Biología celular y molecular de las subunidades β de los canales de sodio:Implicaciones terapéuticas para el dolor?

KATRINA CARRILLO

Abstracto• La subunidad α de los canales de sodio voltaje dependientes

han demostrado ser los principales mediadores de la fisiopatología del dolor. En esta revisión se analiza el papel de las subunidades β auxiliar de los canales de sodio en el canal de modulación, los niveles de expresión de proteínas de los canales y sus interacciones con la matriz extracelular y las moléculas de señalización del citoesqueleto. Aunque las subunidades β aún no han sido directamente implicadas en los mecanismos del dolor, su íntima asociación y la capacidad de regular a las subunidades α predice que puede ser un objetivo viable para la intervención terapéutica en el futuro. Se propone que las subunidades β multifuncionales de los canales de sodios proporcionan un enlace esencial entre moléculas de señalización extracelulares e intracelulares y por lo tanto tienen la capacidad de ajustar la actividad del canal y su excitabilidad eléctrica.

La expresión anormal de los canales de sodio dependientes de voltaje en las neuronas sensoriales primarias [ganglio de la raíz dorsal y neuronas trigeminales] se cree que contribuyen a la fisiopatología molecular de dolor.

Clonación Molecular Y Expresión Funcional De Las subunidades βCanales De Sodio

• β1 (36 kDa), β1A (45 kDa), y β2 (33 kDa) son proteínas transmembrana de topología tipo I. Las tres moléculas contienen dominios extracelulares de inmunoglobulina, que incluye moléculas de adhesión celular (CAMs)

• Se propuso que la β-subunidades pueden funcionar como CAMs así como moduladores de la cinética de canal y los niveles de expresión de la membrana plasmática.

Xenopus Laevis

•La coexpresión de subunidades β2 con α en los oocitos del Xenopus causó un aumento en la expresión funcional de los canales de sodio, un aumento en la fracción de subunidades α gating en un modo rápido, y un cambio negativo en la dependencia del voltaje de inactivación del canal, similar a los efectos observados para β1.

• La coexpresión de subunidades β2 con α en los oocitos del Xenopus causó un aumento en la expresión funcional de los canales de sodio, un aumento en la fracción de α-subunidades gating en un modo rápido, y un pequeño cambio negativo en la dependencia del voltaje de inactivación del canal, similar a los efectos observados para β1. Expresión de niveles más altos de β2 también causó un aumento de cuatro veces en la capacitancia de membrana en los oocitos de Xenopus, que se debió principalmente a un aumento en el número y la superficie de las microvellosidades de membrana plasmática. Curiosamente, este aumento de la subunidad β2 mediada en capacitancia de la membrana no dependía de la coexpresión de α.

• Se propuso que la asociación con la susbunidades β2 podría ser un paso limitante en la regulación de la densidad de la superficie celular y la localización de los canales de sodio en las neuronas en desarrollo.

• Datos más recientes han demostrado que la expresión de la subunidad β1 es un regulador crítico de la densidad de los canales de sodio en la membrana plasmática de las células transfectadas.

• Así, una función importante de las subunidades β sería dirigir, promover, y / o estabilizar la localización en la membrana plasmática de las subunidades α de los canales de sodio. En el futuro, una estrecha regulación de la expresión de la subunidad β podría servir como un mecanismo terapéutico para controlar la densidad de los canales de sodio y por lo tanto la excitabilidad eléctrica de las neuronas específicas en las rutas del dolor.

Las subunidades β de los canales de sodio interactúan con las proteínas de la matriz extracelular tenascina-R y tenascina C• Son moléculas de la matriz extracelular

derivadas de la glía que desempeñan papeles importantes en las interacciones de células en desarrollo o células neuronales lesionadas, tales como la migración neuronal, neurogénesis, y la regeneración neuronal.

• La incubación de los canales de sodio purificado sobre placas de microtitulación recubiertas con TN-C mostraron una unión saturable y específica.

Las subunidades β de los canales de sodio interactúan de forma homofílica y reclutan anquirina a la membrana plasmática• Células transfectadas con β1 o β2 mostrar interacciones homofílicas.

El análisis inmunocitoquímico de los agregados celulares revelaron reclutamiento de anquirina a los sitios de contacto célula-célula.

• Experimentos de co-immunoprecipitacion de membranas de cerebro de rata mostraron que anquirina G, que se expresa en los nodos de Ranvier de mamíferos y en segmentos iniciales del axón, y las subunidades β1 o β2 están físicamente asociados en neuronas de mamífero. Así, las subunidades β de los canales de sodio parecen comportarse como CAMs clásicos: se unen de forma homofílica, y anquirina es reclutada a los puntos de contacto célula-célula, e interactúan con moléculas de la matriz extracelular.

• Los dominios intracelulares de β1 y β2 son críticos para el reclutamiento de anquirina. Se concluyó que los segmentos carboxi-terminal intracelulares de los dominios β1 y β2 son necesarios para la transducción de la señal mediada de forma homofílica al citoesqueleto.

Los canales de sodio son modulados por Contactina• Los efectos mediados por Contactina en la

expresión del canal de sodio parece requerir la presencia de β1, quizás a través de las interacciones heterófilas de células adhesivas. La distribución de los canales de sodio y Contactina se investigó en el nervio ciático utilizando técnicas inmunocitoquímicas.

• Después de la lesión del nervio, la interacción de los canales de sodio β-subunidades y contactina puede jugar un papel clave en la reforma de los nodos de Ranvier y el restablecimiento de la conducción saltatoria.

La expresión del mRNA de subunidad β de los canales de sodio está reguladapor la fosforilación y neurotrofinas

• La modulación de la proteína quinasa A (PKA) de los canales de sodio resistentes a la tetrodotoxina pueden subyacer a las respuestas hiperalgésicas de las neuronas sensoriales a los agentes tales como la serotonina y la PGE 2.

• La acción de estos agentes puede ser imitado por los medicamentos que aumentan la fosforilación por PKA de los canales de sodio, tales como forskolina y 8-bromo-cAMP

• La expresión neuronal del canal de sodio se ha demostrado para ser influenciado por el factor de crecimiento nervioso (NGF)

• El mRNA de la subunidad β1 del Canal de sodio está regulado por incremento en las neuronas del ganglio de la raíz dorsal en un medio que contiene NGF

• las neurotrofinas puede que modulen la expresión de los canales de sodio en las neuronas del ganglio de la raíz dorsal a través de efectos diferenciales en las subunidades α-y β.

• Así, la investigación futura centrada en los métodos de modulación de la expresión de la subunidad β con neurotrofinas en selectivos cuerpos neuronales del ganglio de la raíz dorsal puede producir terapias eficaces para el dolor.

IMPLICACIONES TERAPÉUTICAS• Las subunidades β participan en la modulación de la

dependencia del voltaje de la activación y la inactivación del canal; son miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas y desempeñan un papel en la adhesión celular y de repulsión.

• La mutagénesis dirigida de residuos específicos en el pliegue de la inmunoglobulina o los dominios intracelulares, o diseño racional de fármacos dirigidos hacia estas regiones, pueden hacer que sea posible regular la subunidad β.

• La subunidad β de los canales de sodio puede de hecho ser vínculos críticos entre los entornos neuronales extra e intracelular y ahora puede proporcionar ideas sobre futuras intervenciones terapéuticas para el dolor.

Of pain.