Recaptación

La recaptación es la reabsorción de un neurotransmisor por un transportador de neurotransmisores ubicado a lo largo de la membrana plasmática de un terminal axónico (es decir, la neurona presináptica en una sinapsis) o una célula glial después de que haya realizado su función de transmitir un impulso nervioso .

La recaptación es esencial para la fisiología sináptica normal, ya que permite el reciclaje de neurotransmisores y regula su concentración en la sinapsis, controlando así la duración de la señal liberada. Debido a su gran tamaño e hidrofilia, los neurotransmisores no pueden difundirse a través de la membrana, por lo que se requieren proteínas transportadoras específicas para su reabsorción. Se han realizado numerosas investigaciones, tanto bioquímicas como estructurales, para comprender 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 basó en la purificación, secuenciación y clonación de la proteína transportadora en cuestión, o en estrategias de clonación por expresión en las que la función de transporte se utilizó como ensayo para las especies de ADNc que codificaban dicho transportador. Tras la separación, se observó que existían muchas similitudes entre las dos secuencias de ADN. Investigaciones posteriores en el campo de las proteínas de recaptación revelaron que muchos de los transportadores asociados con neurotransmisores importantes en el organismo también presentaban secuencias muy similares a los transportadores de GABA y noradrenalina. Los miembros de esta nueva familia incluyen transportadores de dopamina , noradrenalina , serotonina , glicina , prolina y GABA . Se les denominó 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 las similitudes entre secuencias y análisis de gráficos de hidropatía, se predijo que existen 12 regiones transmembrana hidrofóbicas en la familia de transportadores "clásicos". ^{[ 1 ]} Además, los extremos N y C se encuentran en el espacio intracelular . Estas proteínas también poseen un bucle extracelular extendido entre la tercera y la cuarta secuencia transmembrana. Experimentos de marcaje químico dirigido verificaron la organización topológica predicha del transportador de serotonina. ^{[ 2 ]}

Además de los transportadores de neurotransmisores, se encontraron muchas otras proteínas en animales y procariotas con secuencias similares, lo que indica una familia más grande de simportadores de neurotransmisores y sodio (NSS). Una de estas proteínas, LeuT, de Aquifex aeolicus , fue cristalizada por Yamashita et al. ^{[ 3 ]} con muy alta resolución, revelando una molécula de leucina y dos iones Na ⁺ unidos cerca del centro de la proteína. Encontraron que las hélices transmembrana (TM) 1 y 6 contenían segmentos desenrollados en el medio de la membrana. Junto con estas dos hélices, las hélices TM 3 y 8 y las áreas que rodean las secciones desenrolladas de 1 y 6 formaban los sitios de unión del sustrato y del ion sodio. La estructura cristalina reveló pseudo-simetría en LeuT, en la que la estructura de las hélices TM 1-5 se refleja en la estructura de las hélices 6-10.

La proteína presenta una cavidad extracelular en la que sobresale una horquilla helicoidal formada por el bucle extracelular EL4. En TM1, un aspartato distingue a los transportadores de monoaminas NSS de los transportadores de aminoácidos , que contienen una glicina en la misma posición. Se identificaron "compuertas" externas e internas en pares de residuos con carga negativa y positiva, tanto en la cavidad extracelular como cerca de los extremos citoplasmáticos de las hélices transmembrana 1 y 8.

Las proteínas transportadoras clásicas utilizan gradientes iónicos transmembrana y potencial eléctrico para transportar neurotransmisores a través de la membrana de la neurona presináptica. Los transportadores típicos de simporte de sodio (NSS) de neurotransmisores, que dependen de iones Na ⁺ y Cl− ^{, aprovechan} ambos gradientes, dirigidos hacia el interior a través de la membrana. Los iones fluyen a favor de sus gradientes de concentración, lo ^que en muchos casos produce un movimiento de carga transmembrana potenciado 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 del aminoácido en el sitio del sustrato y también mantienen al transportador en una conformación abierta hacia el exterior que permite la unión del sustrato. ^{[ 4 ]} Se ha propuesto que la función del ion Cl− ^en el mecanismo de simporte es estabilizar la carga del Na ⁺ simportado . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Tras la unión del ion y el sustrato, debe producirse 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 de cambio conformacional en el que un haz de cuatro hélices compuesto por los TM 1, 2, 6 y 7 cambia su orientación con respecto al resto de la proteína. ^{[ 7 ]} Posteriormente, una estructura de LeuT en la conformación abierta hacia el interior demostró que el componente principal del cambio conformacional representa el movimiento del haz en relación con el resto de la proteína. ^{[ 8 ]}

El objetivo principal 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 de neurotransmisor en la sinapsis. Esto aumenta la unión del neurotransmisor a los receptores de neurotransmisores pre y postsinápticos. ^{[ 9 ]} 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. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Sin embargo, la naturaleza competitiva de la inhibición del transporte de serotonina por los antidepresivos sugiere que en los transportadores de neurotransmisores, se unen en un sitio que se superpone al sitio del sustrato. ^{[ 12 ]}

Horschitz et al. ^{[ 13 ]} examinaron la selectividad de los inhibidores de la recaptación entre la proteína de recaptación de serotonina (SERT) de rata expresada en células de riñón embrionario humano (HEK-SERT). Presentaron a SERT dosis variables de citalopram (un ISRS ) o desipramina (un inhibidor de la proteína de recaptación de norepinefrina, NET). Al examinar las curvas dosis-respuesta (utilizando un medio normal como control), pudieron cuantificar que el citalopram actuaba sobre SERT como un ISRS, y que la desipramina no tenía efecto sobre SERT. En un experimento separado, Horschitz et al. expusieron HEK-SERT a citalopram a largo plazo. Observaron que la exposición prolongada condujo a 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. encontraron que después de retirar el citalopram del sistema, los niveles normales de expresión del sitio de unión de SERT volvieron a la normalidad. ^{[ 13 ]}

Se ha sugerido que la depresión es resultado de una disminución de la serotonina en la sinapsis, aunque esta hipótesis ha sido cuestionada desde la década de 1980. Inicialmente, se apoyó en la reducción exitosa de los síntomas depresivos tras la administración de antidepresivos tricíclicos (como la desipramina) e ISRS. Los antidepresivos tricíclicos inhiben la recaptación de serotonina y noradrenalina al actuar sobre el transportador de serotonina (SERT) y el transportador de noradrenalina (NET). Los ISRS inhiben selectivamente la recaptación de serotonina al actuar sobre el SERT . El resultado neto es un aumento de la cantidad de serotonina en la sinapsis, lo que incrementa la probabilidad de que la serotonina interactúe con un receptor de serotonina de la neurona postsináptica. Existen mecanismos adicionales por los cuales debe ocurrir la desensibilización del autorreceptor de serotonina , pero el resultado final es el mismo. ^{[ 14 ]} Esto aumenta la señalización de serotonina, lo que, según la hipótesis, se cree que eleva el estado de ánimo y, por lo tanto, alivia los síntomas depresivos. Esta propuesta sobre el mecanismo antidepresivo de los inhibidores de la recaptación de serotonina no tiene en cuenta la duración del efecto terapéutico, que puede tardar de semanas a meses, mientras que la inhibición del transportador es esencialmente inmediata.

El efecto neto del consumo de anfetamina (AMPH) es un aumento de dopamina, noradrenalina y serotonina en la sinapsis. Se ha demostrado que la AMPH actúa sobre el receptor 1 asociado a aminas traza (TAAR1) para inducir la inhibición de la liberación y recaptación en los transportadores de serotonina, noradrenalina y dopamina . Este efecto requiere que el transportador y el TAAR1 se encuentren ubicados conjuntamente en la misma neurona.

Los astrocitos parecen utilizar mecanismos de recaptación para una función neuroprotectora. Los astrocitos utilizan el transportador de aminoácidos excitatorios 2 (EAAT2, también conocido como GLT-1) para eliminar el glutamato de la sinapsis. Los ratones con deficiencia de EAAT2 fueron más propensos a sufrir convulsiones letales y espontáneas, así como lesiones cerebrales agudas en la corteza. Estos efectos podrían estar relacionados con el aumento de las concentraciones de glutamato en el cerebro de los ratones con deficiencia de EAAT2, según el análisis post mortem. ^{[ 15 ]}