Articulo de referencia

Subunidad alfa 9 del canal iónico dependiente de voltaje de sodio

La subunidad alfa 9 del canal iónico de sodio dependiente de voltaje (también Na v 1.7 ) es un canal de iones de sodio que, en humanos, está codificado por el gen SCN9A . [ 5 ] ...

La subunidad alfa 9 del canal iónico de sodio dependiente de voltaje (también Na v 1.7 ) es un canal de iones de sodio que, en humanos, está codificado por el gen SCN9A . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Generalmente se expresa en altos niveles en dos tipos de neuronas : las neuronas nociceptivas (del dolor) en el ganglio de la raíz dorsal (DRG) y el ganglio trigémino ; y las neuronas del ganglio simpático , que forman parte del sistema nervioso autónomo (involuntario). [ 8 ] [ 9 ]

Función

Estructura de la subunidad alfa 9 del canal de sodio dependiente de voltaje humano en complejo con subunidades beta auxiliares, ProTx-II y tetrodotoxina (Y1755 hacia abajo) del RCSB PDB (6J8J).

La subunidad alfa 9 del canal de sodio dependiente de voltaje juega un papel crítico en la generación y conducción de potenciales de acción y, por lo tanto, es importante para la señalización eléctrica de la mayoría de las células excitables. Na v 1.7 está presente en las terminaciones de los nervios sensibles al dolor, los nociceptores , cerca de la región donde se inicia el impulso. La estimulación de las terminaciones nerviosas nociceptivas produce "potenciales generadores", que son pequeños cambios en el voltaje a través de las membranas neuronales. El canal Na v 1.7 amplifica estas despolarizaciones de membrana, y cuando la diferencia de potencial de membrana alcanza un umbral específico , la neurona dispara. En las neuronas sensoriales, se pueden diferenciar múltiples corrientes de sodio dependientes de voltaje por su dependencia de voltaje y por sensibilidad al bloqueador de canales de sodio dependientes de voltaje tetrodotoxina . El canal Na v 1.7 produce una corriente de activación e inactivación rápida que es sensible al nivel de tetrodotoxina. [ 10 ] Na v 1.7 es importante en las fases tempranas de la electrogénesis neuronal . La actividad de Na v 1.7 consiste en una transición lenta del canal a un estado inactivo cuando se despolariza, incluso en un grado menor. [ 11 ] Esta propiedad permite que estos canales permanezcan disponibles para la activación incluso con despolarizaciones pequeñas o de desarrollo lento . La estimulación de las terminaciones nerviosas nociceptivas produce "potenciales generadores", pequeños cambios en el voltaje a través de las membranas neuronales. [ 11 ] Esto lleva a las neuronas a un voltaje que estimula Na v 1.8 , que tiene un umbral de activación más despolarizado que produce la mayor parte de la corriente transmembrana responsable de la fase despolarizante de los potenciales de acción. [ 12 ]

Ensayos basados ​​en células

Los canales iónicos heteromultiméricos, como el Na v 1.7, constan de múltiples subunidades, incluyendo subunidades formadoras de poros y subunidades accesorias. La creación de células de laboratorio que contengan múltiples subunidades es un desafío. Se han utilizado sondas de señalización fluorogénicas y citometría de flujo para crear células de laboratorio que contienen el canal heteromultimérico Na v 1.7, incluyendo al menos dos de sus subunidades accesorias. [ 13 ]

Importancia clínica

Estudios con animales

El papel crítico de Na v 1.7 en la nocicepción y el dolor se demostró originalmente utilizando ratones knockout específicos de tejido por recombinación Cre-Lox . Estos ratones transgénicos carecen específicamente de Na v 1.7 en los nociceptores positivos para Na v 1.8 y mostraron respuestas conductuales reducidas, específicamente a ensayos de dolor mecánico agudo e inflamatorio. Al mismo tiempo, las respuestas conductuales a ensayos de dolor térmico agudo y neuropático permanecieron intactas. [ 14 ] Sin embargo, la expresión de Na v 1.7 no se restringe a las neuronas DRG positivas para Na v 1.8. Trabajos adicionales que examinaron la respuesta conductual de otras dos cepas de ratones transgénicos; una que carece de Na v 1.7 en todas las neuronas DRG y la otra que carece de Na v 1.7 en todas las neuronas DRG así como en todas las neuronas simpáticas, ha revelado conjuntos distintos de neuronas periféricas específicas de modalidad. [ 15 ] Por lo tanto, la expresión de Na v 1.7 en las neuronas DRG positivas para Na v 1.8 es fundamental para las respuestas normales a los ensayos de dolor mecánico agudo e inflamatorio. Mientras que la expresión de Na v 1.7 en las neuronas DRG negativas para Na v 1.8 es fundamental para las respuestas normales a los ensayos de dolor térmico agudo. Finalmente, la expresión de Nav1.7 en las neuronas simpáticas es fundamental para las respuestas conductuales normales a los ensayos de dolor neuropático.

Eritromelalgia primaria

Una mutación en Na v 1.7 puede provocar eritromelalgia primaria (EP), un trastorno hereditario autosómico dominante caracterizado por ataques o episodios de dolor urente simétrico en los pies, las piernas y, a veces, las manos, aumento de la temperatura cutánea en las zonas afectadas y enrojecimiento de las extremidades. La mutación causa una actividad excesiva del canal, lo que sugiere que Na v 1.7 regula la ganancia de la señalización del dolor en humanos. Se observó que una mutación de sentido erróneo en el gen SCN9A afectaba a residuos conservados en la subunidad α formadora de poros del canal Na v 1.7. Diversos estudios han encontrado una docena de mutaciones de SCN9A en varias familias que causan eritromelalgia. [ 16 ] [ 17 ] Todas las mutaciones de eritromelalgia observadas son mutaciones de sentido erróneo que modifican residuos de aminoácidos importantes y altamente conservados de la proteína Na v 1.7. La mayoría de las mutaciones que causan PE se localizan en los enlaces citoplasmáticos del canal Na v 1.7; sin embargo, algunas mutaciones se encuentran en los dominios transmembrana del canal. Las mutaciones PE provocan un desplazamiento hiperpolarizante en la dependencia del voltaje de la activación del canal, lo que permite que este se active con despolarizaciones menores a las normales, aumentando así la actividad de Na v 1.7. Además, la mayoría de las mutaciones PE también ralentizan la desactivación, manteniendo el canal abierto durante más tiempo una vez activado. [ 18 ] Asimismo, en respuesta a un estímulo despolarizante lento, la mayoría de los canales mutantes generarán una corriente de sodio mayor a la normal. Cada una de estas alteraciones en la activación y desactivación puede contribuir a la hiperexcitabilidad de las neuronas DRG que transmiten señales de dolor y que expresan estos canales mutantes, causando así una sensibilidad extrema al dolor ( hiperalgesia ). Si bien la expresión de mutaciones PE Na v 1.7 produce hiperexcitabilidad en neuronas DRG, estudios en neuronas ganglionares simpáticas de rata cultivadas indican que la expresión de estas mismas mutaciones PE resulta en una reducción de la excitabilidad de estas células. Esto ocurre porque los canales Na v 1.8, que se expresan selectivamente además de Na v 1.7 en neuronas DRG, no están presentes en las neuronas ganglionares simpáticas. Por lo tanto, la falta de Na v 1.7 resulta en la inactivación de los canales de sodio, lo que resulta en una excitabilidad reducida. Por lo tanto, la interacción fisiológica de Na v 1.7 y Na v1.8 puede explicar por qué la PE se presenta con dolor debido a la hiperexcitabilidad de los nociceptores y con disfunción simpática que muy probablemente se deba a la hipoexcitabilidad de las neuronas del ganglio simpático. [ 9 ] Estudios recientes han asociado un defecto en SCN9A con insensibilidad congénita al dolor . [ 19 ]

Trastorno de dolor extremo paroxístico

El trastorno de dolor extremo paroxístico (PEPD) es otro trastorno de dolor extremo poco frecuente. [ 20 ] [ 21 ] Al igual que la eritromelalgia primaria, el PEPD es igualmente el resultado de una mutación de ganancia de función en el gen que codifica el canal Na v 1.7. [ 20 ] [ 21 ] La disminución de la inactivación causada por la mutación es la causa de potenciales de acción prolongados y descargas repetitivas. Dicha descarga alterada causará una mayor sensación de dolor y una mayor actividad del sistema nervioso simpático, produciendo el fenotipo observado en pacientes con PEPD. [ 22 ]

Insensibilidad congénita al dolor

Las personas con insensibilidad congénita al dolor presentan lesiones indoloras desde la infancia, pero por lo demás, sus respuestas sensoriales son normales al examen. Los pacientes suelen tener hematomas y cortes, [ 23 ] y a menudo solo se les diagnostica por cojera o falta de uso de una extremidad . Se ha informado que algunas personas pueden caminar sobre brasas ardientes e insertar cuchillos y clavar púas en sus brazos. Se ha observado que la insensibilidad al dolor no parece deberse a degeneración axonal.

Se ha detectado una mutación que causa la pérdida de la función de Na v 1.7 en tres familias consanguíneas del norte de Pakistán. Todas las mutaciones observadas fueron mutaciones sin sentido , y la mayoría de los pacientes afectados presentaban una mutación homocigótica en el gen SCN9A . Este descubrimiento vincula la pérdida de la función de Na v 1.7 con la incapacidad de experimentar dolor. Esto contrasta con la base genética de la eritromelalgia primaria , en la que el trastorno resulta de mutaciones con ganancia de función. [ 19 ]

Analgésicos clínicos

Los anestésicos locales como la lidocaína , así como el anticonvulsivo fenitoína , median sus efectos analgésicos bloqueando de forma no selectiva los canales de sodio dependientes de voltaje. [ 24 ] [ 25 ] Na v 1.7, así como Na v 1.3 , Na v 1.8 y Na v 1.9 , son los canales específicos que se han implicado en la señalización del dolor. [ 24 ] [ 26 ] Por lo tanto, es probable que el bloqueo de estos canales específicos sea la base de la analgesia de los anestésicos locales y los anticonvulsivos como la fenitoína. [ 24 ] Además, es probable que la inhibición de estos canales también sea responsable de la eficacia analgésica de ciertos antidepresivos tricíclicos y de la mexiletina . [ 27 ] [ 28 ]

Picar

Las mutaciones de Na v 1.7 se han relacionado con el picor (prurito), [ 29 ] [ 30 ] y los knockouts genéticos de Na v 1.7 [ 31 ] y un anticuerpo que inhibe Na v 1.7 también parecen inhibir el picor. [ 32 ] [ 33 ]

Perspectivas de futuro

Dado que el canal Na v 1.7 parece ser un componente muy importante en la nocicepción, y su actividad nula confiere analgesia total, [ 21 ] ha habido un gran interés en desarrollar bloqueadores selectivos del canal Na v 1.7 como posibles analgésicos novedosos. [ 34 ] Como el Na v 1.7 no está presente en el tejido cardíaco ni en el sistema nervioso central, los bloqueadores selectivos de Na v 1.7, a diferencia de los bloqueadores no selectivos como los anestésicos locales, podrían usarse sistémicamente de forma segura para el alivio del dolor. Además, los bloqueadores selectivos de Na v 1.7 podrían resultar analgésicos mucho más eficaces y con menos efectos indeseables que las farmacoterapias actuales. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

Varios bloqueadores selectivos de Na v 1.7 (y/o Na v 1.8) se encuentran en desarrollo clínico, incluyendo funapide (TV-45070, XEN402), PF-05089771 , DSP-2230 , NKTR-171 , GDC-0276 y RG7893 (GDC-0287). [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] La ralfinamida (anteriormente NW-1029, FCE-26742A, PNU-0154339E) es un bloqueador multimodal no selectivo del canal Na v que se encuentra en desarrollo para el tratamiento del dolor. [ 40 ]

Sorprendentemente, se ha descubierto que muchos bloqueadores potentes de Na v 1.7 son clínicamente efectivos pero solo analgésicos relativamente débiles. [ 41 ] Recientemente, se ha dilucidado que la pérdida congénita de Nav v 1.7 produce un aumento drástico en los niveles de encefalinas endógenas , y se descubrió que el bloqueo de estos opioides con el antagonista opioide naloxona permitía la sensibilidad al dolor tanto en ratones nulos de Nav v 1.7 como en una mujer con un gen Nav v 1.7 defectuoso y la insensibilidad congénita al dolor asociada . [ 41 ] El desarrollo del péptido derivado del veneno, JNJ63955, permitió la inhibición selectiva de Na v 1.7 solo cuando estaba en estado cerrado, lo que produjo resultados, en ratones, mucho más similares a los modelos knock-out. [ 42 ] Es posible que el bloqueo del canal sea máximo solo cuando el canal está inhibido en su estado cerrado. Parece que la inactivación completa del eflujo de sodio mediado por Na v 1.7 es necesaria para aumentar la expresión de encefalina lo suficiente como para lograr una analgesia completa. Antes del desarrollo de JNJ63955, los antagonistas de [Na v 1.7] más potentes no habían logrado el mismo grado de analgesia que la inactividad congénita de Na v 1.7. [ 41 ] El mecanismo propuesto también sugiere que los efectos analgésicos de los bloqueadores de Na v 1.7 pueden potenciarse considerablemente mediante la coadministración de opioides exógenos o inhibidores de la encefalinasa . [ 41 ] En apoyo de esta idea, ya se ha observado una fuerte sinergia analgésica entre anestésicos locales y opioides tópicos en la investigación clínica. [ 41 ]

Una implicación adicional de los hallazgos mencionados es que la insensibilidad congénita al dolor puede ser clínicamente tratable con antagonistas de los opioides. [ 41 ]

En 2021, los investigadores describieron un nuevo enfoque, desarrollando un método de edición del epigenoma CRISPR-dCas9 para un posible tratamiento del dolor crónico mediante la represión de la expresión del gen Na v 1.7 , que mostró potencial terapéutico en tres modelos de ratón de dolor crónico. [ 43 ] [ 44 ]

Referencias

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  • SCN9A+proteína,+humana en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
  • Entrada de GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre eritromelalgia hereditaria relacionada con SCN9A.
  • Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q15858 (subunidad alfa de la proteína del canal de sodio tipo 9) en el PDBe-KB .