Articulo de referencia

AMPA receptor

The AMPA receptor bound to a glutamate antagonist showing the amino terminal, ligand binding, and transmembrane domain, PDB 3KG2 The α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropio...

The AMPA receptor bound to a glutamate antagonist showing the amino terminal, ligand binding, and transmembrane domain, PDB 3KG2

The α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor (AMPA receptor, AMPAR, or quisqualate receptor) is a nonselective ionotropicglutamate receptor (iGluR) that mediates fast excitatory neurotransmission in the central nervous system (CNS). [1][2] Its activation by the neurotransmitter glutamate facilitates rapid neuronal communication, essential for various brain functions, including learning and memory.[3] Its name is derived from the ability to be activated by the artificial glutamate analog AMPA. The receptor was initially named the "quisqualate receptor" by Watkins and colleagues after the naturally occurring agonist quisqualate.[4] Later, the receptor was designated as the "AMPA receptor" following the development of the selective agonist AMPA by Tage Honore and colleagues at the Royal Danish School of Pharmacy in Copenhagen.[4] The GRIA2-encoded AMPA receptor ligand binding core (GluA2 LBD) was the first glutamate receptor ion channel domain to be crystallized.[5]

Structure and function

Subunit composition

AMPARs are composed of four types of subunits encoded by different genes, designated as GRIA1 (GluA1 or GluR1), GRIA2 (GluA2 or GluR2), GRIA3 (GluA3 or GluR3), and GRIA4 (GluA4 or GluRA-D2), which combine to form a tetrameric structure.[6][7][8] Most AMPARs are heterotetrameric, consisting of symmetric 'dimer of dimers' of GluA2 and either GluA1, GluA3 or GluA4.[9][10]Dimerization starts in the endoplasmic reticulum with the interaction of N-terminal LIVBP domains, then "zips up" through the ligand-binding domain into the transmembrane ion pore.[10]

La conformación de la proteína de la subunidad en la membrana plasmática generó controversia durante un tiempo. Si bien la secuencia de aminoácidos de la subunidad indicaba la presencia de cuatro dominios proteicos transmembrana (partes de la proteína que atraviesan la membrana plasmática), las proteínas que interactuaban con la subunidad sugerían que el extremo N era extracelular, mientras que el extremo C era intracelular. Sin embargo, si cada uno de los cuatro dominios transmembrana atravesara completamente la membrana plasmática, ambos extremos tendrían que estar en el mismo lado de la membrana. Finalmente, se descubrió que el segundo dominio "transmembrana" (M2) no la atraviesa por completo, sino que forma un bucle-hélice reentrante , contribuyendo al poro conductor de iones del receptor. [ 11 ] El dominio se pliega sobre sí mismo dentro de la membrana y regresa al lado intracelular. [ 12 ] Cuando las cuatro subunidades del tetrámero se unen, este segundo dominio membranoso forma el poro permeable a iones del receptor. El bucle M2 desempeña un papel crucial en la formación del filtro de selectividad del canal iónico, y las porciones helicoidales de M2 ​​contribuyen a las interfaces hidrofóbicas entre las subunidades AMPAR en el canal iónico. [ 13 ]

Las subunidades de AMPAR difieren principalmente en su secuencia C-terminal, que determina sus interacciones con las proteínas de andamiaje. Todos los AMPAR contienen dominios de unión a PDZ, pero el dominio PDZ al que se unen varía. Por ejemplo, GluA1 se une a SAP97 a través del dominio PDZ de clase I de SAP97, [ 14 ] mientras que GluA2 se une a PICK1 [ 15 ] y GRIP/ABP . Cabe destacar que los AMPAR no pueden unirse directamente a la proteína sináptica común PSD-95 debido a la incompatibilidad de sus dominios PDZ, aunque sí interactúan con PSD-95 a través de stargazin (el miembro prototípico de la familia TARP de subunidades auxiliares de AMPAR). [ 16 ]

La fosforilación de los AMPAR puede regular la localización del canal, la conductancia y la probabilidad de apertura. GluA1 tiene cuatro sitios de fosforilación conocidos en la serina 818 (S818), S831, treonina 840 y S845 (otras subunidades tienen sitios de fosforilación similares, pero GluR1 ha sido la más estudiada). S818 es fosforilada por la proteína quinasa C (PKC) y es necesaria para la potenciación a largo plazo (LTP; para el papel de GluA1 en la LTP, véase más adelante). [ 17 ] S831 es fosforilada por CaMKII y PKC durante la LTP, lo que ayuda a llevar los AMPAR que contienen GluA1 a la sinapsis , [ 18 ] y aumenta su conductancia de canal único. [ 19 ] El sitio T840 fue descubierto más recientemente y se ha implicado en la LTD. [ 20 ] Finalmente, S845 es fosforilada por la proteína quinasa A (PKA), que regula su probabilidad de apertura. [ 21 ]

Mecanismo de acción

Los receptores AMPA son fundamentales para la neurotransmisión excitatoria rápida en el SNC. Cada receptor es un tetrámero compuesto por cuatro subunidades, cada una de las cuales proporciona un sitio de unión para agonistas como el glutamato. [ 9 ] El dominio de unión al ligando está formado por la cola N-terminal y el bucle extracelular entre los dominios transmembrana tres y cuatro. [ 22 ] La composición de las subunidades influye significativamente en las propiedades funcionales del receptor, incluyendo la permeabilidad iónica y la cinética de activación.

Unión del agonista y activación del canal

Tras la unión del glutamato, estos dos bucles se mueven uno hacia el otro, lo que provoca la apertura del poro. El canal se abre cuando dos sitios están ocupados, [ 23 ] y aumenta su corriente a medida que se ocupan más sitios de unión. [ 24 ] Esta apertura permite la entrada de iones de sodio (Na⁺) y, dependiendo de la composición de la subunidad, de iones de calcio (Ca²⁺) a la neurona postsináptica, lo que provoca la despolarización y la propagación de señales excitatorias. [ 25 ] Una vez abierto, el canal puede sufrir una rápida desensibilización, deteniendo la corriente.

Mecanismo de desensibilización

El mecanismo de desensibilización se debe a un pequeño cambio en el ángulo de una de las partes del sitio de unión, cerrando el poro. [ 26 ] Los AMPAR se abren y cierran rápidamente (1 ms) y, por lo tanto, son responsables de la mayor parte de la transmisión postsináptica excitatoria rápida en el sistema nervioso central. [ 23 ]

Composición de subunidades y permeabilidad iónica

La permeabilidad del AMPAR al calcio y otros cationes , como el sodio y el potasio , está regulada por la subunidad GluA2. Si un AMPAR carece de la subunidad GluA2, será permeable al sodio, al potasio y al calcio. La presencia de la subunidad GluA2 hará que el canal sea impermeable al calcio. Esto se determina mediante la modificación postranscripcional —edición de ARN— del sitio de edición Q a R del ARNm de GluA2 . En este caso, la edición A→I altera el aminoácido glutamina (Q), que no tiene carga, por la arginina (R), que tiene carga positiva, en el canal iónico del receptor. El aminoácido con carga positiva en el punto crítico hace que sea energéticamente desfavorable para el calcio entrar en la célula a través del poro. [ 27 ] Casi todas las subunidades GluA2 en el SNC se editan a la forma GluA2(R). Esto significa que los iones principales regulados por los AMPAR son el sodio y el potasio, lo que distingue a los AMPAR de los receptores NMDA (los otros receptores de glutamato ionotrópicos principales en el cerebro), que también permiten la entrada de calcio. Sin embargo, tanto los receptores AMPA como los NMDA tienen un potencial de equilibrio cercano a 0 mV. Se propone que la prevención de la entrada de calcio en la célula tras la activación de los AMPAR que contienen GluA2 protege contra la excitotoxicidad . [ 28 ] La composición de subunidades del AMPAR también es importante para la forma en que se modula este receptor. Si un AMPAR carece de subunidades GluA2, entonces es susceptible de ser bloqueado de manera dependiente del voltaje por una clase de moléculas llamadas poliaminas . Por lo tanto, cuando la neurona está en un potencial de membrana despolarizado , las poliaminas bloquearán el canal del AMPAR con mayor fuerza, impidiendo el flujo de iones de potasio a través del poro del canal. Se dice, por lo tanto, que los AMPAR que carecen de GluA2 tienen una curva I/V rectificadora hacia adentro , lo que significa que dejan pasar menos corriente hacia afuera que hacia adentro a una distancia equivalente del potencial de inversión. [ 29 ] Los AMPAR permeables al calcio se encuentran típicamente temprano durante el desarrollo posnatal en neuronas piramidales neocorticales , [ 29 ] algunas interneuronas o en neuronas dopaminérgicas del área tegmental ventral después de la exposición a una droga adictiva. [ 30 ]

Además de la edición de ARN , el empalme alternativo permite la existencia de una gama de subunidades funcionales del receptor AMPA más allá de lo codificado en el genoma . En otras palabras, aunque un gen ( GRIA1 - GRIA4 ) codifica cada subunidad (GluA1-GluA4), el empalme posterior a la transcripción del ADN permite que algunos exones se traduzcan indistintamente, dando lugar a varias subunidades funcionalmente diferentes a partir de cada gen. [ 31 ]

La secuencia flip/flop es uno de esos exones intercambiables. Se trata de una secuencia de 38 aminoácidos que se encuentra antes (es decir, antes del extremo N-terminal ) del cuarto dominio membranoso en las cuatro subunidades del receptor AMPA, y determina la velocidad de desensibilización [ 32 ] del receptor, así como la velocidad de resensibilización [ 33 ] y la velocidad de cierre del canal [ 34 ] . La forma flip está presente en los receptores AMPA prenatales y genera una corriente sostenida en respuesta a la activación por glutamato [ 35 ] .

Plasticidad sináptica

Los receptores AMPA (AMPAR) son receptores de glutamato y canales catiónicos esenciales para la plasticidad y la transmisión sináptica en numerosas membranas postsinápticas. Una de las formas de plasticidad más estudiadas en el sistema nervioso es la potenciación a largo plazo (LTP). La LTP consta de dos componentes esenciales: la liberación presináptica de glutamato y la despolarización postsináptica. Por lo tanto, la LTP puede inducirse experimentalmente mediante un registro electrofisiológico pareado , estimulando una célula presináptica para que libere glutamato sobre una célula postsináptica despolarizada. El protocolo típico de inducción de LTP implica una estimulación tetánica, que consiste en una estimulación de 100 Hz durante un segundo. Al aplicar este protocolo a un par de células, se observa un aumento sostenido de la amplitud del potencial postsináptico excitatorio (EPSP) tras la estimulación tetánica . Esta respuesta resulta interesante, ya que se considera la correlación fisiológica del aprendizaje y la memoria en la célula. De hecho, se ha demostrado que, tras un único paradigma de evitación por pares en ratones, se puede registrar LTP en algunas sinapsis del hipocampo in vivo . [ 36 ]

Se ha estudiado exhaustivamente la base molecular de la LTP, y se ha demostrado que los receptores AMPA desempeñan un papel fundamental en este proceso. Tanto GluR1 como GluR2 son importantes en la plasticidad sináptica. Actualmente se sabe que la correlación fisiológica subyacente al aumento de la amplitud del EPSP es una regulación positiva postsináptica de los receptores AMPA en la membrana, [ 37 ] que se produce mediante las interacciones de estos receptores con numerosas proteínas celulares.

La explicación más sencilla de la LTP es la siguiente (consulte el artículo sobre potenciación a largo plazo para obtener una explicación mucho más detallada). El glutamato se une a los receptores AMPA postsinápticos y a otro receptor de glutamato, el receptor NMDA (NMDAR). La unión del ligando provoca la apertura de los receptores AMPA, y el Na + fluye hacia la célula postsináptica, lo que resulta en una despolarización. Los receptores NMDAR, por otro lado, no se abren directamente porque sus poros están ocluidos en el potencial de membrana en reposo por iones Mg2 + . Los receptores NMDAR solo pueden abrirse cuando una despolarización derivada de la activación de los receptores AMPA produce la repulsión del catión Mg2 + hacia el espacio extracelular, permitiendo el paso de corriente a través del poro. Sin embargo, a diferencia de los receptores AMPA, los receptores NMDAR son permeables tanto al Na + como al Ca2 + . El Ca2 + que entra en la célula desencadena la regulación positiva de los receptores AMPA en la membrana, lo que resulta en un aumento duradero de la amplitud del potencial postsináptico excitatorio (EPSP), que subyace a la LTP. La entrada de calcio también fosforila la CaMKII , que a su vez fosforila los receptores AMPA, aumentando así su conductancia de canal único.

Tráfico del receptor AMPA

Regulación del transporte de AMPAR a la densidad postsináptica en respuesta a estímulos inductores de LTP.
Regulación del transporte de AMPAR a la densidad postsináptica en respuesta a estímulos inductores de LTP.

Respuesta molecular y de señalización a estímulos inductores de LTP.

El mecanismo de la potenciación a largo plazo (LTP) ha sido objeto de debate durante mucho tiempo, pero recientemente se ha alcanzado cierto consenso. Los receptores AMPA desempeñan un papel fundamental en este proceso, ya que uno de los indicadores clave de la inducción de la LTP es el aumento de la proporción de receptores AMPA respecto a los receptores NMDA tras la estimulación de alta frecuencia. Se postula que los receptores AMPA se transportan desde la dendrita hasta la sinapsis y se incorporan a través de una serie de cascadas de señalización.

Los AMPAR se regulan inicialmente a nivel transcripcional en sus regiones promotoras 5'. Existe evidencia significativa que apunta al control transcripcional de los receptores AMPA en la memoria a largo plazo a través de la proteína de unión al elemento de respuesta de cAMP (CREB) y las quinasas de proteínas activadas por mitógenos (MAPK). [ 38 ] Los mensajes se traducen en el retículo endoplasmático rugoso (RE rugoso) y se modifican allí. Las composiciones de subunidades se determinan en el momento de la modificación en el RE rugoso. [ 15 ] Después del procesamiento post-RE en el aparato de Golgi, los AMPAR se liberan en la membrana perisináptica como una reserva a la espera de que se inicie el proceso de LTP.

El primer paso clave en el proceso posterior a la unión del glutamato a los NMDAR es la entrada de calcio a través de los receptores NMDA y la consiguiente activación de la proteína quinasa dependiente de Ca2 + /calmodulina (CaMKII). [ 39 ] El bloqueo de esta entrada o de la activación de CaMKII impide la LTP, lo que demuestra que estos son mecanismos necesarios para la LTP. [ 40 ] Además, la profusión de CaMKII en una sinapsis provoca LTP, lo que demuestra que es un mecanismo causal y suficiente. [ 41 ]

La CaMKII tiene múltiples modos de activación para causar la incorporación de receptores AMPA en la membrana perisináptica. La enzima CaMKII es responsable del desarrollo del citoesqueleto de actina de las células neuronales y, finalmente, del desarrollo de dendritas y axones (plasticidad sináptica). [ 42 ] El primero es la fosforilación directa de la proteína 97 asociada a la sinapsis (SAP97), una proteína de andamiaje . [ 43 ] Primero, SAP-97 y la miosina-VI, una proteína motora, se unen como un complejo al extremo C-terminal de los AMPAR. Tras la fosforilación por CaMKII, el complejo se mueve hacia la membrana perisináptica. [ 44 ] El segundo modo de activación es a través de la vía MAPK. La CaMKII activa las proteínas Ras, que a su vez activan la p42/44 MAPK, que impulsa la inserción de AMPAR directamente en la membrana perisináptica. [ 45 ]

Tráfico de receptores AMPA hacia la PSD en respuesta a LTP

Una vez que los receptores AMPA son transportados a la región perisináptica a través de la fosforilación de PKA o SAP97, los receptores son luego transportados a la densidad postsináptica (PSD). Sin embargo, este proceso de transporte a la PSD sigue siendo controvertido. Una posibilidad es que, durante la LTP, haya un movimiento lateral de los receptores AMPA desde los sitios perisinápticos directamente a la PSD. [ 46 ] Otra posibilidad es que la exocitosis de vesículas intracelulares sea responsable del transporte de AMPA a la PSD directamente. [ 47 ] Evidencia reciente sugiere que ambos procesos ocurren después de un estímulo de LTP; sin embargo, solo el movimiento lateral de los receptores AMPA desde la región perisináptica aumenta el número de receptores AMPA en la PSD. [ 48 ] El mecanismo exacto responsable del movimiento lateral de los receptores AMPA a la PSD aún no se ha descubierto; sin embargo, la investigación ha descubierto varias proteínas esenciales para el transporte de los receptores AMPA. Por ejemplo, la sobreexpresión de SAP97 conduce a un aumento del transporte de los receptores AMPA a las sinapsis . [ 49 ] Además de influir en la localización sináptica, también se ha descubierto que SAP97 influye en la conductancia del receptor AMPA en respuesta al glutamato . [ 50 ] Las proteínas miosina son proteínas motoras sensibles al calcio que también se han encontrado esenciales para el tráfico del receptor AMPA. La interrupción de la interacción de la miosina Vb con Rab11 y Rab11-FIP2 bloquea el crecimiento de la espina y el tráfico del receptor AMPA. [ 51 ] Por lo tanto, es posible que la miosina pueda impulsar el movimiento lateral de los receptores AMPA en la región perisináptica hacia la PSD. Las proteínas reguladoras del receptor AMPA transmembrana (TARP) son una familia de proteínas que se asocian con los receptores AMPA y controlan su tráfico y conductancia. [ 52 ] CACNG2 (Stargazin) es una de esas proteínas y se ha descubierto que se une a los receptores AMPA en las regiones perisináptica y postsináptica. [ 53 ] El papel de stargazin en el tráfico entre las regiones perisináptica y postsináptica sigue sin estar claro; Sin embargo, la stargazina es esencial para inmovilizar los receptores AMPA en la PSD mediante su interacción con PSD-95. [ 54 ] PSD-95 estabiliza los receptores AMPA en la sinapsis y la interrupción de la interacción stargazina-PSD-95 suprime la transmisión sináptica. [ 16 ]

Biofísica del tráfico de receptores AMPA

El movimiento de los receptores AMPA dentro de la membrana neuronal se modela comúnmente como difusión browniana , lo que refleja su movilidad lateral a través de la bicapa lipídica. Sin embargo, en los sitios sinápticos, particularmente en la densidad postsináptica (PSD), este movimiento está modulado por fuerzas de retención que pueden estabilizar transitoriamente los receptores. [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] Estas fuerzas no inmovilizan completamente los receptores AMPA, sino que permiten un intercambio dinámico con los receptores en el dominio perisináptico. [ 55 ] [ 56 ]

Se cree que la base molecular de esta estabilización implica la organización de nanodominios dentro de la PSD, incluyendo interacciones de anclaje con proteínas de andamiaje como PSD-95 y proteínas reguladoras del receptor AMPA transmembrana (TARP). [ 58 ] [ 59 ] Evidencia reciente sugiere que esta compartimentalización puede surgir a través de la separación de fases líquido-líquido (LLPS), un proceso biofísico por el cual se forman condensados ​​biomoleculares mediante interacciones débiles y multivalentes. La LLPS puede contribuir a la formación de nanodominios sinápticos que retienen o enriquecen selectivamente los AMPAR en sitios funcionales dentro de la PSD. [ 58 ] [ 59 ]

Tráfico constitutivo y cambios en la composición de las subunidades

Los receptores AMPA se transportan continuamente (endocitados, reciclados y reinsertados) dentro y fuera de la membrana plasmática . Los endosomas de reciclaje dentro de la espina dendrítica contienen grupos de receptores AMPA para dicha reinserción sináptica. [ 60 ] Existen dos vías distintas para el transporte de receptores AMPA: una vía regulada y una vía constitutiva. [ 61 ] [ 62 ]

En la vía regulada, los receptores AMPA que contienen GluA1 se transportan a la sinapsis de manera dependiente de la actividad, estimulados por la activación del receptor NMDA . [ 18 ] En condiciones basales, la vía regulada está esencialmente inactiva, activándose transitoriamente solo tras la inducción de la potenciación a largo plazo . [ 60 ] [ 61 ] Esta vía es responsable del fortalecimiento sináptico y de la formación inicial de nuevas memorias. [ 63 ]

En la vía constitutiva, los receptores AMPA que carecen de GluA1, generalmente receptores heteroméricos GluR2-GluR3, reemplazan a los receptores que contienen GluA1 de manera uno a uno, independiente de la actividad, [ 64 ] [ 65 ] preservando el número total de receptores AMPA en la sinapsis. [ 60 ] [ 61 ] Esta vía es responsable del mantenimiento de las nuevas memorias, sosteniendo los cambios transitorios resultantes de la vía regulada. En condiciones basales, esta vía está activa de forma rutinaria, ya que también es necesaria para el reemplazo de los receptores dañados.

Las subunidades GluA1 y GluA4 constan de una cola carboxilo (C) larga, mientras que las subunidades GluA2 y GluA3 constan de una cola carboxilo corta. Las dos vías están regidas por interacciones entre los extremos C de las subunidades del receptor AMPA y los compuestos y proteínas sinápticos. Las colas C largas impiden que los receptores GluR1/4 se inserten directamente en la zona de densidad postsináptica (PSDZ) en ausencia de actividad, mientras que las colas C cortas de los receptores GluA2/3 permiten que se inserten directamente en la PSDZ. [ 46 ] [ 66 ] El extremo C de GluA2 interactúa y se une a la proteína de fusión sensible a N-etilmaleimida (NSF), [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] lo que permite la inserción rápida de los receptores AMPA que contienen GluR2 en la sinapsis. [ 70 ] Además, las subunidades GluR2/3 están unidas a la sinapsis de forma más estable que las subunidades GluR1. [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]

Endocitosis de receptores AMPA inducida por LTD

Endocitosis del receptor AMPA inducida por LTD
Endocitosis de receptores AMPA inducida por LTD

La depresión a largo plazo activa mecanismos para disminuir la densidad de receptores AMPA en espinas dendríticas específicas, dependientes de clatrina y calcineurina , y distintos del tráfico constitutivo de AMPAR. La señal inicial para la endocitosis de AMPAR es un influjo de calcio dependiente de NMDAR por estimulación de baja frecuencia, que a su vez activa las proteínas fosfatasas PP1 y calcineurina. Sin embargo, la endocitosis de AMPAR también se ha activado por canales de calcio dependientes de voltaje , agonismo de receptores AMPA y administración de insulina , lo que sugiere que el influjo general de calcio es la causa de la endocitosis de AMPAR. [ 74 ] El bloqueo de PP1 no impidió la endocitosis de AMPAR, pero la aplicación de un antagonista de la calcineurina produjo una inhibición significativa de este proceso. [ 75 ]

La calcineurina interactúa con un complejo endocítico en la zona postsináptica, lo que explica sus efectos sobre la LTD. [ 76 ] El complejo, que consiste en una fosa recubierta de clatrina debajo de una sección de membrana plasmática que contiene AMPAR y proteínas interactivas, es el mecanismo directo para la reducción de los AMPAR, en particular los receptores que contienen las subunidades GluR2/GluR3, en la sinapsis. Las interacciones de la calcineurina activan la actividad GTPasa de la dinamina , lo que permite que la fosa de clatrina se escinda de la membrana celular y se convierta en una vesícula citoplasmática. [ 77 ] Una vez que la cubierta de clatrina se desprende, otras proteínas pueden interactuar directamente con los AMPAR utilizando dominios de cola carboxilo PDZ ; por ejemplo, la proteína 1 que interactúa con el receptor de glutamato ( GRIP1 ) se ha implicado en el secuestro intracelular de los AMPAR. [ 78 ] Los AMPAR intracelulares se clasifican posteriormente para su degradación por lisosomas o reciclaje a la membrana celular. [ 79 ] En este último caso, PICK1 y PKC pueden desplazar a GRIP1 para devolver los AMPAR a la superficie, revirtiendo los efectos de la endocitosis y la LTD cuando sea apropiado. [ 80 ] Sin embargo, el mecanismo dependiente de calcio y mediado por dinamina resaltado anteriormente se ha implicado como un componente clave de la LTD y, como tal, puede tener aplicaciones en futuras investigaciones del comportamiento. [ 81 ]

Función en las crisis epilépticas

Los receptores AMPA desempeñan un papel fundamental en la generación y propagación de las crisis epilépticas . [ 82 ] Se ha demostrado que la activación de los receptores AMPA por agonistas como el ácido kaínico , un convulsivo ampliamente utilizado en la investigación de la epilepsia, [ 83 ] induce crisis epilépticas tanto en modelos animales como en humanos, lo que subraya su contribución a la epileptogénesis . Por el contrario, los antagonistas dirigidos a los receptores AMPA han demostrado eficacia en la supresión de la actividad convulsiva, lo que resalta su potencial como agentes terapéuticos en el tratamiento de la epilepsia. [ 84 ]

Diana molecular para la terapia de la epilepsia

Se ha demostrado que los antagonistas no competitivos del receptor AMPA, talampanel y perampanel, tienen actividad en el tratamiento de adultos con crisis epilépticas de inicio parcial, [ 85 ] [ 86 ] lo que indica que los antagonistas del receptor AMPA representan una diana potencial para el tratamiento de la epilepsia . [ 87 ] [ 88 ] Perampanel (nombre comercial: Fycompa) recibió la autorización de comercialización de la Comisión Europea para el tratamiento de la epilepsia parcial el 27 de julio de 2012. El fármaco fue aprobado en los Estados Unidos por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) el 22 de octubre de 2012. Como ha ocurrido con la mayoría de los fármacos antiepilépticos (FAE ) desarrollados recientemente, incluidos la pregabalina , la lacosamida y la ezogabina , la FDA recomendó que la Administración para el Control de Drogas (DEA) clasificara el perampanel como un fármaco controlado. Ha sido designado como una sustancia controlada de la Lista 3.

El ácido decanoico actúa como un antagonista no competitivo del receptor AMPA en concentraciones terapéuticamente relevantes, de manera dependiente del voltaje y de la subunidad, lo cual es suficiente para explicar sus efectos anticonvulsivos. [ 89 ] Esta inhibición directa de la neurotransmisión excitatoria por el ácido decanoico en el cerebro contribuye al efecto anticonvulsivo de la dieta cetogénica de triglicéridos de cadena media . [ 89 ] El ácido decanoico y el fármaco antagonista del receptor AMPA perampanel actúan en sitios separados del receptor AMPA, por lo que es posible que tengan un efecto cooperativo en el receptor AMPA, lo que sugiere que el perampanel y la dieta cetogénica podrían ser sinérgicos. [ 89 ] [ 90 ]

La investigación preclínica sugiere que varios derivados de aminoácidos aromáticos con propiedades antiglutamatérgicas, incluyendo el antagonismo del receptor AMPA y la inhibición de la liberación de glutamato, como la 3,5-dibromo-D-tirosina y la 3,5-dibromo-L-fenilalanina, exhiben un fuerte efecto anticonvulsivo en modelos animales, lo que sugiere el uso de estos compuestos como una nueva clase de fármacos antiepilépticos. [ 91 ] [ 92 ]

Receptores AMPA en enfermedades más allá de la epilepsia.

Los receptores AMPA son esenciales para la neurotransmisión excitatoria en el SNC. [ 93 ] Más allá de su función establecida en la epilepsia, investigaciones recientes indican que los AMPAR están implicados en varios trastornos neurológicos y psiquiátricos, incluyendo la excitotoxicidad en el accidente cerebrovascular y la neurodegeneración , así como afecciones como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la enfermedad de Alzheimer (EA), la enfermedad de Huntington , la esquizofrenia y los trastornos del espectro autista (TEA). [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]

Excitotoxicidad en el ictus y la neurodegeneración

La activación excesiva de los receptores AMPA, en particular aquellos que carecen de la subunidad GluA2, conduce a una mayor permeabilidad al calcio, lo que contribuye al daño y la muerte neuronal, un fenómeno conocido como excitotoxicidad. Este mecanismo está implicado en eventos agudos como el accidente cerebrovascular y en enfermedades neurodegenerativas crónicas. [ 94 ] Por ejemplo, en la ELA, las neuronas motoras presentan niveles elevados de receptores AMPA permeables al calcio, lo que las hace más susceptibles al daño excitotóxico. [ 100 ]

Su papel en la ELA, la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Huntington.

ELA

Las neuronas motoras en pacientes con ELA expresan altos niveles de AMPAR permeables al calcio, lo que, combinado con una capacidad reducida de amortiguación del calcio, las hace vulnerables a la excitotoxicidad. [ 100 ]

Enfermedad de Alzheimer

Se han observado alteraciones en el tráfico y la función de los receptores AMPA en modelos de la enfermedad de Alzheimer. La desregulación del sitio de edición Q/R de la subunidad GluA2 afecta la permeabilidad al calcio, influyendo en la morfología de las espinas dendríticas y contribuyendo a la neurodegeneración y a los déficits de memoria. [ 101 ]

Enfermedad de Huntington

La proteína huntingtina mutante interrumpe la transmisión sináptica mediada por AMPAR al afectar el tráfico de receptores, lo que conduce a disfunción sináptica y pérdida neuronal en modelos de la enfermedad de Huntington. [ 102 ]

Déficits en el tráfico de receptores AMPA en la esquizofrenia y el autismo

Esquizofrenia

Se ha informado de una glicosilación N-ligada anormal de las subunidades de AMPAR en la esquizofrenia, lo que sugiere un tráfico de receptores y una localización sináptica alterados, que podrían ser la base de la disfunción glutamatérgica observada en el trastorno. [ 103 ]

Trastornos del espectro autista (TEA)

Se ha implicado a las alteraciones en el transporte de AMPAR en el TEA. Los estudios indican que la desregulación de proteínas involucradas en el transporte de AMPAR, como CYFIP1 , conduce a una disfunción sináptica asociada con comportamientos similares al autismo. [ 104 ]

Agonistas

El glutamato , agonista endógeno del receptor AMPA.
AMPA , un agonista sintético del receptor AMPA.

moduladores alostéricos positivos

Antagonistas

Moduladores alostéricos negativos

Perampanel , un modulador alostérico negativo del receptor AMPA utilizado para tratar la epilepsia .

Véase también

Referencias

  1. Biedermann, J; Braunbeck, S; Plested, AJR; Sun, H (2021-02-18). "Permeación catiónica no selectiva en un receptor de glutamato de tipo AMPA" . Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 118 (8) e2012843118. doi : 10.1073/pnas.2012843118 . PMC 7923540. PMID 33602810 .  
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  • Receptores AMPA - farmacología
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