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Farmacologia generale e molecolarea cura di F. Clementi e G. FumagalliCapitoli 4 – 5 – 6 Capitoli 18 – 19 – 20 -21 -22 solo per il SNC

Lezioni su NT, recettori, sistemi di modulazione del SNC

Cervello Midollo Spinale

SISTEMA NERVOSO

PERIFERICOCENTRALE

SomaticoSomaticoprovoca lacontrazionedelle Fibremuscolarischeletriche

AutonomoAutonomoprovocal’eccitazione o l’inibizionedelle cellule muscolaricardiache e liscie e delle ghiandole

SimpaticoSimpatico ParasimpaticoParasimpaticoEntericoEnterico

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ORMONIORMONIORMONI

peptidicipeptidici steroideisteroidei

catecolaminicicatecolaminici iodinatiiodinati

NEUROTRASMETTITORIneuromodulatori

NEUROTRASMETTITORINEUROTRASMETTITORIneuromodulatorineuromodulatori

peptidicipeptidici

catecolaminicicatecolaminici

nucleotidinucleotidi

aminoacidiaminoacidiacetilcolinaacetilcolina

CITOCHINECHEMIOCHINE

Fattori di Crescita

CITOCHINECITOCHINECHEMIOCHINECHEMIOCHINE

Fattori di CrescitaFattori di Crescita

PeptidiPeptidi//glicoproteineglicoproteine

PROSTANOIDIPROSTANOIDIPROSTANOIDI

lipidilipidi

Segnali autocrini e paracrini

Segnali ormonali

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neuroormone

neurotrasmettitore

Sistema Nervoso

neurotrasmettitorineuroormoni

Sistema Endocrino

ormoni

Asse ipotalamo-ipofisarioMidollare surrene

prostanoidi

citochine

fattori di crescita

chemiochine

Fattori proapoptopici

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Due modalità di comunicazione tra cellule

ELETTRICAELETTRICA CHIMICACHIMICACONTENUTO DELL’INFORMAZIONE

DESTINAZIONE

VELOCITÀ DI TRASMISSIONE

MINIMO (+ oppure -) MASSIMO utilizza molte molecole

Poco versatile - necessitaDi un contatto diretto

SELETTIVO e senza connessioni strutturali

ALTA anche su lunghe distanze LENTA a causa della sintesi e Della diffusione delle molecole

Il neuroneOgni neurone deve:

+ ricevere informazioni (input) dall’ambiente o da altrineuroni

+ integrare le informazioniricevute e produrre unarisposta adeguata

+ condurre il segnale al terminale di uscita

+ trasmettere il segnale ad altre cellule nervose, ghiandole o muscoli

+ coordinare le proprieattivita’ metaboliche, mantenendo l’integrita’ dellacellula

Neurone = unita’ anatomica e funzionaledel sistema nervoso. Trasmette impulsinervosi ad altri neuroni, ghiandole, muscoli

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Dendriti = specializzati nel rispondere a segnaliprovenienti da altri neuroni – nel cervello rispondono aineurotrasmettitori chimici liberati da altri neuroni –unita’ ricevente

Soma (corpo cellulare) = i segnali dai dendriticonfluiscono lungo il corpo del neurone che li interpreta e decide se produrre un potenziale d’azione, segnaleelettrico di output – unita’ ricevente

Assone = trasporta i segnali elettrici generati dal corpocellulare verso le estremita’ del neurone – unita’ ditrasmissione

Sinapsi = piccola fessura che separa i neuroni

Terminazione presinaptica = contiene neurotrasmettitoriliberati in risposta a potenziali d’azione che percorronol’assone – unita’ di trasmissione

Terminazione postsinaptica = contiene recettori per i neurotrasmettitori – unita’ di ricezione

Il neurone

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Per essere considerata neurotrasmettitore, una molecola deve rispettare i seguenti tre criteri:

1. deve essere sintetizzata e immagazzinata nel neurone presinaptico;

2. deve essere rilasciata dal terminale assonicopresinaptico dopo la stimolazione;

3. deve produrre una risposta nel neurone postsinaptico che imiti la risposta prodotta dal rilascio del neurotrasmettitore dal neurone presinaptico

Cos’è un neurotrasmettitore?

I ricercatori hanno utilizzato molte tecniche per scoprire se unneurone contiene e sintetizza dei trasmettitori.Le due tecniche principali usate oggi sono:• immunocitochimica• ibridazione in situL’immunocitochimica è un metodo utilizzato per localizzare alcune molecole specifiche, comprese le proteine , in sezioni di tessuto nervoso. L’ibridazione in situ è invece un metodo per localizzare gli specifici mRNA trascritti per le proteine

La Microionoforesi è un metodo che permette al ricercatore di applicare alcuni farmaci o sostanze che potrebbero essere neurotrasmettitori in zone molto piccole della superficie neuronale. Le risposte provocate dal farmaco vengono comparate con quelle derivate dalla stimolazione sinaptica

Cos’è un neurotrasmettitore?

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• I principali neurotrasmettitori sono o aminoacidi, o amine(derivate da aminoacidi), o peptidi (costituiti da aminoacidi)

• L’ACh è un’eccezione, essa, infatti, proviene dalla respirazione dei mitocondri e dalla colina, molto importante per il metabolismo dei grassi nel corpo

• Gli aminoacidi e i trasmettitori aminici sono generalmente immagazzinati e rilasciati da gruppi separati di neuroni. La convenzione stabilita classifica i neuroni in gruppi mutualmente esclusivi in base ai neurotrasmettitori: neuroni colinergici, glutamminici, gabaergici, ecc.

• L’ipotesi che il neurone possieda un’unica identità in relazione al trasmettitore viene chiamata principio di Dale

Cos’è un neurotrasmettitore?

Esiste un grande numero di neurotrasmettitori, raggruppabili in:Aminoacidi eccitatori - Rappresentano i più importanti neurotrasmettitori eccitatori del SNC. Il neurotrasmettitore più diffuso è il glutammato, che agisce su diversi recettori, catalogati sulla base dell'agonista che li attiva. I recettori ionotropici sono gli NMDA (N-metil-D-aspartato) e i non-NMDA. I primi sono associati al Calcio e potrebbero essere responsabili del potenziamento a lungo termine, di alcune forme di morte cellulare e dell'epilessia. I recettori metabotropici sono associati ad una diversa serie di proteine G e rispondono alla loro attivazione determinando cascate di eventi chimici intracellulariche modulano la trasmissione sinaptica e la eccitabilità cellulare Aminoacidi inibitori - I più importanti neurotrasmettitoriinibitori del SNC sono il GABA e la glicina, presente prevalentemente nel midollo spinale Neuropeptidi. Si trovano in tutte le regioni del Sistema Nervoso e sono spesso co-rilasciati insieme ad altri neurotrasmettitori. Possono agire anche come neuromodulatori

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FATTORI DI RILASCIO IPOTALAMICI

CRF; GnRH; TRHGRH

SomatostatinaPIF; MSH-IF

PEPTIDI NEUROIPOFISARI

OssitocinaADH

OPPIOIDIMet-EncefalinaLeu-Encefalina

Dinorfine (A e B)β-Endorfina

PEPTIDI IPOFISARI ATTIVANTI ACGastrina

Colecistochinina-octapeptide (CCK-8)PACAP (pituitary AC-activating peptide)

Vasoactive intestinal peptide (VIP)

Acetilcolina

Amine aromatiche o BiogeneDopaminaAdrenalinaNoradrenalinaSerotonina

AminoacidiGlicinaAc. AsparticoAc. GlutammicoAc. γ-Amminobutirrico

Peptidi

Neurotrasmettitori

NEUROKININESostanza PNeurokinine A e BNeuropeptidi K, γ, Y

ATP/UTP/ADP/UDPAdenosina

• Oltre alle amine e agli aminoacidi, esistono altre molecole di piccole dimensioni che fungono da messaggeri chimici fra i neuroni.

• Ad esempio, i ricercatori hanno da poco considerato l’ATP come possibile neurotrasmettitore. L’ATP risulta concentrata nelle vescicole di molte sinapsi del SNC e del SNP e viene rilasciata nello spazio intersinaptico. Questa molecola eccita direttamente alcuni neuroni, aprendo un canale a cationi; in questo senso alcune delle funzioni dell’ATP assomigliano a quelle del glutammato.

Solo neurotrasmettitori? O neuromodulatori?

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• Il più recente e instabile messaggero chimico che sia stato proposto per la comunicazione intercellulare è invece una molecola gassosa, il monossido di azoto (NO)

• Nel SN, il NO assolve ad alcune funzioni peculiari: sembra che esso venga rilasciato dai neuroni postsinaptici e agisca sui neuroni presinaptici senza l’intervento delle vescicole sinaptiche. La comunicazione che procede in questo senso, dal “post” al “pre”, viene definita comunicazione retrogada, dunque l’NO sembrerebbe un messaggero retrogrado

• Poiché la molecola di NO è di piccole dimensioni e può facilmente attraversare la membrana neuronale, è in grado di diffondersi più liberamente rispetto ad altre molecole di neurotrasmettitori; infatti, può penetrare in una cellula e influenzare anche quella accanto

Solo neurotrasmettitori? O neuromodulatori?

• Definizione: per recettore si intende una molecola che lega in modo specifico, definito e con affinità precisa uno o più mediatori endogeni e che da questo legame subisce una trasformazione conformazionale capace di far scaturire un effetto biologico (es. albumina non è recettore)

• Scoperta dei recettori: 1880 Langley, Ehrlich“Corpora non agunt nisi fixata”, ’20 Dale e Loewi, Clark, 1982 Numa

• Recettori di membrana o intracellulari: differenza di localizzazione e di meccanismo di trasduzionedel segnale

Neurotrasmettitore-Recettore

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• Ciascun neurotrasmettitore esercita i suoi effetti postsinapticilegandosi a recettori specifici. Come regola due neurotrasmettitori non si legano mai allo stesso recettore, tuttavia lo stesso neurotrasmettitore può legarsi a recettori diversi.

• Ciascun differente recettore al quale il neurotrasmettitore si lega viene chiamato sottotipo del recettore. Farmaci diversi vengono anche utilizzati per distinguere i vari sottotipi del recettore per ilglutammato; vi sono tre sottotipi denominati in base ai differenti agonisti chimici: i recettori AMPA, i recettori NMDA e i recettori kainati. Il glutammato attiva tutti e tre i sottotipi, mentre l’Ampaagisce solo sul recettore AMPA e l’Nmda solo presso il recettore NMDA.

• Ogni composto chimico che si lega ad un sito specifico viene chiamato ligando per quel recettore. Il ligando per un recettore può essere sia un agonista, che un antagonista del trasmettitore, sia il neurotrasmettitore stesso.

Neurotrasmettitore-Recettore

Agiscono tramite:- Recettori canale- Recettori accoppiati alle proteine G- Recettori dotati di attività tirosinchinasica

intrinseca- Recettori dotati di attività guanilatociclasica

intrinseca

Recettore di membrana

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- Complessi macroproteici transmembrana che formano un canale ionico che viene aperto dal legame con il neurotrasmettitore o con farmaci agonisti

- Produce rapidi cambiamenti delle concentrazioni ioniche intracellulari e del potenziale elettrico

- Sono composti da 4-5 subunità che delimitano un canale idrofilico

- Contengono sito di legame, siti allosterici, sito di fosforilazione, siti di legame con proteine del citoscheletro

Recettore canale

- È la famiglia più numerosa- Le proteine G sono una famiglia di proteine eterotrimeriche che hanno

attività GTPasica: il legame con il GTP dissocia le tre subunità- La subunità α modula effettori enzimatici e alcuni canali ionici – cascata

amplificatrice di eventi biochimici- Sono formati da una singola catena polipeptidica con 7 domini

trasmembrana idrofobici – tratto D5-D6 è intracelullare e riconosce le proteineG

Recettore accoppiato alle proteine G

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Recettore accoppiato alle proteine G

- Controllo a livello della produzione e degradazione del mediatore (sintesi e rilascio)

- L’interazione mediatore-recettore è generalmente reversibile (reversibile, irreversibile)

- La capacità di trasdurre il segnale è controllata (desensitizzazione, upregulation, downregulation)

- Modulazione dello spegnimento del segnale

Modulazione delle risposte recettoriali

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• I neurotrasmettitori liberati a livello presinapticointeragiscono con specifici recettori postsinaptici

• In alcune sinapsi, i neurotrasmettitori si legano anche ad autorecettori presinaptici che regolano la quantità di neurotrasmettitore che verrà ulteriormente liberato

• I recettori sono generalmente specifici per un dato neurotrasmettitore, ma per uno stesso neurotrasmettitore possono esistere più recettori

• In alcuni casi, neurotrasmettitori correlati fra loro possono modulare il legame di un altro neurotrasmettitore o agire sinergicamente su uno stesso canale ionico (come nel caso del recettore per il GABA, le benzodiazepine ed i barbiturici)

Neurotrasmettitore-Recettore

• Affinità di legame: capacità di legame tra NT e recettore –è correlata alla forza di legame tra i due e rappresentata dalla costante di associazione/dissociazione

• Legame reversibile (competizione) – non competitivo• Agonista: si lega al recettore in modo da generare una risposta

biologica di per sé

• Agonista inverso: si lega al recettore in modo da generare una risposta biologica opposta all’effetto aspettato

• Agonista parziale: genera la risposta attesa, ma effetto più debole

• Antagonista: legandosi al recettore, è incapace di produrre un effetto di per sé, ma inibisce l’effetto di un’agonista che agisca con lo stesso recettore

• Antagonista funzionale: agonista che produce un effetto contrario ad un farmaco pur agendo su un recettore differente

• Modulazione allosterica

Neurotrasmettitore-Recettore

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Rilascio del neurotrasmettitore