GABA e trasmissione GABAergica
Struttura tipica di un amminoacido
La trasmissione GABAergica è una delle più importanti poiché, il GABA, risulta essere uno dei
neurotrasmettitori inibitori più importanti ed abbondanti, infatti il 35%-40% delle sinapsi risulta
essere di questo tipo.
L’attivazione di questo sistema, è di tipo inibitoria su tutte le sinapsi del SNC, quindi è fonte di
controllo di tutte le sinapsi cerebrali. Tutto ciò avviene poiché, ogni neurone, riceve input inibitori
ed eccitatori, in maniera ordinata. Se ci fosse uno squilibrio fra queste 2 componenti, vi sarebbe
l’insorgere di alcune patologie.
In generale, però, possiamo dire che:
➢ L’eccitazione determina dei potenziali d’azione
➢ L’inibizione determina ipepolarizzazione
Tutto ciò dovrebbe essere estremamente bilanciato e proporzionato.
Il GABA e i neuroni GABAergici si trovano ampiamente distribuiti nel cervello e nel midollo
spinale e solo delle piccole tracce si trovano nei tessuti.
Nella retina, ad esempio, vi sono dei recettori del GABA chiamati GABAc.
Come per il glutammato, il GABA, non ha capacità di attraversare la barriera ematoencefalica, per
cui, il GABA, viene sintetizzato nel cervello stesso. Per l’appunto, sono stati creati dei precursori
del GABA in grado di oltrepassare queste barriera che, una volta dentro, vengono trasformati in
GABA. Non può essere utilizzato a scopo topico.
L’importanza di questa trasmissione e del GABA in generale, è comprensibile visto il loro
coinvolgimento in numerose condizione fisiopatologiche e i conseguenti farmaci che agiscono sugli
stessi.
A livello cerebrale, il GABA ha una distribuzione
ampia, ma non uniforme, con una maggiore
presenza di neuroni GABAergici nella substantia
nigra fino allo striato, nel globo pallido,
nell’ipotalamo, nei corpi quadrigemini,corteccia
cerebrale, ippocampo, cervelletto.
SINTESI DEL GABA
La sintesi del GABA, avviene a partire dal glutammato e l’enzima responsabile della sua sintesi e
l’acido glutammico decarbossilasi (GAD) che, inoltre, fa da marker per il neurone GABA-ergico.
Il catabolismo avviene ad opera di una transaminasi (GABA-transaminasi) che trasforma il GABA
in semialdeide succinica che, in seguito ad una successiva reazione da parte di una succinicosemialdeide-deidrogenasi, porta alla formazione di acido succinico, che rientra nel ciclo di Krebs
(qui si forma poi osso-glutarato che è il precursore del glutammato).
Anche dalla GABA-transaminasi si libera un gruppo amminico che si unisce all’osso- glutarato per
formato glutammato. Quindi, possiamo dire che la sintesi del GABA e del glutammato, sono
estremamente interconnesse.
Questa connessione, risulta essere fondamentale per il bilanciamento di input inibitori ed
eccitatori che arrivano su ogni neurone. Questo meccanismo è chiamato integrazione sinaptica e
serve a garantire il normale funzionamento di ogni neurone.
GAD (acido glutammico decarbossilasi) e GABA-T
Imparare slide
(ricordare che mentre l’acido
valproico inibisce GABA-T,
allo stesso tempo, stimola GAD,
dunque aumenta la sintesi e
diminuisce il catabolismo,
aumentando il tono
GABAergico). Acido valproico
e vigabatrin, sono agenti
antiepilettici.
Sinapsi GABA-ergica
Il glutammato, prodotto nei neuroni, viene trasformato dalla GAD in GABA e e quest’ultimo, viene
conservato in delle vescicole, per mezzo di un trasportatore vescicolare chiamato VGAT
(vescicular-GABAergic-trasporter).
Quest’ultimo funziona utilizzando un gradiente protonico, prodotto da un’apposita pompa protonica
vescicolare.
Sotto stimolo depolarizzante (ingresso di Ca2+), avviene l’esocitosi calcio-dipendente, il
conseguente svuotamento della vescicola nello spazio sinaptico e rilascio di GABA, che va a
stimolare sia i recettori post-sinaptici che pre-sinaptici (recettori metabotropici, GABA-B) e su
recettori ionotropici (GABA-A o GABA-C), associati ad un canale del cloro.
Anche per il neurone GABA-ergico, esiste un carrier, responsabile del reuptake, in varie isoforme,
denominato GAT-1, GAT-2, GAT-3 oppure BGT-1.
Questo meccanismo, per risparmiare quantità di neurotrasmettitore, è associato ad un cotrasporto di
sodio o cloro. Questi, è un carrier molto importante poiché, su di esso, agiscono diversi farmaci,
come la tiagabina (anch’esso antiepilettico), che blocca questo trasportatore aumentando la
disponibilità di GABA.
Non esiste un segnale che elimini il GABA a livello sinaptico, spegnendone l’azione, bensì è il
carrier stesso che recupera dallo spazio sinaptico il GABA.
Meccanismi di ricaptazione del GABA
La ricaptazione è ad opera di un trasportatore di membrana del terminale nervoso, di cui ne esistono
4 tipi (GAT-1, GAT-2, GAT-3, BGT-1) e si trovano sia a livello dell’assone, sia a livello della glia.
Come abbiamo visto, è un cotrasporto dipendente dal cloro e dal sodio e, sul trasportatore
responsabile del reuptake, agiscono alcuni farmaci che, inibendo la ricaptazione, aumentano la
concentrazione di GABA (tiagabina e acido nipecotico).
Recettori
I recettori per il GABA sono:
➢ GABA-A: associati a canali ionitropici, quindi per il cloro, si trovano nel cervello e nel midollo
spinale
➢ GABA-B: recettori metabotropici, associati a proteine G di tipo inibitorio, in paticolare: la
proteina GI inibisce l’adenilato ciclasi, diminuendo la concentrazione di AMP-ciclico, inibisce,
inoltre, i canali del calcio voltaggio-dipendente e stimola i canali del potassio, provocando
un’iperpolarizzazione post-sinaptica e un’inibizione del rilascio di neurotrasmettitore a livello presinaptico.
➢ GABA-C: associati a canali ionotropici, si trovano unicamente nella retina
Il recettore GABA-B è caratterizzato da una maggiore diffusione rispetto agli altri 2, lo si trova
anche a livello periferico (a livello epatico, testicoli, muscolatura liscia ecc..)
La differenza sostanziale, tra recettori GABA-A e GABA-C, nonostante siano entrambi associati al
trasporto di cloro, deriva dal fatto che GABA-C è insensibile a farmaci che agiscono su GABA-A,
quindi rispondono ad endogeni ed esogeni antagonisti diversi.
GABA-A
E’ un recettore canale, fa parte della prima
classe di recettori ionotropici (Cys-loop), simile
al recettore nicotinico.
E’ costituito da 5 subunità: 2α, 2β e una γ, le
quali si assemblano a formare un canale a
imbuto. Il canale, presenta 2 siti di legame per il
GABA, fra la subunità α e β e il legame col
GABA, determina l’apertura del canale e il
passaggio di Cl- e quindi, iperpolarizzazione,
ovvero un potenziale post-sinaptico inibitorio.
Sul recettore GABA-A vi è un sito molto
importante, ovvero quello delle benzodiazepine.
Questi, si trova fra la subunità α e la subunità γ
e vi agiscono numerosi farmaci poiché
l’attivazione di questo sito potenzia la
conduttanza al cloro, ovvero permette maggior ingresso di cloro in presenza di GABA.
Tuttavia, vi sono numerose isoforme della subunità α, ma anche di quella β e γ alle quali
possono aggiungersi anche alcune subunità δ ed ε, che partecipano alla formazione del recettore
GABA-A.
Grazie a queste diverse isoforme, possono formasi diversi recettori GABA-A, che cambiano nella
loro funzione, infatti, l’inibizione mediata dal GABA presenta delle differenze.
Esiste l’inibizione fasica, caratterizzata da questa iperpolarizzazione netta e una inibizione tonica,
prolungata nel tempo, dovuta ad assembramenti di subunità differenti.
Possiamo avere, infatti, recettori GABA-A a livello peri-sinaptico, cioè lontani dalla sinapsi che
risultano responsabili della inibizione tonica.
Questi recettori peri-sinaptici, contengono le subunità α4, 5 o 6, le subunità β2 o 3 e δ.
INIBIZIONE FASICA E TONICA
L’inibizione tonica, presenta elevata
affinità per il GABA, ridotta
desensitizzazione, si mantiene nel tempo ed
è una corrente 3 volte superiore a quella
responsabile dell’inibizione fasica e
avviene quando il GABA fuoriesce dalla
sinapsi.
Quando vi sono grosse quantità di GABA,
quindi abbonda nella sinapsi, fuoriesce e va
ad attivare questi recettori extrasinaptici
responsabili di maggiore inibizione.
Nella maggioranza dei casi, quindi,
l’attivazione di GABA-A determina iperpolarizzazione, tuttavia esistono delle eccezioni, come nel
midollo spinale dove il recettore GABA-A è responsabile di uno stimolo depolarizzante e dunque,
in questo caso, il cloro esce dalla cellula, quindi il GABA media una corrente contraria da quella
solita.
Il GABA-A presenta diversi siti allosterici, fra cui quello per le benzodiazepine, i barbiturici, uno
per l’etanolo e gli anestetici in generale e uno per i neurosteroidi.
Sul sito di legame ortoserico, invece, si lega il GABA e anche il muscimolo. Questo sito allosterico
è bloccato dalla bicucullina, antagonista che causa convulsioni.
2 fra i siti di più importanti, visto il loro impiego clinico, sono i siti per i barbiturici e per le
benzodiazepine.
Sito per le benzodiazepine
Si trova tra la subunità α e γ.
Le benzodiazepine sono dei farmaci ad azione ansiolitica, sedativa e ipnotica, riducono l’ansia con
azione miorilassante, poiché potenziano l’azione del GABA e solo in presenza dello stesso. Quindi
un’azione GABA-dipendente.
Su questo stesso sito, agiscono gli antagonisti e modulatori negativi che riducono la corrente al
cloro in presenza di GABA.
Questi sono le β-carboline, agonisti inversi che riducono gli effetti col GABA, ma hanno un effetto
opposto rispetto alle benzodiazepine, in quanto sono ansiogeniche, convulsivanti e sonnolitici. Sul
sito, tuttavia, si lega anche il flumazenil che è un antagonista sul sito delle benzodiazepine privo di
attività intrinseca in grado di antagonizzare sia le BDZ che le β- carboline.
Si utilizza come farmaco in caso di intossicazione da BDZ, le quali possono portare a morte
in seguito a depressione respiratoria.
Sito per i barbiturici
Anche per i barbiturici aumenta la conduttanza al
cloro, ma, questa volta, indipendentemente dalla
presenza di GABA. Quindi, hanno capacità di aprire il
canale, anche in assenza di GABA.
I barbiturici hanno attività maggiore, che non dipende
dal GABA e quindi possono più facilmente portare a
paralisi generalizzata di tutto il sistema cerebrale e
alla paralisi del centro del respiro, presente nel bulbo.
Sul sito di legame per i barbiturici anche, agiscono
degli antagonisti, come la picrotossina e il TBPS
(terz-butilbiciclofosforotionato).
Questi agenti sono pro-convulsivanti e ansiogenici,
mediando azioni opposte ai barbiturici.
Sito per i neurosteroidi
Si trova sulla subunità α, sempre all’interno del canale per il cloro.
I neurosteroidi sono metaboliti di progesterone e androgeni e sono: allopregnenalone, il
tetraidrodeossicorticosterone e l’alfaxalone, sono prodotti dai neuroni ed hanno un’azione inibitoria
sul GABA-A.
Esiste anche un altro sito, attraverso il quale si legano gli anestetici generali, tra cui alotano,
enflurano, isoflurano, alfaxalone che potenziano l’attività del GABA determinando anestesia
generale. A questo stesso sito si lega anche l’etanolo.
Esiste un sinergismo funzionale, ovvero l’attivazione contemporanea del sito per le benzodiazepine,
che favorisce il sito di legame del GABA.
Questi 2 composti, facilitano l’uno il legame dell’altro, quindi in presenza di GABA è favorito il
legame delle benzodiazepine e viceversa.
Ma anche in presenza di barbiturici è favorito il legame delle benzodiazepine e viceversa, ma non
solo poiché lo stesso discorso possiamo estenderlo tra benzodiazepine e etanolo, motivo per il quale
non bisogna assumere alcol durante un trattamento con benzodiazepine, in quanto, l’associazione
fra le due, causerebbe un aumento in circolo di benzodiazepine e conseguente depressione
generalizzata su tutto il SNC.
Un aspetto molto importante, riguarda le 6 subunità α, che mediano effetti molto diversi.
La subunità α1 è importante per l’effetto sedativo, ipnotico e amnesico, mentra la subunità α2 è
fondamentale per l’attiva ansiolitica, miorilassante e, insieme alla subunità α1 media un effetto
anticonvulsivante. Per valutare l’effetto di una subunità, la si fa mutare prima, con una subunità
diversa, successivamente si somministrano benzodiazepine e si dovrebbe osservare la scomparsa
dell’effetto ricercato.
La subunità α3 ha un effetto miorilassante, mentre la subunità α5 nell’effetto amnesico e nella
tolleranza, poiché le benzodiazepine determinano tolleranza dopo un periodo di utilizzo prolungato,
perciò si tende ad aumentare la dose per ritrovare l’effetto desiderato.
GABA-B
Il recettore GABA-B è stato scoperto recentemente ,negli anni 80’ , mentre si valutava il
ruolo del GABA nell’apparato periferico. Si notò che il neurotrasmettitore era modulato da
un recettore che aveva una funzione diversa rispetto al GABA-A e lo nominò GABA-B ,
scoprendo che si trattava di un recettore metabotropico associato a proteine Gi e che aveva
localizzazione pre e post sinaptica sia sui neuroni che sulla glia. A differenza del recettore A
aveva localizzazione anche periferica su organi quali : fegato , muscolo liscio , utero ,
testicoli ; controlla inoltre il rilascio dei neurotrasmettitori al livello presinaptico come il
GABA , il glutammato e la noradrenalina . Il GABA-B si organizza a formare un dimero
fondamentale per la sua funzione ( come monomero sarebbe inattivo ) difatti una subunità
del dimero ( Gaba-b1 ) contiene il sito di legame per il GABA e la subunità Gaba-b2
presenta il sito di legame per la proteina Gi che a sua volta andrà ad inibire l’adenilato
ciclasi e quindi l’AMP-ciclico , mentre la subunità beta-gamma della proteina G va a
modulare i canali i canali ionici ( attivando quelli al K e inibendo quelli del Ca ) .
Per questi motivi è insensibile agli agenti farmacologici che agirebbero sul Gaba-A , dunque
non è modulato da benzodiazepine , barbiturici , non è bloccato dalla bicucullina e non è
associato ai canali per il Cl ; questi recettori hanno un agonista selettivo chiamato Baclofen
che è un farmaco antispastico utilizzato nella sclerosi multipla e nella paralisi cerebrale
infantile ed hanno antagonisti competitivi che sono il Faclofen e il Saclofen .
GABA-C
Il recettore Gaba-C è invece ionotropico associato ad un canale per il Cl ( anionico ) ma
costituito da diverse subunità dette Ro. Le tre subunità Ro1 Ro2 Ro3 si possono organizzare
a formare un pentamero sia come omomeri ( stessa subunità ) che come eteromeri ( subunità
diverse ) . É presente unicamente nella retina e controlla in maniera inibitoria le risposte
indotte dalla luce ; il Muscimolo che è l’agonista ortosterico sul recettore Gaba-A diventa
agonista parziale sul recettore Gaba-C che è insensibile al Baclofen , alla Bicucullina e ai
modulatori allosterici del recttore Gaba-A ( benzodiazepine barbiturici e steroidi ) .
Gli antagonisti competitivi sono ancora in sperimentazione e sono il THIP , il P4S oppure il
3-APPA , il 3-APA , il 3-APMAP mentre la Picrotossina agisce come antagonista non
competitivo.
Sicuramente i farmaci più importanti ad agire su questa neurotrasmissione sono le
Benzodiazepine , farmaci molto prescritti ad utilizzo clinico, che agiscono potenziando la
neurotrasmissione Gabaergica determinando inibizione sulle principali neurotrasmissioni
cerebrali quali Noradrenalina , Dopamina , Acetilcolina , Serotonina e Glicina .
La cosa che differenzia le svariate
benzodiazepine ( agiscono tutte alla
stessa maniera aumentando la
conduttanza al cloro sul rcettore Gaba-A )
è la farmacocinetica , in particolare
l’emivita che va dalle 2 ore del Triazolam
fino alle 250 ore del Fluorazepam .
Dunque se si deve utilizzare un farmaco
come ipnotico per indurre il sonno
ovviamente non si puo’ utilizzare un
farmaco che abbia emivita di 250 ore
altrimente dormirebbe per giorni….
Queste emivite cosi differenti dipendono dal
metabolismo, infatti le benzodiazepine
producono metaboliti attivi che come il
Desmetildiazepam hanno lunga emivita,
ricordiamo anche il Desalchilfluorazepam
dotato di lunghissima emivita . Altre
benzodiazepine invece vengono direttamente
coniugate o alfa-idrossilate interrompendo la
loro azione farmacologica ed hanno per questo
motivo emivita breve come ad esempio il
Lorazepam e l’Oxazepam
Da questa tabella ( Rossi
) possiamo notare come
il Diazepam produce
Nordiazepam
( Desalchildiazepam )
che ha un’emivita di
40/150 ore , dunque
molto più lunga
l’emivita del metabolita
che della molecola
madre ,difatti quando da
molecola madre attiva
viene prodotto
metabolita secondario
attivo vanno sempre considerate entrambe le emivite per valutare il farmaco in se’ ; il
discorso varia per i fermaci che non producono metaboliti e che dunque avranno media/
breve emivita quali Midazolam , Oxazepam e Triazolam .
( Domanda gettonata all’esame : quali
sono le indicazioni delle
benzodiazepine ? Le benzodiazepine
sono ansiolitici ,
ipnoinducenti ,antiepilettici e
miorilassanti dunque sedativi da preanestesia ) .
CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE DIFFERENTI VELOCITÀ DI INDUZIONE E
DURATE DELL’EFFETTO
IMPARARE LA SLIDE
Differenza Barbiturico Benodiazepina
Per l’utilizzo ipnoinducente e ansiolitico le Benzodiazepine hanno ormai del tutto sostituito
i barbiturici da tempo che ad oggi vedono un loro utilizzo limitato all’anestesia generale e
antiepilettici . Il motivo va ricercato in questo grafico e nel loro meccanismo d’azione ,
infatti le benzodiazepine attivano la conduttanza al Cl del recettore Gaba-A solo in presenza
di GABA , questa rappresenta un’azione autolimitante perché nel momento in cui il
recettore è inibito la neurotrasmissione è inibita e non viene più rilasciato GABA andando
così a formare un plateau ( un’inibizione che ad un certo punto si arresta pur aumentando la
dose ) . Il barbiturico puo’
funzionare anche in assenza di
GABA non raggiungendo quindi il
famoso plateau delle benzodiazepine
e continuando ad attivare il canale
per il Cl , in questo caso non avremo
una curva bensì una retta dosedipendente che arriva all’effetto
massimo di depressione del SNC
ovvero la paralisi midollare ( coma e
morte ) . L’utilità di questa curva sta
nella sicurezza che associamo a
questi farmaci , infatti considerando
un soggetto che soffre di
depressione, in seguito ad un tentato
suicidio , avendo a disposizione i
barbiturici gli avremmo fornito uno strumento molto pericoloso .
L’azione sinergica di una benzodiazepina
associata ad altri farmaci o composti ad
effetto depressivo del SNC eliminano la
sicurezza precedentemente spiegata
andandosi a comportare come un
barbiturico.
In caso di non idoneo utilizzo delle
benzodiazepine ( associazione ad alcool
o altri neurodepressivi ) il paziente si
tratta con un antagonista competitivo sul
sito delle benzodiazepine ovvero il
Flumazenil . Non ha alcun effetto sui
barbiturici
BARBITURICI
Questa classe di farmaci ad oggi è utilizzata solo come antiepilettico e anestetico mentre non più
come ipnotico e sedativo , pur mantenendo la loro efficacia . Le molecole in questione sono il
Tiopentale , il Pentobarbitale , l’Amobarbitale e il Fenobarbitale .
Anche in questo caso notiamo un’emivita
differente tra i vari agenti che ne influenza
l’utilizzo , quello tutt’ora maggiormente utilizzato
è il Fenobarbital che rappresenta un farmaco
molto importante per trattare l’epilessia.
Esiste tuttavia un altro uso particolare dei
barbiturici ,derivante da una problematica
associata a quest’ultimi , la cui motivazione è da
ricercare nella farmacocinetica : il Fenobarbital è
un potente induttore enzimatico difatti aumenta
la presenza di CYP450 , aumenta la propria
metabolizzazione ad opera della GlucuronilTransferasi ed aumenta la proteina Y legante la
bilirubina . Siccome questa proteina Y aiuta a
smaltire la bilirubina accumulata il
Fenobarbitale si puo’ utilizzare nell’ittero del
neonato .
Facilmente i babriturici provocano
fallimento terapeutico a causa del
loro carattere induttivo come nel caso
della Digitossina ( farmaco per lo
scompenso cardiaco ) , del Warfarin (
farmaco anticoagulante ) ,
Contraccetivi Orali e la Fenitoina
( farmaco antiepilettico ) .
SOVRADOSAGGIO : I barbiturici
hanno una tossicità dose dipendente
e determinano coma o morte ad alte
dosi per paralisi respiratoria e per
questo non sono più largamente
utilizzati e sostituiti dalle
benzodiazepine.
DEOSSIBARBITURICI
Il Primidone è un farmaco che agisce sulla trasmissione Gabaergica ed è un antiepilettico ; si tratta
di un profarmaco essendo convertito in vivo a Fenobarbital .
ALTRI FARMACI CHE MODULANO IL SISTEMA GABAERGICO
Oltre a benzodiazepine e barbiturici
esistono altri farmaci che vanno ad agire
su questa trasmissione.
Risulta così importante agire su questa
neurotrasmissione perché vi sono
patologie in cui questa viene meno ad
esmpio nell’insonnia ( arousal ) ,
nell’epilessia o al contrario viene
iperstimolata come nel caso del coma ed
in queste situazione dobbiamo intervenire
per riportare l’organismo nel
giusto equilibrio.
MECCANISMO D’AZIONE DEI FARMACI ANTIPIELETTICI
Nel caso dell’epilessia agiamo infatti potenziando questa neurotrasmissione attraverso determinati
farmaci . La maggior parte dei farmaci antiepilettici va a potenziare l’effetto del GABA e sono
numerosi con diversi meccanismi d’azione , barbiturici e benzodiazepine agiscono direttamente sul
Gaba-A mentre altri agiscono in maniera indiretta ugualmente potenziando la via Gabaergica
Un esempio ineressante è
l’Acido Valproico , farmaco
antiepilettico , utilizzato
nella profilassi dell’
emicrania e regolatore
dell’umore ; agisce inbendo
la degradazione del GABA
inibendo l’enzima GabaTransaminasi e stimolando
la sintesi di GABA
attraverso l’attivazione
dell’enzima di sintesi che è
l’ Acido GlutammicoDecarbossilasi
Abbiamo poi il Gabapentin e la
Pregabalina che a dispetto del nome
agiscono su un target che non è il GABA
ma è la subunità alfa2/delta che va a
costituire il canale del Ca voltaggio
dipendente . Oltre ad essere farmaci
antiepilettici trovano utilizzo come
analgesici del dolore neuropatico
Poi abbiamo il Vigabatrin , farmaco molto
tossico che determina disturbi visivi
irreversibili in un terzo dei pazienti trattati ,
antiepilettico utilizzato in quei pazienti che
non rispondono ad altre terapie a causa della
sua tossicità frequente ed associato
normalmente a visite oftalmologiche .
Infine ricordiamo la Tiagabina , altro
farmaco antiepilettico che va ad inibire il
trasportatore responsabile del reuptake del
GABA ovvero il GAT1 aumentando la
permanenza del neurotrasmettitore nello
spazio sinaptico .
I COMPOSTI ZETA : sono chiamati così per il loro nome e sono lo Zopiclone ,lo Zolpidem e lo
Zaneplon e sono farmaci utilizzati per l’insonnia ( ipnoinducenti ) non benzodiazepinici , tuttavia
occupano lo stesso sito di legame per le BZD e potenziano l’attività del recettore Gaba-A nella
subunità alfa1 , dotati di emivita breve e sono ad oggi i farmaci più prescritti per l’insonnia