La recaptación es la reabsorción de un neurotransmisor por un transportador de neurotransmisor ubicado a lo largo de la membrana plasmática de un axón terminal (es decir, la neurona presináptica en una sinapsis) o célula glial después de haber realizado su función de transmitir un impulso neural .
La recaptación es necesaria para la fisiología sináptica normal porque permite el reciclaje de neurotransmisores y regula el nivel de neurotransmisor presente en la sinapsis, controlando así cuánto dura una señal resultante de la liberación de neurotransmisores. Debido a que los neurotransmisores son demasiado grandes e hidrófilos para difundir a través de la membrana, se necesitan proteínas de transporte específicas para la reabsorción de los neurotransmisores. Se han realizado muchas investigaciones, tanto bioquímicas como estructurales, para obtener pistas sobre el mecanismo de recaptación.
La primera secuencia primaria de una proteína de recaptación se publicó en 1990. La técnica para la determinación de la secuencia de proteínas se basaba en la purificación, secuenciación y clonación de la proteína transportadora en cuestión, o estrategias de clonación de expresión en las que la función de transporte se utilizaba como ensayo para el ADNc. especies que codifican para ese transportador. Después de la separación, se descubrió que había muchas similitudes entre las dos secuencias de ADN. Una exploración más profunda en el campo de las proteínas de recaptación encontró que muchos de los transportadores asociados con neurotransmisores importantes dentro del cuerpo también eran muy similares en secuencia a los transportadores de GABA y norepinefrina. Los miembros de esta nueva familia incluyen transportadores de dopamina , norepinefrina , serotonina , glicina , prolina y GABA . Se les llamó transportadores de neurotransmisores dependientes de Na + / Cl- . La dependencia de los iones sodio y cloruro se analizará más adelante en el mecanismo de acción. Utilizando los puntos en común entre las secuencias y los análisis de gráficos de hidropatía, se predijo que hay 12 regiones hidrofóbicas que abarcan membranas en la familia de transportadores "clásicos". [1] Además de esto, los extremos N y C existen en el espacio intracelular . Todas estas proteínas también tienen un bucle extracelular extendido entre la tercera y cuarta secuencias transmembrana. Los experimentos de etiquetado químico dirigidos al sitio verificaron la organización topológica prevista del transportador de serotonina. [2]
Además de los transportadores de neurotransmisores, se encontraron muchas otras proteínas tanto en animales como en procariotas con secuencias similares, lo que indica una familia más grande de neurotransmisores: los simportadores de sodio (NSS). Una de estas proteínas, LeuT, de Aquifex aeolicus , fue cristalizada por Yamashita et al. [3] con muy alta resolución, que revela una molécula de leucina y dos iones Na + unidos cerca del centro de la proteína. Descubrieron que las hélices 1 y 6 transmembrana (TM) contenían segmentos desenrollados en el medio de la membrana. Junto con estas dos hélices, las hélices 3 y 8 de TM y las áreas que rodean las secciones desenrolladas de 1 y 6 formaron el sustrato y los sitios de unión de iones de sodio. La estructura cristalina reveló pseudosimetría en LeuT, en la que la estructura de las hélices 1-5 de TM se refleja en la estructura de las hélices 6-10.
Hay una cavidad extracelular en la proteína, en la que sobresale una horquilla helicoidal formada por el bucle extracelular EL4. En TM1, un aspartato distingue los transportadores NSS de monoaminas de los transportadores de aminoácidos que contienen una glicina en la misma posición. Se asignaron "puertas" externas e internas a pares de residuos cargados negativa y positivamente en la cavidad extracelular y cerca de los extremos citoplasmáticos de las hélices 1 y 8 de TM.
Las proteínas transportadoras clásicas utilizan gradientes de iones transmembrana y potencial eléctrico para transportar neurotransmisores a través de la membrana de la neurona presináptica. Los transportadores típicos del neurotransmisor simportador de sodio (NSS), que dependen de los iones Na + y Cl − , aprovechan los gradientes de Na + y Cl − , dirigidos hacia adentro a través de la membrana. Los iones fluyen a favor de sus gradientes de concentración, lo que en muchos casos conduce a un movimiento de carga transmembrana que se ve reforzado por el potencial de membrana. Estas fuerzas atraen el sustrato del neurotransmisor hacia el interior de la célula, incluso en contra de su propio gradiente de concentración. A nivel molecular, los iones Na + estabilizan la unión de aminoácidos en el sitio del sustrato y también mantienen el transportador en una conformación abierta hacia afuera que permite la unión del sustrato. [4] Se ha propuesto que el papel del ion Cl − en el mecanismo de simportación es estabilizar la carga del Na + simportado . [5] [6]
Una vez que se ha producido la unión de iones y sustrato, debe ocurrir algún cambio conformacional. A partir de las diferencias conformacionales entre la estructura de los TM 1-5 y la de los TM 6-10, y de la identificación de una vía de permeación del sustrato entre el sitio de unión de SERT y el citoplasma , se propuso un mecanismo para el cambio conformacional en el que cuatro -El haz de hélice compuesto por las TM 1, 2, 6 y 7 cambia su orientación dentro del resto de la proteína. [7] Una estructura de LeuT en la conformación abierta hacia adentro demostró posteriormente que el componente principal del cambio conformacional representa el movimiento del haz en relación con el resto de la proteína. [8]
El principal objetivo de un inhibidor de la recaptación es disminuir sustancialmente la velocidad a la que los neurotransmisores se reabsorben en la neurona presináptica, aumentando la concentración del neurotransmisor en la sinapsis. Esto aumenta la unión de los neurotransmisores a los receptores de neurotransmisores pre y postsinápticos. [ cita necesaria ] Dependiendo del sistema neuronal en cuestión, un inhibidor de la recaptación puede tener efectos drásticos sobre la cognición y el comportamiento. La inhibición no competitiva del homólogo bacteriano LeuT por los antidepresivos tricíclicos resultó de la unión de estos inhibidores en la vía de permeación extracelular. [9] [10] Sin embargo, la naturaleza competitiva de la inhibición del transporte de serotonina por parte de los antidepresivos sugiere que en los transportadores de neurotransmisores, se unen en un sitio que se superpone al sitio del sustrato. [11]
Horschitz et al. [12] examinaron la selectividad del inhibidor de la recaptación entre la proteína de recaptación de serotonina de rata (SERT) expresada en células de riñón embrionario humano (HEK-SERT). Presentaron SERT con dosis variables de citalopram (un ISRS ) o desipramina (un inhibidor de la proteína de recaptación de noradrenalina, NET). Al examinar las curvas de dosis-respuesta (usando un medio normal como control), pudieron cuantificar que el citalopram actuaba sobre el SERT como un ISRS y que la desipramina no tenía ningún efecto sobre el SERT. En un experimento separado, Horschitz et al. expusieron HEK-SERT con citalopram a largo plazo. Se dieron cuenta de que la exposición prolongada provocaba una regulación negativa de los sitios de unión. Estos resultados sugieren algún mecanismo para los cambios a largo plazo en la neurona presináptica después de la terapia farmacológica. Horschitz et al. descubrió que después de eliminar el citalopram del sistema, regresaban los niveles normales de expresión del sitio de unión de SERT. [12]
Se ha sugerido que la depresión es el resultado de una disminución de la serotonina encontrada en la sinapsis, aunque esta hipótesis ha sido cuestionada desde la década de 1980 [ cita requerida ] . Inicialmente se vio respaldado por la exitosa reducción de los síntomas depresivos tras la administración de antidepresivos tricíclicos (como la desipramina) y ISRS. Los antidepresivos tricíclicos inhiben la recaptación de serotonina y norepinefrina al actuar tanto sobre SERT como sobre NET. Los ISRS inhiben selectivamente la recaptación de serotonina actuando sobre SERT [ ¿cómo? ] . El resultado neto es una mayor cantidad de serotonina en la sinapsis, aumentando así la probabilidad de que la serotonina interactúe con un receptor de serotonina de la neurona postsináptica. Existen mecanismos adicionales mediante los cuales debe ocurrir la desensibilización de los autorreceptores de serotonina , pero el resultado neto es el mismo. [13] Esto aumenta la señalización de la serotonina, que según la hipótesis se cree que eleva el estado de ánimo y, por lo tanto, alivia los síntomas depresivos. Esta propuesta para el mecanismo antidepresivo de los inhibidores de la recaptación de serotonina no tiene en cuenta el curso temporal del efecto terapéutico, que tarda de semanas a meses, mientras que la inhibición del transportador es esencialmente inmediata.
El efecto neto del uso de anfetaminas (AMPH) es un aumento de dopamina, norepinefrina y serotonina en la sinapsis. Se ha demostrado que AMPH actúa sobre el receptor 1 asociado a trazas de aminas (TAAR1) para inducir la inhibición del flujo de salida y la recaptación en los transportadores de serotonina, norepinefrina y dopamina . Este efecto requiere que el transportador y TAAR1 estén colocalizados (ocurran juntos) dentro de la misma neurona.
Los astrocitos parecen utilizar mecanismos de recaptación para desempeñar una función neuroprotectora. Los astrocitos utilizan el transportador de aminoácidos excitadores 2 (EAAT2, también conocido como GLT-1) para eliminar el glutamato de la sinapsis. Los ratones knockout para EAAT2 eran más propensos a sufrir convulsiones letales y espontáneas y lesiones cerebrales agudas en la corteza. Estos efectos podrían estar relacionados con mayores concentraciones de glutamato en el cerebro de ratones knockout para EAAT2, analizados post mortem. [14]