Abridor de canales de cloruro

Los canales iónicos son proteínas formadoras de poros que facilitan el transporte de iones a través de las membranas, típicamente las membranas plasmáticas o las membranas de los orgánulos dentro de las células ^{[ 5 ]} [14]. Se consideran el segundo objetivo farmacológico más importante para los fármacos existentes, después de los receptores acoplados a proteínas G. ^{[ 5 ] Existe una} amplia variedad de canales iónicos, que se caracterizan típicamente por su mecanismo de activación, como los canales activados por ligando o los canales activados por voltaje, y el ion que transportan, como los iones sodio (Na), potasio (K) o cloruro (Cl). ^{[ 5 ]}

En el cuerpo humano existen varios canales de transporte intracelular con funciones variables para facilitar el mantenimiento y la conservación rutinarios. ^{[ 6 ]} Estos canales de transporte, incluidos los canales activados por ligando y los canales activados por voltaje, regulan la captación de estimulantes químicos que desencadenan la función neuronal. ^{[ 7 ]} El cloruro (Cl-), el anión más abundante en el cuerpo humano, ^{[ 6 ] [ 7 ]} así como el sodio (Na+) y el potasio (K+), determinan el potencial electroquímico a través de una célula. ^{[ 6 ]} La diferencia en la concentración de cloruro determina si una célula despolarizará o hiperpolarizará la membrana plasmática , lo que resulta en una respuesta neuronal. ^{[ 6 ]} Los canales de cloruro son un tipo de canal iónico activado por voltaje y son responsables de regular el transporte de iones cloruro y, por lo tanto, la excitación o inhibición neuronal. ^{[ 7 ]}

Los canales de cloruro están presentes en todo el cuerpo y desempeñan funciones importantes en muchos procesos fisiológicos. Algunas de las funciones de los canales de cloruro incluyen la homeostasis iónica, la regulación del volumen celular y la modulación de la excitabilidad eléctrica. ^{[ 8 ]} En el sistema nervioso central (SNC), los canales de cloruro son responsables tanto de la modulación directa de la actividad neuronal como del control indirecto de las funciones neuronales a través de la liberación de gliotransmisores por los astrocitos mediante la activación de aniones orgánicos como el GABA . ^{[ 7 ]} Los canales de cloruro también participan en la apoptosis celular causada por el estrés del retículo endoplasmático (RE), además de sus funciones en la modulación del potencial de membrana y la activación de aniones. ^{[ 7 ]} El estrés del RE juega un papel importante en trastornos neurológicos como la enfermedad de Alzheimer (EA).

Los iones cloruro estimulan la apertura de los canales de cloruro, por lo que el transporte activo y eficiente de estos iones es crucial para la función neuronal. El cloruro se transporta a través de las membranas celulares necesarias mediante proteínas transportadoras de cloruro. ^{[ 7 ]} La ​​función de estas proteínas es fundamental para una neuropatología adecuada, y su disfunción es característica de enfermedades y trastornos como la epilepsia y el autismo . ^{[ 7 ]}

Aunque existen diferentes opiniones entre los expertos sobre la clasificación de los distintos canales de cloruro, generalmente se pueden clasificar en cuatro familias identificadas, con las notables excepciones de los receptores de GABA y glicina activados por ligando: proteínas del canal ClC, canales CFTR (regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística), canales de cloruro activados por calcio y canales selectivos de aniones dependientes de voltaje. ^{[ 9 ]} Los grupos se asignan según sus propiedades moleculares y la variación en los estímulos de activación. Las proteínas del canal CLC, que se expresan en membranas celulares, orgánulos y vesículas , son de particular interés para el desarrollo de activadores de canales de cloruro debido a su regulación del transporte y los gradientes de iones cloruro para numerosas funciones celulares. ^{[ 7 ]}

Las proteínas del canal ClC, descubiertas en la década de 1990, se encuentran en las membranas plasmáticas e intracelulares de las células. ^{[ 10 ]} Expresadas como canales aniónicos o intercambiadores de aniones/proteínas, estas proteínas pueden unirse para formar dímeros homoméricos o heteroméricos. ^{[ 10 ] [ 6 ]} Estas proteínas poseen vías individuales, así como opciones de vías avanzadas cuando se incorporan a un dímero. Las funciones biológicas específicas del canal y del intercambiador varían según el tipo de organismo. La proteína del canal ClC-1, el primer miembro identificado de esta familia de proteínas, despertó un extraordinario interés científico al descubrirse que poseía dos compuertas o canales que funcionaban independientemente entre sí. ^{[ 11 ]} Esta denominada estructura de "doble barril" ofrece un potencial para una nueva comprensión y un diseño de fármacos muy complejo que aprovecha la sorprendente estructura de la proteína ClC-1. ^{[ 7 ]}

El regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR) es un canal de cloruro epitelial dependiente de la fosforilación, ubicado principalmente en la membrana apical de las células epiteliales para controlar la velocidad del flujo de iones cloruro. ^{[ 12 ]} Por lo tanto, los canales CFTR son cruciales para determinar el transporte transepitelial de sales, el flujo de fluidos y las concentraciones de iones. Los canales de cloruro CFTR desempeñan funciones importantes en diversos aspectos del cuerpo humano, como la secreción de fluidos y electrolitos en los intestinos, el páncreas y las glándulas sudoríparas. La estructura del CFTR consta de cinco dominios: dos dominios de unión a nucleótidos, dos dominios transmembrana y un único dominio regulador. ^{[ 12 ]} Cada uno de los dominios contribuye de manera diferente a la función general del canal de cloruro CFTR. Los dominios transmembrana crean el poro del canal, mientras que la fosforilación del dominio regulador controla la actividad de los canales, y la hidrólisis de ATP de los dominios de unión a nucleótidos modula la apertura y cierre de los canales. ^{[ 12 ]} Cuando los canales CFTR funcionan mal, se altera el transporte de iones cloruro a través de las células epiteliales, lo que afecta la función de varios órganos revestidos por estas células y conduce al trastorno genético de la fibrosis quística. ^{[ 12 ]} Por consiguiente, los canales CFTR también representan un objetivo clave para el desarrollo de agonistas de los canales de cloruro.

La familia de canales de cloruro activados por calcio (CaCC) está presente en una amplia gama de tejidos, participando en diversos procesos fisiológicos, como la secreción epitelial, la transducción sensorial y la contracción del músculo liso. ^{[ 13 ]} Los CaCC se activan por iones de calcio citosólicos y el transporte transmembrana moderado de aniones responde a un aumento en la concentración intracelular de iones de calcio. ^{[ 14 ]} El CaCC más notable es el TMEM16A, presente en varios tejidos del cuerpo. El TMEM16A desempeña diversas funciones en los distintos tejidos en los que se encuentra, como la secreción de iones cloruro en el epitelio de las vías respiratorias, lo que lo convierte en una diana importante para el desarrollo de fármacos moduladores del cloruro para el tratamiento de la fibrosis quística. ^{[ 14 ]}

Los canales selectivos de aniones dependientes de voltaje (VDAC), también conocidos como porinas mitocondriales, son canales permeables a diversos aniones, cationes y otros metabolitos, incluido el ATP. ^{[ 15 ]} A potenciales transmembrana bajos, los canales VDAC son más selectivos para aniones como los iones cloruro, en comparación con los cationes, pero a potenciales transmembrana altos, favorecen los cationes sobre los aniones. ^{[ 15 ]} Por lo tanto, es probable que estos canales de poro grande desempeñen un papel clave en la regulación del transporte de metabolitos, incluidos los iones cloruro, dentro y fuera de las mitocondrias, y podrían constituir un objetivo para fármacos moduladores de canales de cloruro. Sin embargo, otros tipos de canales de cloruro probablemente representen una opción más viable para el desarrollo de fármacos moduladores de canales, como los agonistas de canales de cloruro.

Los receptores GABAérgicos, que reciben GABA, el neurotransmisor inhibidor más abundante en el SNC de los mamíferos, se dividen en tres subclases: GABA-A, GABA-B y GABA-C. ^{[ 16 ]} Tanto los receptores GABA-A como los GABA-C son canales de cloruro ionotrópicos regulados por ligando, mientras que el receptor GABA-B es un receptor metabotrópico acoplado a proteína G. ^{[ 17 ]} Los receptores ionotrópicos GABA-A y GABA-C pueden activarse por el GABA para abrirse y permitir la entrada de iones cloruro negativos en la célula, desempeñando un papel importante en el control de la excitabilidad neuronal. Por consiguiente, tanto los receptores GABA-A como los GABA-C, en particular los receptores GABA-A, representan objetivos importantes para el desarrollo de fármacos agonistas de los canales de cloruro.

Los receptores GABA-A son canales aniónicos activados por GABA que participan en la transmisión sináptica inhibitoria rápida a través del SNC de los vertebrados ^{[ 18 ]} [28]. Estos receptores están acoplados a canales de cloruro intrínsecos que se activan al unirse al GABA, un neurotransmisor inhibitorio. ^{[ 11 ]} Al activarse, se produce una inhibición gabaérgica de dos tipos: fásica y tónica. ^{[ 16 ]} La inhibición fásica mediada por el receptor GABA-A es el resultado de una breve exposición de los receptores GABA-A postsinápticos a altas concentraciones de GABA. Por otro lado, la inhibición tónica mediada por el receptor GABA-A resulta de la activación de receptores extrasinápticos por bajas concentraciones de GABA ambiental. ^{[ 16 ]} Entre el 75 % y el 90 % de la inhibición GABA-A en el SNC es tónica. ^{[ 16 ]}

Los receptores GABA-A forman parte de la familia de canales iónicos pentaméricos con bucle de cisteína activados por ligando, que incluye múltiples canales activados por neurotransmisores. ^{[ 11 ]} Los receptores GABAA se ensamblan a partir de cinco subunidades. Dichas subunidades y variantes de empalme se pueden distinguir como α1-α6, β1-β3, γ1-γ3, δ, ε, π y θ. ^{[ 16 ]} Se cree que las mutaciones en las subunidades del receptor GABA-A son una causa potencial de muchos trastornos neurológicos y del SNC. Por ejemplo, se cree que los trastornos del sueño relacionados con la epilepsia se deben parcialmente a la activación inadecuada de la subunidad β3 del receptor GABA-A. ^{[ 16 ]} Varios otros trastornos del estado de ánimo patológicos, como la ansiedad y la esquizofrenia, son objetivos terapéuticos importantes para GABA-A. ^{[ 16 ]} Los tratamientos para GABA-A son una terapia relacionada que podría tratarse o ser objetivo de fármacos activadores de los canales iónicos de cloruro.

Los canales de cloruro fueron en gran medida ignorados como objetivos farmacológicos durante muchos años, con un mayor énfasis en los canales regulados por ligando debido a la alta selectividad (fácil focalización) de los ligandos en comparación con los iones cloruro. ^{[ 7 ] [ 11 ]} Aparte del descubrimiento de los receptores GABA-A, los canales de cloruro han permanecido poco estudiados en el mundo de la terapéutica farmacológica. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 11 ]} El descubrimiento de los receptores GABA-A ha permitido a la comunidad científica ver que los canales de cloruro podrían tener un vínculo directo con el funcionamiento de las células del sistema nervioso central (SNC). ^{[ 7 ]} Sin embargo, la falta de una comprensión completa del funcionamiento preciso de los canales de cloruro dificulta la creación de fármacos que puedan modular estos canales con un alto nivel de especificidad.

Los fármacos moduladores de canales iónicos, también conocidos como moduladores de canales iónicos, pertenecen a una categoría de medicamentos que controlan el funcionamiento de dichos canales. Los moduladores de canales iónicos pueden actuar como bloqueadores o activadores de estos canales, y pueden modularlos de forma directa o indirecta. La modulación de canales iónicos es de gran importancia en el desarrollo de fármacos, ya que los moduladores de canales iónicos pueden utilizarse para tratar una amplia variedad de afecciones médicas, como la diabetes y la hipertensión. ^{[ 19 ]}

Los canales iónicos son importantes dianas farmacológicas debido a su relevancia en una amplia gama de procesos fisiológicos. ^{[ 20 ]} Sin embargo, el desarrollo de fármacos moduladores de canales iónicos ha sido históricamente complejo debido a factores como la especificidad de la diana, la complejidad estructural de las proteínas de los canales iónicos, la identificación de los sitios de unión del fármaco y los métodos de cribado de fármacos. En cuanto a la especificidad, dado que los canales iónicos desempeñan diversas funciones, la falta de selectividad puede provocar efectos secundarios indeseables por parte de los moduladores de canales. ^{[ 21 ]}

Existen diversos factores que contribuyen a la activación de los canales de cloruro. Algunos de estos factores son la hinchazón celular, el desequilibrio de cloruro, la señalización intracelular de Ca2+, los cambios en el potencial de membrana y los cambios en el pH intracelular, entre otros. ^{[ 22 ]}

Un ejemplo de un activador común de los canales de cloruro que se utiliza para tratar tanto el estreñimiento causado por el SII (síndrome del intestino irritable) como la fibrosis quística es la lubiprostona . ^{[ 23 ]} Este fármaco se absorbe mal tras la administración oral, hasta su eventual metabolización en el estómago y el intestino delgado (específicamente el yeyuno ). Una vez metabolizado, la lubiprostona utiliza la estimulación de la membrana para estimular selectivamente los canales CLC-2 (canales de cloruro de tipo 2), lo que conduce a una vía que libera líquidos y alivia los síntomas. Otro ejemplo es el fármaco ivermectina , que se une a los receptores de los canales de cloruro activados por glutamato, provocando su apertura y permitiendo el flujo de iones cloruro hacia la célula. ^{[ 24 ] [ 25 ]} La ivermectina se une al dominio transmembrana de los receptores de los canales de cloruro activados por glutamato, permitiendo una conformación de poro abierto. ^{[ 24 ]}

El desarrollo de fármacos dirigidos a canales iónicos, como los canales de cloruro, se ha quedado rezagado con respecto al desarrollo de canales iónicos debido a los desafíos técnicos relacionados con los métodos de cribado de moduladores de canales de cloruro. ^{[ 19 ]} Dado que la tecnología utilizada para el desarrollo de fármacos dirigidos a canales iónicos y catiónicos es en gran medida similar, muchas de las estrategias empleadas pueden aplicarse indistintamente. Por lo tanto, el principal obstáculo para el desarrollo de fármacos dirigidos a canales de cloruro es el método de cribado. Existe una gran cantidad de toxinas conocidas capaces de modular cationes, lo que permite la caracterización molecular de los canales iónicos. ^{[ 19 ]} Si bien se acepta ampliamente que los canales iónicos están presentes en todas las células de mamíferos, su caracterización ha sido más difícil. ^{[ 27 ]}

Las mutaciones del canal activado por cloruro han sido un objetivo farmacológico importante, ya que la disfunción de este receptor produce enfermedades musculares comunes como la hiperekplexia e incluso trastornos depresivos. ^{[ 3 ]} Un trastorno musculoesquelético que también está influenciado por mutaciones en los canales activados por cloruro es la fibrosis quística ^{[ 28 ]} [5 ]. Una mutación del canal de cloruro del regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR) es la mutación más común que causa fibrosis quística y, por lo tanto, ha sido un objetivo lógico para las terapias. ^{[ 28 ]} La mutación específica es una deleción del residuo de aminoácido fenilalanina en la posición 508 (ΔF508). Una clase de compuestos de cumarina naturales, identificados por los científicos, es capaz de corregir la activación defectuosa del canal de cloruro. ^{[ 28 ]} El compuesto, que es una hierba medicinal china, se mezcló con un agonista del AMPc (monofosfato de adenosina cíclico) y se expuso a la mutación en cuestión. ^{[ 28 ]} El DeltaF508-CFTR se activó mediante la mezcla de cumarina y agonista de cAMP. Tras lavar la cumarina del ensayo, la activación del DeltaF508-CFTR cesó. ^{[ 28 ]} Esta innovación indica que los compuestos naturales podrían utilizarse como fármacos activadores de los canales de cloruro.

Muchas de las funciones del Sistema Nervioso Central (SNC) dependen en gran medida de la homeostasis de los niveles de iones cloruro. Si bien los canales de cloruro (CLC) y los transportadores de iones son útiles para regular esta homeostasis, los canales de cloruro proporcionan una respuesta más rápida a los cambios en los niveles moleculares, lo que los hace esenciales para la función del SNC. ^{[ 7 ]} En particular, los canales CLC-1 y CLC-2 desempeñan funciones esenciales en el SNC; su disfunción o mutación puede provocar trastornos neurológicos. El CLC-1 está presente en el hipocampo, la neocorteza frontal y los núcleos del tronco encefálico y el tálamo . Debido a su papel en procesos fisiológicos como la maduración de la red neuronal y la excitabilidad, la manipulación del canal de cloruro se ha relacionado con enfermedades como la epilepsia. ^{[ 29 ]} Varias compañías han creado fármacos dirigidos a los canales de cloruro con la intención de modular/alterar la función de CLC-1, como la acetazolamida (un fármaco que eleva la conductancia de cloruro, actuando como un abridor de canales de cloruro) y NMD670, un inhibidor de CLC-1. ^{[ 7 ] [ 30 ]} CLC-2 se expresa más comúnmente en el SNC y, por lo tanto, contribuye a una amplia gama de funciones que pueden conducir a estados patológicos si muta. En particular, CLC-2 media las corrientes de cloruro y ayuda con el flujo sanguíneo y la neuroprotección del hipocampo. Los dímeros del canal CLC-2 tienen protoporos que pueden abrirse individualmente o juntos a través de un proceso de compuerta común activado por hiperpolarización. ^{[ 31 ]} Fármacos como el omeprazol y la lubistiprona buscan activar los canales CLC-2 en áreas específicas utilizando su capacidad de ser activados por métodos como el cambio de pH extracelular. CLC-2 también se ha relacionado con enfermedades neurológicas como la epilepsia.

Como uno de los trastornos neurológicos más comunes, la epilepsia es un objetivo ventajoso para el tratamiento. ^{[ 16 ]} Se cree que la epilepsia está asociada con niveles extremadamente altos de calcio , hasta 2-5 veces los niveles fisiológicos normales de calcio. ^{[ 16 ]} Se han hecho propuestas para utilizar la relación entre los iones extracelulares e intracelulares para regular los niveles altos y persistentemente altos de calcio cuando sea aplicable. Aunque este enfoque podría, en teoría, ser una solución, la falta de éxito en los estudios dirigidos a los canales de calcio para este propósito ha hecho que se abandone en su mayoría ^{[ 16 ]} [27 ]. Por lo tanto, la probabilidad de una mayor inversión en activadores de canales de iones cloruro en lugar de activadores de canales de iones calcio es baja sin un descubrimiento o innovación científica significativa.