Transportador de glutamato
Familia de proteínas transportadoras de neurotransmisores

Los transportadores de glutamato son una familia de proteínas transportadoras de neurotransmisores que mueven glutamato , el principal neurotransmisor excitatorio , a través de una membrana . La familia de transportadores de glutamato se compone de dos subclases principales: la familia de transportadores de aminoácidos excitatorios ( EAAT ) y la familia de transportadores de glutamato vesicular ( VGLUT ). En el cerebro, los EAAT eliminan el glutamato de la hendidura sináptica y los sitios extrasinápticos a través de la recaptación de glutamato en las células gliales y las neuronas , mientras que los VGLUT mueven el glutamato desde el citoplasma celular a las vesículas sinápticas . Los transportadores de glutamato también transportan aspartato y están presentes en prácticamente todos los tejidos periféricos, incluidos el corazón , el hígado , los testículos y los huesos. Presentan estereoselectividad para el L-glutamato, pero transportan tanto L-aspartato como D-aspartato.

Los EAAT son transportadores secundarios unidos a la membrana que superficialmente se parecen a los canales iónicos . [1] Estos transportadores desempeñan el importante papel de regular las concentraciones de glutamato en el espacio extracelular al transportarlo junto con otros iones a través de las membranas celulares. [2] Después de que el glutamato se libera como resultado de un potencial de acción , los transportadores de glutamato lo eliminan rápidamente del espacio extracelular para mantener bajos sus niveles, terminando así la transmisión sináptica. [1] [3]

Sin la actividad de los transportadores de glutamato, el glutamato se acumularía y mataría a las células en un proceso llamado excitotoxicidad , en el que cantidades excesivas de glutamato actúan como una toxina para las neuronas al desencadenar una serie de cascadas bioquímicas . La actividad de los transportadores de glutamato también permite que el glutamato se recicle para su liberación repetida. [4]

Clases

proteínagenedistribución tisular
EAAT1SLC1A3astroglia [5]
EAAT2SLC1A2Principalmente astroglia; [6] media >90% de la recaptación de glutamato del SNC [7]
EAAT3SLC1A1Todas las neuronas, ubicadas en las dendritas y terminales axónicas [8] [9]
EAAT4SLC1A6neuronas
EAAT5SLC1A7retina
VGLUT1SLC17A7neuronas
VGLUT2SLC17A6neuronas
VGLUT3SLC17A8neuronas

Existen dos clases generales de transportadores de glutamato, los que dependen de un gradiente electroquímico de iones de sodio (EAAT) y los que no lo dependen (VGLUT y xCT). [10] El antiportador de cistina-glutamato (xCT) se localiza en la membrana plasmática de las células, mientras que los transportadores de glutamato vesicular (VGLUT) se encuentran en la membrana de las vesículas sinápticas que contienen glutamato. Los EAAT dependientes de Na + también dependen de gradientes de concentración transmembrana de K + y H + , por lo que también se conocen como "transportadores de glutamato acoplados a sodio y potasio". Los transportadores dependientes de Na + también se han denominado "transportadores de glutamato de alta afinidad", aunque su afinidad por el glutamato en realidad varía ampliamente. [10] Los EAAT son antiportadores que transportan una molécula de glutamato junto con tres Na + y un H + , mientras que exportan un K + . [11] Las EAAT son proteínas integrales transmembrana que atraviesan el plasmalema 8 veces. [11]

Las mitocondrias también poseen mecanismos para captar glutamato que son bastante distintos de los transportadores de glutamato de membrana. [10]

EAAT

En humanos (así como en roedores), se han identificado cinco subtipos y se han denominado EAAT1-5 ( SLC1A3 , SLC1A2 , SLC1A1 , SLC1A6 , SLC1A7 ). Los subtipos EAAT1-2 se encuentran en las membranas de las células gliales [13] ( astrocitos , microglia y oligodendrocitos ). Sin embargo, también se encuentran niveles bajos de EAAT2 en las terminales axónicas de las células piramidales CA3 del hipocampo. [14] EAAT2 es responsable de más del 90% de la recaptación de glutamato dentro del sistema nervioso central (SNC). [7] [12] Los subtipos EAAT3-4 son exclusivamente neuronales y se expresan en las terminales axónicas, [8] cuerpos celulares y dendritas. [9] [15] Finalmente, EAAT5 solo se encuentra en la retina, donde se localiza principalmente en los fotorreceptores y neuronas bipolares de la retina. [16]

Cuando el glutamato es absorbido por las células gliales por las EAAT, se convierte en glutamina y posteriormente se transporta de regreso a la neurona presináptica, se convierte nuevamente en glutamato y es absorbido por las vesículas sinápticas por acción de las VGLUT. [3] [17] Este proceso se denomina ciclo glutamato-glutamina .

VGLUT

Se conocen tres tipos de transportadores vesiculares de glutamato: los VGLUT 1-3 [18] ( SLC17A7 , SLC17A6 y SLC17A8 respectivamente) [3] y el nuevo transportador de glutamato/aspartato sialina [19] . Estos transportadores empaquetan el neurotransmisor en vesículas sinápticas para que puedan liberarse en la sinapsis. Los VGLUT dependen del gradiente de protones que existe en el sistema secretor ( las vesículas son más ácidas que el citosol ). Los VGLUT tienen solo entre una centésima y una milésima parte de la afinidad por el glutamato que tienen los EAAT [3] . Además, a diferencia de los EAAT, no parecen transportar aspartato.

VGluT3

El transportador de glutamato vesicular 3 (VGluT3), codificado por el gen SLC17A8, es un miembro de la familia de transportadores de glutamato vesiculares que transportan glutamato a las células. Está involucrado en enfermedades neurológicas y dolorosas.

Las neuronas son capaces de expresar VGluT3 cuando utilizan un neurotransmisor diferente al Glutamato, por ejemplo en el caso específico de las neuronas centrales 5-HT. [20] [21] [22] [23] El papel de este transportador no convencional (VGluT3) aún permanece desconocido pero, por el momento, se ha demostrado que, en el sistema auditivo , el VGluT3 está involucrado en la transmisión glutamatérgica excitatoria rápida muy similar a los otros dos transportadores vesiculares de glutamato, VGluT1 y VGluT2. [24] [25]

La ablación de VGluT3 tiene consecuencias conductuales y fisiológicas, ya que modula una amplia gama de procesos neuronales y fisiológicos, como la ansiedad, la regulación del estado de ánimo, la impulsividad, la conducta agresiva, la percepción del dolor, el ciclo sueño-vigilia, el apetito, la temperatura corporal y la conducta sexual. Ciertamente, no se encontró ningún cambio significativo en la agresión ni en las conductas similares a la depresión, pero, por el contrario, la pérdida de VGluT3 dio lugar a un fenotipo específico relacionado con la ansiedad.

Las fibras nerviosas sensoriales tienen diferentes formas de detectar la hipersensibilidad al dolor a través de sus modalidades sensoriales y velocidades de conducción, pero por el momento aún se desconoce qué tipo de sensibilidad está relacionada con las diferentes formas de hipersensibilidad al dolor inflamatorio y neuropático . En este caso, el transportador de glutamato vesicular 3 (VGluT3), se ha implicado en la hipersensibilidad mecánica después de la inflamación , pero su papel en el dolor neuropático aún sigue siendo objeto de debate.

VGluT3 tiene una amplia actividad somática durante todo el desarrollo, que podría estar involucrada en la modulación no sináptica por glutamato en la retina en desarrollo, y podría influir en la señalización neuronal trófica y extrasináptica por glutamato en la retina interna.

Estructura molecular de los EAAT

Al igual que todos los transportadores de glutamato, los EAAT son trímeros, y cada protómero consta de dos dominios: el dominio de andamiaje central (Figura 1A, trigo) y el dominio de transporte periférico (Figura 1A, azul). La ruta conformacional del transporte es la siguiente. Primero, se produce la conformación orientada hacia afuera (OF, abierta) que permite que el glutamato se una. Luego, la región HP2 se cierra después de la captación (OF, cerrada) y el movimiento similar al de un elevador lleva el sustrato al lado intracelular de la membrana. Vale la pena señalar que este movimiento de elevador consiste en varios cambios conformacionales aún por categorizar/identificar. Después de que el movimiento de elevador lleva el sustrato al lado IC de la membrana, EAAT adopta el estado orientado hacia adentro (IF, cerrado) en el que el dominio de transporte se baja, pero la compuerta HP2 todavía está cerrada con el glutamato todavía unido al transportador. Por último, la compuerta HP2 se abre y el glutamato se difunde en el citoplasma de la célula. [26]

Patología

La hiperactividad de los transportadores de glutamato puede dar lugar a una cantidad inadecuada de glutamato sináptico y puede estar implicada en la esquizofrenia y otras enfermedades mentales. [1]

Durante procesos de lesión como la isquemia y la lesión cerebral traumática , la acción de los transportadores de glutamato puede fallar, lo que lleva a una acumulación tóxica de glutamato. De hecho, su actividad también puede revertirse debido a cantidades inadecuadas de trifosfato de adenosina para alimentar las bombas de ATPasa , lo que resulta en la pérdida del gradiente iónico electroquímico . Dado que la dirección del transporte de glutamato depende del gradiente iónico, estos transportadores liberan glutamato en lugar de eliminarlo, lo que resulta en neurotoxicidad debido a la sobreactivación de los receptores de glutamato . [27]

Se sospecha que la pérdida del transportador de glutamato dependiente de Na + EAAT2 está asociada con enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer , la enfermedad de Huntington y el complejo de demencia ELA-parkinsonismo. [28] Además, la degeneración de las neuronas motoras en la enfermedad esclerosis lateral amiotrófica se ha relacionado con la pérdida de EAAT2 de los cerebros y las médulas espinales de los pacientes . [28]

La adicción a ciertas drogas adictivas (p. ej., cocaína , heroína , alcohol y nicotina ) se correlaciona con una reducción persistente en la expresión de EAAT2 en el núcleo accumbens (NAcc); [29] la expresión reducida de EAAT2 en esta región está implicada en el comportamiento adictivo de búsqueda de drogas. [29] En particular, la desregulación a largo plazo de la neurotransmisión de glutamato en el NAcc de los adictos se asocia con un aumento en la vulnerabilidad a la recaída después de la reexposición a la droga adictiva o sus señales asociadas a la droga . [29] Los medicamentos que ayudan a normalizar la expresión de EAAT2 en esta región, como la N-acetilcisteína , se han propuesto como una terapia complementaria para el tratamiento de la adicción a la cocaína, la nicotina, el alcohol y otras drogas. [29]

Véase también

Referencias

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