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 Ca 2+ . [2] Las proteínas ASIC son una subfamilia de la superfamilia de canales iónicos ENaC /Deg . Estos genes tienen variantes de empalme que codifican varias isoformas marcadas por un sufijo. En los mamíferos, los canales iónicos sensores de ácido (ASIC) están codificados por cinco genes que producen subunidades de proteínas 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 normalmente se encuentran tanto en el sistema nervioso central como en el sistema nervioso periférico . [2] Sin embargo, los ASIC más comunes son ASIC1a, ASIC1a/2a y ASIC3. ASIC2b no es funcional por sí solo, pero modula la actividad del canal cuando participa en heteromultímeros y ASIC4 no tiene ninguna función conocida. A gran escala, los ASIC son objetivos farmacológicos potenciales debido a su participación en estados patológicos como daño retiniano, convulsiones y lesión cerebral isquémica. [4] [5]
Cada canal iónico sensor de ácido 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 aminocarboxilo citoplasmático y un dominio extracelular grande. [3] Los dominios aminocarboxilo terminales intracelulares son vitales para las interacciones y modulaciones de proteínas intracelulares, la permeabilidad iónica y la activación del canal. Sin embargo, la activación y la mecánica de cada canal iónico sensor de ácido está determinada por la combinación de subunidades ASIC que forman su estructura. [3]
La mecánica de la función de los poros es fundamental para la estructura del canal. Entre las tres subunidades ASIC1, se extiende un túnel desde la parte superior de los dominios extracelulares hasta el citoplasma de la célula. El túnel central corre 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 participa principalmente en el revestimiento de la luz dentro del poro y la puerta 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 ampliar el dominio extracelular y permitir el paso de iones a través del canal. [3] Entre los segmentos TMD2 se encuentra un filtro de selectividad que forma la parte más estrecha del poro, que es responsable de la permisibilidad del ASIC para principalmente 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 los cationes. [3] El residuo de aminoácido específico de aspartato en la luz lateral 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 por Na + , ya que las mutaciones dentro de esta región han alterado la función y la conductancia del Na + . [3]
Los ASIC tienen una región extracelular grande en forma de puño que consume la mayor parte de la estructura de las proteínas. Dentro de su estructura "similar a un puño" hay dominios de muñeca, palma, dedo, nudillo, pulgar y bola 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 de hélice α. [3] Distinguida por sus configuraciones específicas de aminoácidos, la región extracelular es fundamental para la inducción de activación/inactivación junto con la activación del pH . El área específica del bucle de la hoja β entre los dominios "palma" y "pulgar" ha mostrado participación 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 poco concluyente sobre 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 bolsa ácida que expresa potenciales electrostáticos que son responsables de la dependencia del pH en la activación y modulación del canal. [7] Este bolsillo 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 transporte del canal a la superficie de la membrana, así como en el establecimiento de la sensibilidad del ASIC a los niveles de pH. Otras pruebas experimentales han indicado que el Ca 2+ también puede desempeñar un papel fundamental en la modulación de la afinidad protónica de la activación de ASIC tanto dentro del poro como en el dominio extracelular. [3]
La función del ASIC es detectar niveles reducidos de pH extracelular y generar 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 aglutinantes de ligandos. [8] En condiciones de mayor acidez, un protón se une al canal en la región extracelular, activando el canal iónico para que pase por un cambio conformacional, abriendo así el dominio transmembrana 2 (TMD2). Esto da como resultado la entrada de iones de sodio a través de la luz 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 de voltaje se activan dando como resultado un influjo de calcio hacia la célula. Esto provoca la despolarización de la neurona y se libera una respuesta excitadora. En ASIC1a, el aumento de Ca 2+ dentro de la célula es el resultado de la entrada de calcio directamente a través del canal. [8]
Una vez activado, el ASIC puede activar multitud de diferentes proteínas efectoras y moléculas de señalización para provocar diferentes reacciones en la célula. Es decir, la α-actinina produce una mayor sensibilidad al pH y una recuperación de la desensibilización. También pueden aumentar la densidad del flujo de corriente a través del canal. [8] También hay muchas proteínas quinasas que regulan la función ASIC mediante la fosforilación . Estos incluyen la proteína quinasa A (PKA) y la proteína quinasa C (PKC). Se cree que hay muchos más reguladores, pero sus efectos no se han concluido experimentalmente. [8]
Hay algunos otros factores que pueden influir en la regulación de los ASIC. Se dice que la presencia de glicanos ligados a N maduros en la superficie del canal permite que el canal trafique preferentemente para ASIC1a. Esto es el resultado del aumento de los sitios de N-glicosilación en ASIC1a y ASIC2a. [8] Los altos niveles de glicerol (conocido por acelerar 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 normalmente solo se ubican 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, músculos, articulaciones y 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 generalmente se encuentran 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 tratar una amplia variedad de afecciones relacionadas tanto con el SNC como con el SNP. [4] [5] De particular interés para el campo del dolor es el receptor del subtipo ASIC3, que se expresa específicamente en los nociceptores . Este subtipo exhibe una corriente bifásica tras la activación de protones, donde la corriente inicial de entrada de Na + es seguida poco después 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 al daño retiniano aumenta después de la deleción 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 incontrolada en el cerebro que libera grandes cantidades de vesículas ácidas. [5] Los canales ASIC1a se abren en respuesta y se ha demostrado que protegen contra las convulsiones al reducir su progresión. Los estudios que investigan este fenómeno han descubierto que la eliminación del gen ASIC1a daba 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 en la permeabilidad del Ca 2+ y un flujo hacia adentro de Ca 2+ . Los canales ASIC1a además facilitan la activación de los canales de Ca2+ dependientes de voltaje y los canales del receptor NMDA tras la despolarización inicial, lo que contribuye al aumento importante del calcio intracelular que resulta en 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 lleva a un nivel elevado de Ca 2+ que crea vías de señalización para la apoptosis y necrosis en la célula. [5] Los estudios de eliminación de genes, así como los bloqueos de ASIC, han demostrado que reducen 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 la isquemia . [10] Se han estudiado los efectos de los bloqueos de ASIC y NMDA para determinar las funciones de ambos canales en la toxicidad del Ca 2+ y evaluar sus respectivas contribuciones. El uso de bloqueo para ambos canales proporciona una mayor neuroprotección que usar un bloqueo para un solo canal, y el bloqueo ASIC crea una efectividad prolongada del bloqueo NMDA. [10]
Debido al papel de los canales iónicos sensibles al ácido en la percepción del dolor y en varios procesos fisiopatológicos, tienen importancia farmacológica como objetivo farmacológico para la inhibición. Los canales iónicos sensibles al ácido se encuentran tanto en las neuronas centrales como en las periféricas. La modulación de la actividad ASIC puede controlar adicionalmente los síntomas emocionales y conductuales adversos del dolor crónico, como la ansiedad y la depresión.
Se observa que los canales iónicos sensibles al ácido (ASIC) se activan a pH inferiores a ~6, con variabilidad dependiendo del tipo de canal y su ubicación. Una disminución del pH puede deberse a diversas razones, incluida la inflamación del tejido, el accidente cerebrovascular isquémico y la 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 estudios sobre los efectos de inhibición de ASIC en las migrañas. Durante una migraña , se observa una depresión cortical que se extiende, lo que provoca desequilibrios iónicos y la liberación de moléculas cargadas que pueden activar el ASIC. Las pruebas de amilorida en roedores mostraron una disminución en la depresión cortical extendida durante una migraña. Los estudios demostraron que la amilorida actúa como un inhibidor competitivo de los capítulos 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 provoca niveles elevados de calcio en la célula, lo que explica la eficacia neuroprotectora reducida con el uso de amilorida. Los hallazgos que se han obtenido gracias a la inhibición de ASIC por parte de amilorida son prometedores y respaldan el potencial terapéutico. Sin embargo, debido a la falta de especificidad y potencia de la amilorida, será necesario seguir desarrollando el fármaco en su estructura antes de que se pueda lanzar al mercado. [11] [10]
Un inhibidor de molécula pequeña, A-317567, muestra más potencial terapéutico que la amilorida con una mayor especificidad por los canales ASIC y una mayor potencia. Aunque A-317567 muestra poca selectividad para los diferentes tipos de canales ASIC, los hallazgos in vivo mostraron que los efectos secundarios observados con el uso de amilorida se evitan debido a la especificidad de A-317567 para ASIC. Además, A-317567 tiene la capacidad de mantener la inhibición de corrientes sostenidas, lo que podría resultar prometedor específicamente en afecciones crónicas mediadas por acidosis. [10]
El inhibidor más eficaz y conocido de los ASIC es PcTX1. PcTX1 inhibe específicamente ASICa y tiene un valor de IC50 en el rango nanomolar, un IC50 más pequeño que todos los demás inhibidores de ASIC conocidos que han estado en el rango micromolar. Además, PcTX1 no inhibe otros canales iónicos activados por voltaje o canales activados por ligando . La estructura de este inhibidor es de 40 aminoácidos unidos mediante enlaces disulfuro . Fue identificada como una toxina peptídica de la tarántula sudamericana Psalmopoeus Cambridge . [10] Cuando se administró 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 han sido identificadas como potentes inhibidores de los ASIC. [13]
Se ha descubierto que los medicamentos antiinflamatorios no esteroides ( AINE ) de uso común desempeñan un papel en la inhibición de ASIC, lo que contribuye a la modulación del dolor. El mecanismo bien conocido de la función de los AINE es la inhibición de la síntesis de prostaglandinas, un importante compuesto inflamatorio. Sin embargo, los hallazgos muestran que los AINE, el ibuprofeno y la aspirina, inhiben los ASIC con valores de IC50 de 350 μM y 260 μM, respectivamente. Es probable que los AINE inhiban la corriente ASIC durante el dolor agudo, particularmente el causado por la inflamación del tejido, y así inhiban la señal a las neuronas sensibles al dolor. [10]
Al impulsar la investigación sobre el potencial farmacológico de la inhibición de ASIC, los pacientes que padecen dolor crónico y diversas patologías asociadas con la acidosis pueden tener mayores opciones de tratamiento en el futuro. Además, los estudios de descubrimiento de fármacos de ASIC proporcionan un mayor conocimiento sobre la función de los propios canales y su importancia fisiológica.