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Acción presináptica del Neurosteroide Sulfato de Pregnenolone en la
transmisión sináptica gabaérgica.
Abstract 1
El sulfato de pregnenolone neurosteroide endógeno (SP) se conoce por mejorar la
memoria y la función cognoscitiva en concentraciones nanomolares. Sin embargo, el
efecto de estas bajas concentraciones en la transmisión sináptica no se ha
estudiado previamente. Los efectos del SP en corrientes post-sinápticas inhibitorias
mediadas por el receptor GABAA fueron estudiadas en neuronas piramidales
cultivadas del hipocampo. Las concentraciones del SP similares a esas endógenas
en el hipocampo (10-30 nM) redujeron la frecuencia de la acción potencialdependiente (corriente post-sináptica inhibitoria espontánea) e independiente
(corriente post-sináptica inhibitoria en miniatura); corrientes post-sinápticas
inhibitorias. Este efecto del SP se minimizó por el receptor agonista Sigma1 y
bloqueó los antagonistas específicos del receptor Sigma1. El antagonista GABAB
baclofen y el receptor antagonista glutamato metabotrópico no tuvieron ningún
efecto en la inhibición mediada de la frecuencia del SP. Los efectos post-sinápticos
del SP ocurrieron en las concentraciones micromolares pero no en las
concentraciones nanomolares. Una comparación de los efectos pre y post-sinápticos
del SP demostró que era más potente de cien veces en inhibir los mecanismos
sinápticos gabaérgicos presinápticos que los receptores GABA. Estos estudios
demuestran que las concentraciones de SP, similares a esas endógenas en el
hipocampo, inhiben la transmisión sináptica gabaérgica por un efecto presináptico.
El SP causa la activación específica de la proteína G –junto a los receptores
Sigma1, dando por resultado la modulación de la acción potencial, dependiente e
independiente. Estos resultados mejoran nuestra comprensión de la función
fisiológica del SP.
El término neurosteroide se refiere a un grupo de compuestos que pueden ser
sintetizados del colesterol o de las hormonas gonadales y suprarrenales por las
células y las neuronas gliales (Baulieu, 1991). Los neurosteroides regulan muchos
procesos fisiológicos, incluyendo la memoria, la función cognoscitiva, el sueño y
pueden desempeñar un papel en la patogénesis de la depresión, de la epilepsia, y
de la tensión (Schumacher y otros., 1999). Los neurosteroides sulfatados, tales
como sulfato del pregnenolone (SP), pueden regular el aprendizaje y la memoria en
concentraciones extremadamente bajas. Los estudios demostraron que las dosis
femtomolar del SP infundidas en los ventrículos de ratones podrían mejorar la
memoria (Flood y otros., 1992). En ratas envejecidas, hay una correlación entre la
declinación cognoscitiva y la reducción sutil de los niveles de SP en el hipocampo.
La infusión de las dosis pequeñas (ng 5-10) de SP en el hipocampo puede invertir la
debilitación cognoscitiva de las ratas envejecidas (Vallee y otros., 1997). Varios
estudios demostraron que las concentraciones micromolares de SP alostericalmente
inhibieron las corrientes del receptor GABAA (Majewska y otros., 1988; ParkChungkin y otros., 1999) y mejoraron la función del receptor del N-metílico-Daspartate (NMDA) (Wu y otros., 1991). Sin embargo, no está claro si las
concentraciones de SP encontradas comúnmente en el cerebro (10-30 nanómetro)
(Kimoto y otros., 2001) pueden modular los receptores de GABAA y de NMDA.
Además de sus efectos sobre los receptores ionotrópicos, el SP une a los receptores
Sigma1 (Su y otros., 1988; Hayashi y otros., 1995; Monnet y otros., 1995; Debonnel
y otros., 1996) dando por resultado la modulación de la liberación de glutamato de
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los terminales presinápticos (Meyer y otros., 2002). Probamos la posibilidad que las
concentraciones de SP encontradas comúnmente en el hipocampo pueden modular
la transmisión sináptica GABAergica vía los receptores Sigma1. Describimos un
efecto nuevo de concentraciones fisiológicamente relevantes de SP en la
transmisión sináptica GABAergica en neuronas del hipocampo. El SP inhibió la
liberación vesicular de GABA disminuyendo la frecuencia de las corrientes postsinápticas inhibitorias. Este efecto fue mediado por una toxina pertussis (PTX) - G
sensible proteína-ligada al receptor Sigma1.
Discusión 1
Resumiendo, encontramos que: 1) Las concentraciones de SP encontradas
comúnmente en el hipocampo redujeron la frecuencia de los sIPSCs y de los
mIPSCs registrados de estas neuronas. 2) El efecto presináptico del SP fue mediado
por los receptores pertussis toxinsensitivos. 3) El efecto del SP era específico al
receptor Sigma1 y no fue mediado por la activación de GABAB o de receptores
glutamatergicos metabotrópicos. 4) El efecto presináptico del SP era mucho más
potente que su efecto post-sináptico. Estos resultados pueden ayudar a explicar las
acciones fisiológicas del SP en el hipocampo.
La capacidad del SP de disminuir la frecuencia de sIPSCs fue descripta en neuronas
del hipocampo cultivadas (Moss y Smart, 2001). Sin embargo, la concentración más
baja del SP usada en ese estudio era 1 µM. Los efectos del SP en esta
concentración, que excede concentraciones endógenas de SP en el hipocampo,
pudieron haber sido distintos de los efectos del SP nanomolar divulgados en este
artículo. El efecto presináptico del SP descripto en el estudio actual es similar en
algunos aspectos a su efecto sobre la liberación del glutamato descripto
recientemente (Meyer y otros., 2002). En neuronas del hipocampo cultivadas, el SP
aumentó la frecuencia de las corrientes post-sinápticas excitatorias en miniatura
mediadas en los receptores de amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate,
pero no alteró su amplitud. Similar a nuestros resultados, el efecto del SP fue
mediado por los receptores Sigma1 toxinsensitivos pertussis. Sin embargo, una
diferencia importante yace entre los efectos del SP en la frecuencia de IPSC y la
frecuencia de la corrientes post-sináptica excitatorial. El SP moduló la liberación del
glutamato en las concentraciones del µM 10, que pudieron ser una concentración
más alta que las esperadas para una acción fisiológica relevante, mientras que sus
efectos sobre la liberación de GABA ocurren probablemente en mucho más bajas
concentraciones, fisiológicamente relevantes. El SP se sintetiza y circula en el
cerebro en concentraciones nanomolares (Kimoto y otros., 2001). Los estudios han
divulgado niveles de SP en el hipocampo en el rango de 5 ng/g. Se sugirió que las
concentraciones homogéneas de SP en el cerebro pueden no representar
exactamente las concentraciones sinápticas de este neurosteroide (Meyer y otros.,
2002). El SP es sintetizado por glia y no hay evidencia que sugiera que pueda ser
sintetizada en terminales presinápticas, o que pueda ocurrir una acumulación de sus
concentraciones locales debido a transportadores específicos. Así, la concentración
sináptica del SP es poco probable que sea 1.000 veces más alta en líquido
homogéneo o cerebroespinal. En el hipocampo, las concentraciones nanomolares
del SP modulan el aprendizaje y la memoria.
La administración de SP
Intracerebroventricular en ratones inmediatamente después del entrenamiento,
causa la mejoría en la retención de la memoria en el entrenamiento activo. Las
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curvas de la respuesta a las dosis demuestran que el SP tiene efectos significativos
en las dosis de hasta sólo 3.5 fmol/el ratón (Flood y otros., 1992). En estudios
complementarios, el hipocampo se demostró como sitio potencial de la acción del
SP (Flood y otros., 1995) porque la inyección intrahippocampal del SP dio lugar a la
mejoría de la memoria en una dosis más baja que cuando estaba infundida en el
tabique o los cuerpos mamilares. Las concentraciones del plasma y del cerebro de
neurosteroides sulfatados disminuyen con la edad, y sus niveles bajos se
correlacionan con un funcionamiento pobre del aprendizaje y la memoria. Se
encontraron menores concentraciones de SP en el hipocampo de ratas de 24 meses
de edad que las encontradas en ratas de 3 meses de edad. La administración
sistémica de SP restauró el déficit de retención en ratas viejas, y este efecto duró
por 10 días (Vallee y otros., 2001). En el mismo estudio, la infusión intrahippocampal
del SP inmediatamente después del entrenamiento, restauró la retención de la
memoria en ratas envejecidas. Este estudio demostró que una concentración
fisiológica del SP disminuyó la liberación de GABA de las terminales presinápticas.
Este desinhibición mediada del SP puede permitir que ocurra la potenciación a largo
plazo y facilite así el aprendizaje y la memoria. Por ejemplo, los cannabinoides
endógenos, que ejercen un efecto desinhibitorio, suprimiendo el lanzamiento de
GABA, facilitan la potenciación a largo plazo en las neuronas piramidales CA1
(Carlson y otros., 2002).
El efecto desinhibitorio del SP fue mediado vía receptores Sigma1, que son
nonopioideos metabotrópicos, receptores G junto a proteínas. El SP actuaba como
receptor agonista Sigma1 en varios estudios del comportamiento en vivo e in vitro
(Hayashi y otros., 1995; Monnet y otros., 1995; Debonnel y otros., 1996). Los
agonistas del receptor Sigma1 posee las potentes propiedades antiamnésicas,
similares a las del SP (Urani y otros., 1998; Maurice y otros., 2001). Varios estudios
demuestran que los receptores Sigma1 están en el hipocampo. La localización
autoradiográfica de los sitios del receptor Sigma1 sugirió una alta concentración en
las neuronas piramidales del hipocampo (Gundlach y otros., 1986). Más
recientemente, los estudios inmunocitoquímicos sugirieron un alto nivel de expresión
del receptor Sigma1 en el hipocampo. Se describieron manchas intensas en la capa
de la célula del gránulo y manchas más moderadas en las neuronas piramidales
(Alonso y otros., 2000). Los estudios ultraestructurales de las manchas inmunes
revelaron receptores Sigma1 en las sinapsis, típicamente en la membrana postsináptica. Es posible que el SP haya disminuído la frecuencia del mIPSC vía la
acción de los receptores Sigma1 en los canales Ca2 y la homeostasis. La activación
Ligand de los receptores Sigma1 provocó una reducción de la dependencia a la
dosis en los niveles intrasinaptosomales libres de calcio (Brent y otros., 1996). Los
almacenes internos presinápticos de Ca2+ se conocen po modular la frecuencia y la
liberación de GABA (Bardo y otros., 2002) del mIPSC; así, es posible que el efecto
presináptico del SP ocurrió por la movilización de los almacenes internos de Ca2+.
La modulación de IPSCs por el SP pudo haber ocurrido también modulando la
entrada del calcio en el terminal presináptico. El SP y otros neurosteroides inhibieron
corrientes que bloquean el voltaje del canal del calcio en las neuronas piramidales
aisladas CA1 (ffrench-Mullen y otros., 1994). Esta inhibición de las corrientes del
calcio fue disminuida por el tratamiento previo con PTX, sugiriendo la implicación de
los receptores Sigma1. Un estudio reciente sugirió que los receptores Sigma1
inhibieron los canales activados de alto voltaje del calcio en neuronas del ganglio
autonómico de la rata (Zhang y Cuevas, 2002), aunque este efecto fue mediado
probablemente vía los receptores s2. Este estudio demostró que la inhibición del SP
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de los receptores de GABAA ocurrió en concentraciones mucho más altas que las
necesarias para inhibir la liberación de GABA, porque el valor IC50 para la inhibición
de los receptores de GABAA era más que cien veces más alto que ése para la
inhibición de la frecuencia de sIPSCs. La inhibición de los receptores de GABAA es
un mecanismo comúnmente estudiado del SP. El SP modula negativamente las
corrientes del receptor de GABAA en las neuronas corticales de la rata neonata
(Majewska y otros., 1988), recombina las corrientes del receptor Sigma1 2 2S
GABAA (Parque-Chungkin y otros., 1999) e inhibe corrientes sinápticas de GABA en
neuronas del hipotálamo en concentraciones micromolares (Poisbeau y otros.,
1997). El SP mejora la desensibilización de las corrientes del receptor de GABAA en
los remiendos hipocampales de la membrana (Shen y otros., 1999) y reduce la
duración de la abertura del clúster canal simple, independientemente de la
concentración de GABA, actuando así como antagonista noncompetitivo de una
manera independiente del voltaje (Akk y otros., 2001). En conclusión, las
concentraciones nanomolares del SP inhibieron la frecuencia de los receptores
GABA mediados mIPSCs y sIPSCs en neuronas hipocampales cultivadas, mientras
que las amplitudes del tiempo de decaimiento de corrientes post-sinaptices no
fueron afectadas. Este efecto era independiente de la inhibición post-sináptica de los
receptores GABAA y fue alcanzado por la activación de los receptores Sigma1
metabotrópicos junto a proteína G.
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