Vías farmacológicas que permitan antagonizar los efectos intoxicantes del etanol • Antagonismo farmacológico de los efectos reforzadores del etanol • Aumento farmacológico de los efectos aversivos del etanol Entender cómo actúa el etanol en el cerebro a nivel celular puede dar paso a: • Vías farmacológicas que permitan antagonizar los efectos intoxicantes del etanol • Antagonismo farmacológico de los efectos reforzadores del etanol • Aumento farmacológico de los efectos aversivos del etanol ¿Por qué necesitamos comprender el¿Por qué necesitamos comprender el mecanismo celular de acción del etanol enmecanismo celular de acción del etanol en el cerebro?el cerebro?
- 5. Teorías sobre el Mecanismo de Acción delTeorías sobre el Mecanismo de Acción del Etanol a Nivel CelularEtanol a Nivel Celular Evolución de los conceptos sobre mecanismo de acción del etanol Teorías de membrana de la anestesia Teorías de proteínas Meyer- Overton, 1896-1901 Franks & Lieb, 1984 Allan & Harris; Suzdak y cols.; Ticku y cols., 1986 Lovinger y cols.; Hoffman y cols., 1989 Mihic y cols., 1997 luciferasaluciferasa GABAA RGABAA R NMDA RNMDA R “sitio” GABAA/glicina “sitio” GABAA/glicina
- 6. Ca++ Ca++ Pasos clave en neurotransmisión:Pasos clave en neurotransmisión: • Síntesis y almacenamiento del neurotransmisor • Liberación Ca2+ -dependiente tras estimulación • Activación de los receptores postsinápticos • Inactivación por recaptación o metabolismo
- 7. Las sinapsis son blancos principalesLas sinapsis son blancos principales de las drogas neuroactivasde las drogas neuroactivas Cocaína X Adenosina Cafeína X Nicotina • Cafeína: inhibe los receptores de adenosina • Nicotina: activa los receptores de acetilcolina • Cocaína: inhibe recaptación de DA, NE, 5HT •Etanol? Receptor ACh
- 8. Las sinapsis también son blanco deLas sinapsis también son blanco de drogas terapéuticasdrogas terapéuticas • Drogas antidepresivas Inhibidores de la recaptación de serotonina • Analgésicos (morfina) Agonistas de receptor opiáceo • Drogas antipsicóticas Antagonistas del receptor de DA •Drogas anticonvulsivantes Moduladores GABAA •Agentes neurolépticos Moduladores GABAA • Drogas antidepresivas Inhibidores de la recaptación de serotonina • Analgésicos (morfina) Agonistas de receptor opiáceo • Drogas antipsicóticas Antagonistas del receptor de DA •Drogas anticonvulsivantes Moduladores GABAA •Agentes neurolépticos Moduladores GABAA
- 9. Interacciones del etanol con la síntesis yInteracciones del etanol con la síntesis y almacenamiento de neurotransmisoresalmacenamiento de neurotransmisores • Evidencia considerable apoya la idea de que la exposición al etanol puede llevar a cambios en la síntesis y almacenamiento de transmisores • Muchos de estos efectos se relacionan con respuestas adaptativas al etanol crónico (tolerancia y dependencia), y pueden no estar directamente involucrados en los efectos agudos del etanol • Evidencia considerable apoya la idea de que la exposición al etanol puede llevar a cambios en la síntesis y almacenamiento de transmisores • Muchos de estos efectos se relacionan con respuestas adaptativas al etanol crónico (tolerancia y dependencia), y pueden no estar directamente involucrados en los efectos agudos del etanol
- 10. Control • El etanol aumenta la liberación de dopamina en la vía de la “gratificación farmacológica” • El etanol parece liberar dopamina del AVT y NAC por interacciones con múltiples receptores de neurotransmisores • El etanol tiene acciones excitatorias directas sobre las neuronas que contienen dopamina en el AVT • El etanol aumenta la liberación de dopamina en la vía de la “gratificación farmacológica” • El etanol parece liberar dopamina del AVT y NAC por interacciones con múltiples receptores de neurotransmisores • El etanol tiene acciones excitatorias directas sobre las neuronas que contienen dopamina en el AVT Núcleo accumbens (NAC) Interacciones del etanol con la liberación deInteracciones del etanol con la liberación de neurotransmisoresneurotransmisores Etanol ++ Área Ventral Tegmental (AVT) Dopamina Dopamina
- 11. Interacciones del etanol conInteracciones del etanol con transportadores de neurotransmisorestransportadores de neurotransmisores • Transportador de adenosina El etanol inhibe el transporte de adenosina a través de un subtipo específico de transportador de adenosina • Transportador de adenosina El etanol inhibe el transporte de adenosina a través de un subtipo específico de transportador de adenosina • Otros transportadores Transportador de norepinefrina - inhibido por etanol Transportador de dopamina - facilitado por etanol Transportador de serotonina - facilitado por etanol • Otros transportadores Transportador de norepinefrina - inhibido por etanol Transportador de dopamina - facilitado por etanol Transportador de serotonina - facilitado por etanol
- 12. Interacción del etanol con receptores deInteracción del etanol con receptores de neurotransmisores (efectos post-sinápticos)neurotransmisores (efectos post-sinápticos) Las sinapsis tienen 2 tipos de receptores postsinápticos • Canales iónicos activados por ligando (transmisión rápida) glutamato GABAA glicina acetilcolina (nicotínico) • Receptores metabotrópicos (transmisión lenta, neuromodulación) norepinefrina dopamina GABAB acetilcolina (muscarínico) serotonina purinérgico (adenosina) Las sinapsis tienen 2 tipos de receptores postsinápticos • Canales iónicos activados por ligando (transmisión rápida) glutamato GABAA glicina acetilcolina (nicotínico) • Receptores metabotrópicos (transmisión lenta, neuromodulación) norepinefrina dopamina GABAB acetilcolina (muscarínico) serotonina purinérgico (adenosina)
- 13. Canales iónicos activados porCanales iónicos activados por ligando: mayor alosterismoligando: mayor alosterismo Poro canal iónico G ABA barbitúricos Cl- Cl- Etanol ? Intracelular Extracelular benzodiazepinas Bicapa Lipídic a
- 14. Interacciones directas del etanolInteracciones directas del etanol con canales iónicos activados porcon canales iónicos activados por ligando: mayor alosterismoligando: 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
- 15. Aumento de las respuestas mediadas por losAumento de las respuestas mediadas por los receptores GABAreceptores GABAAA producido por el etanol:producido por el etanol: ¿ejemplo de mayor alosterismo?¿ejemplo de mayor alosterismo? Flunitrazepam Pentobarbital Etanol Las respuestas sinápticas del GABAA del hipocampo de rata están aumentadas en magnitud y duración por el flunitrazepam (una benzo- diazepina), pentobarbital (un barbitúrico) y por etanol. Las tres drogas comparten efectos farmacológicos similares: sedación y depresión del SNC Las respuestas sinápticas del GABAA del hipocampo de rata están aumentadas en magnitud y duración por el flunitrazepam (una benzo- diazepina), pentobarbital (un barbitúrico) y por etanol. Las tres drogas comparten efectos farmacológicos similares: sedación y depresión del SNC
- 16. La actividad de otros canales iónicosLa actividad de otros canales iónicos activados por ligando se aumenta con elactivados por ligando se aumenta con el etanoletanol • Serotonina (receptores 5-HT3) • Glicina • Acetilcolina (receptores nicotínicos) Receptores nicotínicos de acetilcolina de neuronas corticales cultivadas Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999
- 17. Interacciones del etanol con canalesInteracciones del etanol con canales iónicos activados por ligando: antagonismoiónicos activados por ligando: antagonismo • El etanol puede antagonizar los efectos de algunos neurotransmisores en sus receptores postsnápticos • Las respuestas sinápticas al glutamato mediadas por receptores NMDA son inhibidas de forma no competitiva • El etanol puede antagonizar los efectos de algunos neurotransmisores en sus receptores postsnápticos • Las respuestas sinápticas al glutamato mediadas por receptores NMDA son inhibidas de forma no competitiva Respuesta sináptica Lovinger y cols, J. Neurosci. 10:1372, 1990 Recuperación
- 18. La actividad de otros canales iónicosLa actividad de otros canales iónicos activados por ligando es antagonizadaactivados por ligando es antagonizada por el etanolpor el etanol • Glutamato Kainato ≥ NMDA > AMPA • Acetilcolina (algunos receptores nicotínicos) • ATP (receptores P2X) • Glutamato Kainato ≥ NMDA > AMPA • Acetilcolina (algunos receptores nicotínicos) • ATP (receptores P2X) Receptores nicotínicos α7 Neuronas corticales cultivadas Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999
- 19. Evidencias de interacciones del etanolEvidencias de interacciones del etanol con un sitio de unión específico:con un sitio de unión específico: efectos “cut-off” del alcoholefectos “cut-off” del alcohol Peoples & Weight, PNAS 92:2825, 1995 Li y cols, PNAS 91:8200, 1994 Receptor NMDA Receptor ATP (P2X) PotenciaRelativa Volumen Molecular (ml/mol) PotenciaRelativa Membrana: coeficiente de partición del buffer
- 20. Aumento de las respuestas en losAumento de las respuestas en los canales/receptores de glicina mutadoscanales/receptores de glicina mutados producido por etanolproducido por etanol Mihic y cols, Nature 389:385, 1997 Efecto de la mutación de un aminoácido en el receptor de glicina con respecto de la sensibilidad al etanol Etanol/Glicina Potenciaciónderespuestaa laglicina(%)
- 21. Un posible mecanismo para una interacciónUn posible mecanismo para una interacción indirecta del etanol con un canal iónico activado porindirecta del etanol con un canal iónico activado por ligandoligando Poro canal iónico G ABA Etanol Intracelular Extracelular KinasaPO4 ATP
- 22. Interacciones indirectas del etanolInteracciones indirectas del etanol con canales iónicos activados porcon canales iónicos activados por ligandoligando • Acciones indirectas mediadas por kinasas Fyn-kinasa – receptores NMDA PKCγ y PKCε - receptores GABAA Protein kinasa A – receptores GABAA Translocación de kinasas (PKA/PKC) • Mediación neurosteroidal de los efectos del etanol Receptores GABAA • Acciones indirectas mediadas por kinasas Fyn-kinasa – receptores NMDA PKCγ y PKCε - receptores GABAA Protein kinasa A – receptores GABAA Translocación de kinasas (PKA/PKC) • Mediación neurosteroidal de los efectos del etanol Receptores GABAA
- 23. Interacciones del etanol con otrosInteracciones del etanol con otros blancos celularesblancos celulares • Receptores metabotrópicos (unidos a proteína G): las interacciones podrían ser a nivel del receptor, o a nivel del mecanismo de transducción (ej., proteínas G, adenil ciclasa) • Se ha descrito que es poco probable que muchos efectos del etanol se produzcan en los receptores postsinápticos, pero pueden afectar la transmisión sináptica (ej., canales iónicos activados por voltaje) • Receptores metabotrópicos (unidos a proteína G): las interacciones podrían ser a nivel del receptor, o a nivel del mecanismo de transducción (ej., proteínas G, adenil ciclasa) • Se ha descrito que es poco probable que muchos efectos del etanol se produzcan en los receptores postsinápticos, pero pueden afectar la transmisión sináptica (ej., canales iónicos activados por voltaje)
- 24. Conclusiones respecto a los mecanismosConclusiones respecto a los mecanismos de acción celulares del etanolde acción celulares del etanol • Las hipótesis antiguas que sugieren que el etanol tiene acciones muy generalizadas, no específicas en muchos sistemas neuronales son poco probables • A concentraciones intoxicantes, el etanol tiene algunas acciones muy específicas en numerosas proteínas de membrana • Algunos tipos de canales iónicos activados por ligando (ej., receptores postsinápticos) parecen ser un blanco importante para la acción del etanol • Se necesita desarrollar estrategias experimentales para determinar qué acciones del etanol son relevantes para efectos conductuales específicos • Las hipótesis antiguas que sugieren que el etanol tiene acciones muy generalizadas, no específicas en muchos sistemas neuronales son poco probables • A concentraciones intoxicantes, el etanol tiene algunas acciones muy específicas en numerosas proteínas de membrana • Algunos tipos de canales iónicos activados por ligando (ej., receptores postsinápticos) parecen ser un blanco importante para la acción del etanol • Se necesita desarrollar estrategias experimentales para determinar qué acciones del etanol son relevantes para efectos conductuales específicos
Notas del editor
- 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.
- 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.
- ¿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: El antagonismo farmacológico de los efectos intoxicantes del etanol la naltrexona (Herz, 1997; Kostowski, Bienkowski, 1999) la cafeína (Oborne, Rogers, 1983; Dar, 1988; Dunwiddie 1999) 2) El antagonismo farmacológico de los efectos de refuerzo del etanol la naltrexona (Reid, 1996) 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
- 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).
- 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.
- 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. La cafeína actúa en las sinapsis bloqueando los efectos de un neuromodulador llamado adenosina, que inhibe normalmente la liberación de neurotransmisores. La nicotina copia la acción de un neurotransmisor llamado acetilcolina, en sus receptores postsinápticos. La cocaína actúa inhibiendo la recaptación de distintos neurotransmisores: la dopamina, serotonina y norepinefrina. ¿Actúa también el etanol a nivel sináptico?
- 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. Los opiáceos, importante grupo de fármacos analgésicos, activan los receptores de neurotransmisores conocidos como endorfinas y encefalinas. Los fármacos antipsicóticos bloquean o inhiben los receptores de dopamina. Ciertos tipos de fármacos anticonvulsionantes potencian el efecto del neurotransmisor GABA.
- 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.
- 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).
- 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. 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. 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.
- 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. 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+.
- 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.
- 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.
- 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).
- 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).
- 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.
- 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 7) 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.
- 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).
- 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.
- 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.
- 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. Efectos sobre protein-kinasa Fyn-kinasa (Miyakawa y cols., 1997) PKC-gamma (Harris y cols., 1995) PKC-épsilon (Hodge y cols., 1999) PKA (Freund, Palmer, 1996; Rabbani y cols., 1999; Yoshimura, Tabakoff, 1999) 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).
- 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).
- 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.