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Farmacologia generale e molecolarea cura di F. Clementi e G. FumagalliCapitoli 4 – 5 – 6 Capitoli 18 – 19 – 20 -21 -22 solo per il SNC
Lezioni su NT, recettori, sistemi di modulazione del SNC
Cervello Midollo Spinale
SISTEMA NERVOSO
PERIFERICOCENTRALE
SomaticoSomaticoprovoca lacontrazionedelle Fibremuscolarischeletriche
AutonomoAutonomoprovocal’eccitazione o l’inibizionedelle cellule muscolaricardiache e liscie e delle ghiandole
SimpaticoSimpatico ParasimpaticoParasimpaticoEntericoEnterico
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ORMONIORMONIORMONI
peptidicipeptidici steroideisteroidei
catecolaminicicatecolaminici iodinatiiodinati
NEUROTRASMETTITORIneuromodulatori
NEUROTRASMETTITORINEUROTRASMETTITORIneuromodulatorineuromodulatori
peptidicipeptidici
catecolaminicicatecolaminici
nucleotidinucleotidi
aminoacidiaminoacidiacetilcolinaacetilcolina
CITOCHINECHEMIOCHINE
Fattori di Crescita
CITOCHINECITOCHINECHEMIOCHINECHEMIOCHINE
Fattori di CrescitaFattori di Crescita
PeptidiPeptidi//glicoproteineglicoproteine
PROSTANOIDIPROSTANOIDIPROSTANOIDI
lipidilipidi
Segnali autocrini e paracrini
Segnali ormonali
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neuroormone
neurotrasmettitore
Sistema Nervoso
neurotrasmettitorineuroormoni
Sistema Endocrino
ormoni
Asse ipotalamo-ipofisarioMidollare surrene
prostanoidi
citochine
fattori di crescita
chemiochine
Fattori proapoptopici
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Due modalità di comunicazione tra cellule
ELETTRICAELETTRICA CHIMICACHIMICACONTENUTO DELL’INFORMAZIONE
DESTINAZIONE
VELOCITÀ DI TRASMISSIONE
MINIMO (+ oppure -) MASSIMO utilizza molte molecole
Poco versatile - necessitaDi un contatto diretto
SELETTIVO e senza connessioni strutturali
ALTA anche su lunghe distanze LENTA a causa della sintesi e Della diffusione delle molecole
Il neuroneOgni neurone deve:
+ ricevere informazioni (input) dall’ambiente o da altrineuroni
+ integrare le informazioniricevute e produrre unarisposta adeguata
+ condurre il segnale al terminale di uscita
+ trasmettere il segnale ad altre cellule nervose, ghiandole o muscoli
+ coordinare le proprieattivita’ metaboliche, mantenendo l’integrita’ dellacellula
Neurone = unita’ anatomica e funzionaledel sistema nervoso. Trasmette impulsinervosi ad altri neuroni, ghiandole, muscoli
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Dendriti = specializzati nel rispondere a segnaliprovenienti da altri neuroni – nel cervello rispondono aineurotrasmettitori chimici liberati da altri neuroni –unita’ ricevente
Soma (corpo cellulare) = i segnali dai dendriticonfluiscono lungo il corpo del neurone che li interpreta e decide se produrre un potenziale d’azione, segnaleelettrico di output – unita’ ricevente
Assone = trasporta i segnali elettrici generati dal corpocellulare verso le estremita’ del neurone – unita’ ditrasmissione
Sinapsi = piccola fessura che separa i neuroni
Terminazione presinaptica = contiene neurotrasmettitoriliberati in risposta a potenziali d’azione che percorronol’assone – unita’ di trasmissione
Terminazione postsinaptica = contiene recettori per i neurotrasmettitori – unita’ di ricezione
Il neurone
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Per essere considerata neurotrasmettitore, una molecola deve rispettare i seguenti tre criteri:
1. deve essere sintetizzata e immagazzinata nel neurone presinaptico;
2. deve essere rilasciata dal terminale assonicopresinaptico dopo la stimolazione;
3. deve produrre una risposta nel neurone postsinaptico che imiti la risposta prodotta dal rilascio del neurotrasmettitore dal neurone presinaptico
Cos’è un neurotrasmettitore?
I ricercatori hanno utilizzato molte tecniche per scoprire se unneurone contiene e sintetizza dei trasmettitori.Le due tecniche principali usate oggi sono:• immunocitochimica• ibridazione in situL’immunocitochimica è un metodo utilizzato per localizzare alcune molecole specifiche, comprese le proteine , in sezioni di tessuto nervoso. L’ibridazione in situ è invece un metodo per localizzare gli specifici mRNA trascritti per le proteine
La Microionoforesi è un metodo che permette al ricercatore di applicare alcuni farmaci o sostanze che potrebbero essere neurotrasmettitori in zone molto piccole della superficie neuronale. Le risposte provocate dal farmaco vengono comparate con quelle derivate dalla stimolazione sinaptica
Cos’è un neurotrasmettitore?
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• I principali neurotrasmettitori sono o aminoacidi, o amine(derivate da aminoacidi), o peptidi (costituiti da aminoacidi)
• L’ACh è un’eccezione, essa, infatti, proviene dalla respirazione dei mitocondri e dalla colina, molto importante per il metabolismo dei grassi nel corpo
• Gli aminoacidi e i trasmettitori aminici sono generalmente immagazzinati e rilasciati da gruppi separati di neuroni. La convenzione stabilita classifica i neuroni in gruppi mutualmente esclusivi in base ai neurotrasmettitori: neuroni colinergici, glutamminici, gabaergici, ecc.
• L’ipotesi che il neurone possieda un’unica identità in relazione al trasmettitore viene chiamata principio di Dale
Cos’è un neurotrasmettitore?
Esiste un grande numero di neurotrasmettitori, raggruppabili in:Aminoacidi eccitatori - Rappresentano i più importanti neurotrasmettitori eccitatori del SNC. Il neurotrasmettitore più diffuso è il glutammato, che agisce su diversi recettori, catalogati sulla base dell'agonista che li attiva. I recettori ionotropici sono gli NMDA (N-metil-D-aspartato) e i non-NMDA. I primi sono associati al Calcio e potrebbero essere responsabili del potenziamento a lungo termine, di alcune forme di morte cellulare e dell'epilessia. I recettori metabotropici sono associati ad una diversa serie di proteine G e rispondono alla loro attivazione determinando cascate di eventi chimici intracellulariche modulano la trasmissione sinaptica e la eccitabilità cellulare Aminoacidi inibitori - I più importanti neurotrasmettitoriinibitori del SNC sono il GABA e la glicina, presente prevalentemente nel midollo spinale Neuropeptidi. Si trovano in tutte le regioni del Sistema Nervoso e sono spesso co-rilasciati insieme ad altri neurotrasmettitori. Possono agire anche come neuromodulatori
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FATTORI DI RILASCIO IPOTALAMICI
CRF; GnRH; TRHGRH
SomatostatinaPIF; MSH-IF
PEPTIDI NEUROIPOFISARI
OssitocinaADH
OPPIOIDIMet-EncefalinaLeu-Encefalina
Dinorfine (A e B)β-Endorfina
PEPTIDI IPOFISARI ATTIVANTI ACGastrina
Colecistochinina-octapeptide (CCK-8)PACAP (pituitary AC-activating peptide)
Vasoactive intestinal peptide (VIP)
Acetilcolina
Amine aromatiche o BiogeneDopaminaAdrenalinaNoradrenalinaSerotonina
AminoacidiGlicinaAc. AsparticoAc. GlutammicoAc. γ-Amminobutirrico
Peptidi
Neurotrasmettitori
NEUROKININESostanza PNeurokinine A e BNeuropeptidi K, γ, Y
ATP/UTP/ADP/UDPAdenosina
• Oltre alle amine e agli aminoacidi, esistono altre molecole di piccole dimensioni che fungono da messaggeri chimici fra i neuroni.
• Ad esempio, i ricercatori hanno da poco considerato l’ATP come possibile neurotrasmettitore. L’ATP risulta concentrata nelle vescicole di molte sinapsi del SNC e del SNP e viene rilasciata nello spazio intersinaptico. Questa molecola eccita direttamente alcuni neuroni, aprendo un canale a cationi; in questo senso alcune delle funzioni dell’ATP assomigliano a quelle del glutammato.
Solo neurotrasmettitori? O neuromodulatori?
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• Il più recente e instabile messaggero chimico che sia stato proposto per la comunicazione intercellulare è invece una molecola gassosa, il monossido di azoto (NO)
• Nel SN, il NO assolve ad alcune funzioni peculiari: sembra che esso venga rilasciato dai neuroni postsinaptici e agisca sui neuroni presinaptici senza l’intervento delle vescicole sinaptiche. La comunicazione che procede in questo senso, dal “post” al “pre”, viene definita comunicazione retrogada, dunque l’NO sembrerebbe un messaggero retrogrado
• Poiché la molecola di NO è di piccole dimensioni e può facilmente attraversare la membrana neuronale, è in grado di diffondersi più liberamente rispetto ad altre molecole di neurotrasmettitori; infatti, può penetrare in una cellula e influenzare anche quella accanto
Solo neurotrasmettitori? O neuromodulatori?
• Definizione: per recettore si intende una molecola che lega in modo specifico, definito e con affinità precisa uno o più mediatori endogeni e che da questo legame subisce una trasformazione conformazionale capace di far scaturire un effetto biologico (es. albumina non è recettore)
• Scoperta dei recettori: 1880 Langley, Ehrlich“Corpora non agunt nisi fixata”, ’20 Dale e Loewi, Clark, 1982 Numa
• Recettori di membrana o intracellulari: differenza di localizzazione e di meccanismo di trasduzionedel segnale
Neurotrasmettitore-Recettore
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• Ciascun neurotrasmettitore esercita i suoi effetti postsinapticilegandosi a recettori specifici. Come regola due neurotrasmettitori non si legano mai allo stesso recettore, tuttavia lo stesso neurotrasmettitore può legarsi a recettori diversi.
• Ciascun differente recettore al quale il neurotrasmettitore si lega viene chiamato sottotipo del recettore. Farmaci diversi vengono anche utilizzati per distinguere i vari sottotipi del recettore per ilglutammato; vi sono tre sottotipi denominati in base ai differenti agonisti chimici: i recettori AMPA, i recettori NMDA e i recettori kainati. Il glutammato attiva tutti e tre i sottotipi, mentre l’Ampaagisce solo sul recettore AMPA e l’Nmda solo presso il recettore NMDA.
• Ogni composto chimico che si lega ad un sito specifico viene chiamato ligando per quel recettore. Il ligando per un recettore può essere sia un agonista, che un antagonista del trasmettitore, sia il neurotrasmettitore stesso.
Neurotrasmettitore-Recettore
Agiscono tramite:- Recettori canale- Recettori accoppiati alle proteine G- Recettori dotati di attività tirosinchinasica
intrinseca- Recettori dotati di attività guanilatociclasica
intrinseca
Recettore di membrana
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- Complessi macroproteici transmembrana che formano un canale ionico che viene aperto dal legame con il neurotrasmettitore o con farmaci agonisti
- Produce rapidi cambiamenti delle concentrazioni ioniche intracellulari e del potenziale elettrico
- Sono composti da 4-5 subunità che delimitano un canale idrofilico
- Contengono sito di legame, siti allosterici, sito di fosforilazione, siti di legame con proteine del citoscheletro
Recettore canale
- È la famiglia più numerosa- Le proteine G sono una famiglia di proteine eterotrimeriche che hanno
attività GTPasica: il legame con il GTP dissocia le tre subunità- La subunità α modula effettori enzimatici e alcuni canali ionici – cascata
amplificatrice di eventi biochimici- Sono formati da una singola catena polipeptidica con 7 domini
trasmembrana idrofobici – tratto D5-D6 è intracelullare e riconosce le proteineG
Recettore accoppiato alle proteine G
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Recettore accoppiato alle proteine G
- Controllo a livello della produzione e degradazione del mediatore (sintesi e rilascio)
- L’interazione mediatore-recettore è generalmente reversibile (reversibile, irreversibile)
- La capacità di trasdurre il segnale è controllata (desensitizzazione, upregulation, downregulation)
- Modulazione dello spegnimento del segnale
Modulazione delle risposte recettoriali
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• I neurotrasmettitori liberati a livello presinapticointeragiscono con specifici recettori postsinaptici
• In alcune sinapsi, i neurotrasmettitori si legano anche ad autorecettori presinaptici che regolano la quantità di neurotrasmettitore che verrà ulteriormente liberato
• I recettori sono generalmente specifici per un dato neurotrasmettitore, ma per uno stesso neurotrasmettitore possono esistere più recettori
• In alcuni casi, neurotrasmettitori correlati fra loro possono modulare il legame di un altro neurotrasmettitore o agire sinergicamente su uno stesso canale ionico (come nel caso del recettore per il GABA, le benzodiazepine ed i barbiturici)
Neurotrasmettitore-Recettore
• Affinità di legame: capacità di legame tra NT e recettore –è correlata alla forza di legame tra i due e rappresentata dalla costante di associazione/dissociazione
• Legame reversibile (competizione) – non competitivo• Agonista: si lega al recettore in modo da generare una risposta
biologica di per sé
• Agonista inverso: si lega al recettore in modo da generare una risposta biologica opposta all’effetto aspettato
• Agonista parziale: genera la risposta attesa, ma effetto più debole
• Antagonista: legandosi al recettore, è incapace di produrre un effetto di per sé, ma inibisce l’effetto di un’agonista che agisca con lo stesso recettore
• Antagonista funzionale: agonista che produce un effetto contrario ad un farmaco pur agendo su un recettore differente
• Modulazione allosterica
Neurotrasmettitore-Recettore