Los canales iónicos sensibles al ácido ( ASIC ) son canales de sodio neuronales insensibles al voltaje activados por protones extracelulares permeables al Na + . ASIC1 también muestra baja permeabilidad al Ca2 + . [2] Las proteínas ASIC son una subfamilia de la superfamilia ENaC /Deg de canales iónicos . Estos genes tienen variantes de empalme que codifican varias isoformas que están marcadas por un sufijo. En los mamíferos, los canales iónicos sensibles al ácido (ASIC) están codificados por cinco genes que producen subunidades proteicas ASIC: ASIC1, ASIC2, ASIC3, ASIC4 y ASIC5 . [3] Tres de estas subunidades proteicas se ensamblan para formar el ASIC, que puede combinarse en canales homotriméricos y heterotriméricos que se encuentran típicamente tanto en el sistema nervioso central como en el sistema nervioso periférico . [2] Sin embargo, los ASIC más comunes son ASIC1a y ASIC1a/2a y ASIC3. El ASIC2b no es funcional por sí solo, pero modula la actividad del canal cuando participa en heteromultímeros y el ASIC4 no tiene ninguna función conocida. A gran escala, los ASIC son objetivos potenciales de fármacos debido a su participación en estados patológicos como daño retiniano, convulsiones y lesión cerebral isquémica. [4] [5]
Cada canal iónico sensor de ácidos está compuesto por una secuencia de 500 a 560 aminoácidos, que se construye en un segmento transmembrana de seis (dos por subunidad, TMD1 y TMD2), un extremo amino-carboxílico citoplasmático y un dominio extracelular grande. [3] Los dominios del extremo amino-carboxílico intracelular son vitales para las interacciones y modulaciones de proteínas intracelulares del canal, la permeabilidad iónica y la activación. Sin embargo, la activación y la mecánica de cada canal iónico sensor de ácidos están determinadas por la combinación de subunidades ASIC que forman su estructura. [3]
La mecánica de la función del poro es fundamental para la estructura del canal. Entre las tres subunidades de ASIC1, un túnel se extiende desde la parte superior de los dominios extracelulares hasta el citoplasma de la célula. El túnel central discurre directamente entre la unidad trimérica, donde tiene grandes áreas estrechas que cambian de tamaño y forma según el estado del canal. [3]
Los dos dominios transmembrana (TMD1 y TMD2) de cada una de las tres subunidades ASIC son responsables del poro del canal. TMD2 está principalmente involucrado en el revestimiento del lumen dentro del poro y la compuerta de inactivación del canal, mientras que TMD1 mantiene la proteína dentro de la bicapa lipídica de la célula . [6] TMD1 está conectado a las láminas β del dominio extracelular que se flexionan para ensanchar el dominio extracelular para permitir el paso de iones a través del canal. [3] Entre los segmentos TMD2 reside un filtro de selectividad que forma la parte más estrecha del poro, que es responsable de la permisibilidad de ASIC principalmente a Na + . Para ASIC1, nueve residuos de aminoácidos , tres aportados por cada subunidad ASIC (Gly443, Ala444, Ser445), forman el filtro de selectividad. Apodado el "cinturón GAS", los tres oxígenos carbonílicos recubren el poro, produciendo un potencial negativo que contribuye a la conductancia de cationes. [3] El residuo de aminoácido específico de aspartato en el lumen del lado extracelular de TMD2 en ASIC1 se ha relacionado con la baja conductancia de Ca 2+ del canal . Además, los residuos n-terminales de la región transmembrana también han mostrado selectividad para Na + , ya que las mutaciones dentro de esta región han alterado la función y la conductancia de Na + . [3]
Los ASIC tienen una gran región extracelular en forma de puño que consume la mayor parte de la estructura de las proteínas. Dentro de su estructura en forma de puño hay un dominio de muñeca, palma, dedo, nudillo, pulgar y esfera β. La "palma" constituye la mayor parte del dominio extracelular, formado por siete láminas β, mientras que el resto de los dominios estructurales secundarios están compuestos por segmentos α-helicoidales. [3] Distinguida por sus configuraciones específicas de aminoácidos, la región extracelular es fundamental para la inducción de la activación/inactivación junto con la regulación del pH . El área específica del bucle de lámina β entre los dominios "palma" y "pulgar" ha demostrado estar involucrada en la transducción de señales desde el dominio extracelular a las regiones transmembrana, lo que resulta en un cambio conformacional del ASIC a su estado abierto. [3] Sin embargo, sigue siendo bastante inconcluyente qué residuos particulares interactúan con los protones para activar el canal. En 2009, los estudios pueden haber establecido una relación entre los residuos aromáticos Tyr72, Pro287 y Trp288 y la activación de protones del ASIC. [3] Estos residuos forman una cavidad ácida que expresa potenciales electrostáticos que son responsables de la dependencia del pH en la activación y modulación del canal. [7] Esta cavidad en el dominio extracelular actúa como una reserva para que los cationes se concentren para ayudar aún más en la entrada de Na + . La glicosilación también es evidente dentro de la región extracelular, desempeñando un papel importante en el tráfico del canal a la superficie de la membrana, así como en el establecimiento de la sensibilidad del ASIC a los niveles de pH. Evidencia experimental adicional ha indicado que el Ca 2+ también puede desempeñar un papel fundamental en la modulación de la afinidad de protones de la activación del ASIC tanto dentro del poro como en el dominio extracelular. [3]
El papel del ASIC es detectar niveles reducidos de pH extracelular y dar como resultado una respuesta o señal de la neurona. Durante mucho tiempo se ha pensado que el ligando que se une al sitio de activación son exclusivamente protones; sin embargo, estudios recientes han demostrado que ASIC4 y ASIC1 pueden activarse a niveles de pH normales, lo que indica otros tipos de ligandos de unión. [8] En condiciones de mayor acidez, un protón se une al canal en la región extracelular, activando el canal iónico para que experimente un cambio conformacional y, por lo tanto, abra el dominio transmembrana 2 (TMD2). Esto da como resultado la entrada de iones de sodio a través del lumen de TMD2. Todos los ASIC son específicamente permeables a los iones de sodio. La única variante es ASIC1a, que también tiene una baja permeabilidad a los iones de calcio. La entrada de estos cationes da como resultado la despolarización de la membrana. Los canales de Ca 2+ dependientes del voltaje se activan, lo que da como resultado una entrada de calcio en la célula. Esto causa la despolarización de la neurona y se libera una respuesta excitatoria. En ASIC1a, el aumento de Ca 2+ dentro de la célula es resultado de la entrada de calcio directamente a través del canal. [8]
Una vez activado, el ASIC puede activar multitud de proteínas efectoras y moléculas de señalización diferentes para provocar diferentes reacciones en la célula. En concreto, la α-actinina produce una mayor sensibilidad al pH y la recuperación de la desensibilización. También puede aumentar la densidad del flujo de corriente a través del canal. [8] También existen muchas proteínas quinasas que regulan la función del ASIC a través de la fosforilación . Entre ellas se encuentran la proteína quinasa A (PKA) y la proteína quinasa C (PKC). Se cree que existen muchos más reguladores, pero sus efectos no se han concluido experimentalmente. [8]
Existen otros factores que pueden influir en la regulación de los ASIC. Se dice que la presencia de glicanos N-ligados maduros en la superficie del canal permite que el canal circule preferentemente por ASIC1a. Esto es resultado del aumento de los sitios de N-glicosilación en ASIC1a y ASIC2a. [8] Los altos niveles de glicerol (que se sabe que acelera la maduración de las proteínas) en la superficie de ASIC2 también contribuyen a la implicación de que la regulación de la función de estos canales depende de la maduración de las proteínas. También se plantea la hipótesis de que la oxidación desempeña un papel en el tráfico. [8]
La mayoría de los ASIC se expresan en el sistema nervioso. ASIC1, ASIC2, ASIC2b y ASIC4 se expresan comúnmente tanto en el sistema nervioso central como en el periférico, mientras que ASIC1b y ASIC3 suelen estar ubicados solo en el periférico.
En el sistema nervioso periférico, los ASIC se encuentran dentro de los cuerpos celulares de las membranas postsinápticas y las terminales nerviosas sensoriales. Además, los ASIC se encuentran típicamente en las fibras nerviosas aferentes de la piel, los músculos, las articulaciones y las vísceras, donde se ha descubierto que están asociados con el dolor, el gusto y las funciones gastrointestinales. [6]
En el sistema nervioso central, los ASIC se encuentran generalmente en el asta dorsal de la médula espinal . [4] ASIC1 se concentra específicamente en la amígdala , lo que ilustra su papel en el comportamiento ansioso y ASIC3 se ha encontrado en el órgano de Corti y el ganglio espiral, lo que ilustra el papel de este canal específico en la percepción auditiva y visual. [6] Las subunidades ASIC1a, ASIC2a y ASIC2b también se han encontrado en el hipocampo. [9]
Los ASIC son objetivos farmacológicos potenciales para el tratamiento de una amplia variedad de afecciones vinculadas tanto al SNC como al SNP. [4] [5] De particular interés para el campo del dolor es el receptor de subtipo ASIC3, que se expresa específicamente en los nociceptores . Este subtipo exhibe una corriente bifásica tras la activación de protones, donde la corriente de Na + entrante inicial es seguida brevemente por una corriente catiónica sostenida.
Los ASIC son importantes para la función de la retina y ofrecen protección en respuesta a la luz brillante. La susceptibilidad a sufrir daños en la retina aumenta después de la eliminación del gen ASIC2. Se produjo un aumento de la apoptosis en respuesta a la luz brillante en un gen ASIC2 -/- en comparación con la retina de tipo salvaje. [8]
Los canales ASIC1a también desempeñan un papel en la protección contra la actividad convulsiva. Las convulsiones provocan un aumento de la actividad neuronal descontrolada en el cerebro que libera grandes cantidades de vesículas ácidas. [5] Los canales ASIC1a se abren en respuesta y han demostrado proteger contra las convulsiones al reducir su progresión. Los estudios que investigan este fenómeno han descubierto que la eliminación del gen ASIC1a dio como resultado una actividad convulsiva amplificada. [8]
Los canales ASIC1a se abren específicamente en respuesta a un pH de 5,0 a 6,9 y contribuyen a la patología de la lesión cerebral isquémica porque su activación provoca un pequeño aumento de la permeabilidad al Ca 2+ y un flujo de entrada de Ca 2+ . Los canales ASIC1a facilitan además la activación de los canales de Ca2+ dependientes del voltaje y de los canales del receptor NMDA tras la despolarización inicial, lo que contribuye al importante aumento del calcio intracelular que provoca la muerte celular. [10] Un posible mecanismo de muerte celular mediada por el canal ASIC1a se debe a la activación de otros canales, lo que conduce a un aumento del Ca 2+ que crea vías de señalización para la apoptosis y la necrosis en la célula. [5] Los estudios de eliminación de genes, así como los bloqueos de ASIC, han demostrado reducir el volumen del infarto cerebral hasta en un 60%, lo que sugiere que los canales ASIC desempeñan un papel importante en el desarrollo de los estados patológicos resultantes de la acidosis y la lesión neuronal inducida por isquemia . [10] Se han estudiado los efectos de los bloqueos ASIC y NMDA para determinar el papel de ambos canales en la toxicidad del Ca 2+ y evaluar sus respectivas contribuciones. El uso del bloqueo de ambos canales proporciona una mayor neuroprotección que el uso de un bloqueo de un solo canal, y el bloqueo ASIC crea una eficacia prolongada del bloqueo NMDA. [10]
Debido a la función de los canales iónicos sensibles al ácido en la percepción del dolor y en varios procesos fisiopatológicos, tienen importancia farmacológica como diana de los fármacos para su inhibición. Los canales iónicos sensibles al ácido se encuentran tanto en neuronas centrales como periféricas. La modulación de la actividad de los ASIC puede controlar además los síntomas conductuales y emocionales adversos del dolor crónico, como la ansiedad y la depresión.
Se observa que los canales iónicos de detección de ácido (ASIC) se activan a un pH inferior a ~6 con una variabilidad que depende del tipo de canal y su ubicación. Una disminución del pH puede deberse a una variedad de razones, entre ellas, inflamación tisular, accidente cerebrovascular isquémico y acumulación de ácido láctico debido al aumento del metabolismo celular. La activación del canal provoca un aumento de la permeabilidad de los iones de sodio, lo que despolariza la célula e induce la activación de un potencial de acción . Los potenciales de acción resultantes pueden modularse mediante inhibidores de moléculas pequeñas.
La amilorida es un ejemplo de inhibidor de ASIC, aunque no se considera muy potente debido a un valor de IC50 en el rango micromolar, ha permitido realizar estudios sobre los efectos de inhibición de ASIC en las migrañas. Durante una migraña , se observa depresión cortical propagada que causa desequilibrios iónicos y la liberación de moléculas cargadas que pueden activar ASIC. Las pruebas de amilorida en roedores mostraron una disminución en la depresión cortical propagada durante una migraña. Los estudios mostraron que la amilorida actúa como un inhibidor competitivo de los capítulos de ASIC. El uso de amilorida también mostró efectos secundarios en roedores debido a la inhibición de los intercambiadores de sodio/calcio. La inhibición de estos intercambiadores altera la homeostasis del calcio celular y causa altos niveles de calcio en la célula, lo que explica la eficacia neuroprotectora reducida con el uso de amilorida. Los hallazgos que se han obtenido debido a la inhibición de ASIC por amilorida son prometedores y respaldan el potencial terapéutico. Sin embargo, debido a la falta de especificidad y potencia de la amilorida, será necesario realizar un mayor desarrollo de su estructura antes de poder lanzar un fármaco. [11] [10]
Un inhibidor de moléculas pequeñas, el A-317567, muestra un mayor potencial terapéutico que la amilorida, con una mayor especificidad para los canales ASIC y una mayor potencia. Aunque el A-317567 muestra poca selectividad para los diferentes tipos de canales ASIC, los hallazgos in vivo demostraron que los efectos secundarios observados con el uso de amilorida se evitan debido a la especificidad del A-317567 para los ASIC. Además, el A-317567 tiene la capacidad de mantener la inhibición de corrientes sostenidas, lo que podría ser prometedor específicamente en condiciones crónicas mediadas por acidosis. [10]
El inhibidor más eficaz y conocido de los ASIC es el PcTX1. El PcTX1 inhibe específicamente el ASICa y tiene un valor de CI50 en el rango nanomolar, un CI50 más pequeño que el de todos los demás inhibidores de ASIC conocidos que han estado en el rango micromolar. Además, el PcTX1 no inhibe otros canales iónicos dependientes de voltaje o canales dependientes de ligando . La estructura de este inhibidor es de 40 aminoácidos unidos con enlaces disulfuro . Se identificó como una toxina peptídica de la tarántula sudamericana Psalmopoeus Cambridge . [10] Cuando se administró el PcTX1 dentro de la amígdala basolateral de ratas, los síntomas relacionados con la emoción y la ansiedad asociados con el dolor disminuyeron significativamente. [12] Las mambalginas aisladas del veneno de la mamba negra también se han identificado como potentes inhibidores de los ASIC. [13]
Se ha descubierto que los fármacos antiinflamatorios no esteroides ( AINE ) de uso común desempeñan un papel en la inhibición de los ASIC, lo que contribuye a la modulación del dolor. El mecanismo bien conocido de la función de los AINE es su inhibición de la síntesis de prostaglandinas, un compuesto inflamatorio importante. Sin embargo, los hallazgos muestran que los AINE ibuprofeno y aspirina inhiben los ASIC con valores de CI50 de 350 μM y 260 μM, respectivamente. Es probable que los AINE inhiban la corriente ASIC durante el dolor agudo, en particular el causado por la inflamación del tejido, y por lo tanto inhiben la señal a las neuronas que detectan el dolor. [10]
Si se profundiza en la investigación sobre el potencial farmacológico de la inhibición de los ASIC, los pacientes que sufren dolor crónico y diversas patologías asociadas a la acidosis podrán disponer de mayores opciones de tratamiento en el futuro. Además, los estudios de descubrimiento de fármacos de los ASIC aportan un mayor conocimiento sobre la función de los propios canales y su importancia fisiológica.