Dr. Tom Dunwiddie

University of Colorado Health Sciences Center

Denver VA Medical Center

Efectos del Etanol en los Efectos del Etanol en los Sistemas NeurotransmisoresSistemas Neurotransmisores

Efectos del Etanol en los Efectos del Etanol en los Sistemas NeurotransmisoresSistemas Neurotransmisores

• El alcohol es una droga de abuso debido a sus acciones en el cerebro

• Estas acciones deben incluir algunos efectos psicológicos deseables que aumenten la probabilidad de que un individuo se autoadministre alcohol

IntroducciónIntroducción

• ¿Cómo afecta el etanol la actividad cerebral a nivel celular?

• ¿Hay sistemas de neurotransmisores en el cerebro que sean blanco de acciones específicas del etanol?

• ¿Hay otros blancos cerebrales del etanol no relacionados con neurotransmisores específicos?

Preguntas a consignarPreguntas a consignar

Entender cómo actúa el etanol en el cerebro a nivel celular puede dar paso a:

• Vías farmacológicas que permitan antagonizar los efectos intoxicantes del etanol

• Antagonismo farmacológico de los efectos reforzadores del etanol

• Aumento farmacológico de los efectos aversivos del etanol

Entender cómo actúa el etanol en el cerebro a nivel celular puede dar paso a:

• Vías farmacológicas que permitan antagonizar los efectos intoxicantes del etanol

• Antagonismo farmacológico de los efectos reforzadores del etanol

• Aumento farmacológico de los efectos aversivos del etanol

¿Por qué necesitamos comprender el ¿Por qué necesitamos comprender el mecanismo celular de acción del etanol en mecanismo celular de acción del etanol en

el cerebro?el cerebro?

Teorías sobre el Mecanismo de Acción del Teorías sobre el Mecanismo de Acción del Etanol a Nivel CelularEtanol a Nivel Celular

Evolución de los conceptos sobre mecanismo de acción del etanol

Teorías de membrana de la anestesia

Teorías de proteínas

Meyer-Overton,

1896-1901

Franks& Lieb,

1984

Allan & Harris; Suzdak y cols.; Ticku y cols.,

1986

Lovinger y cols.;

Hoffman y cols., 1989

Mihic y cols., 1997

luciferasa luciferasa

GABAA R GABAA R

NMDA R NMDA R

“sitio”

GABAA/glicina

“sitio”

GABAA/glicina

Ca++

Ca++

Pasos clave en neurotransmisión:Pasos clave en neurotransmisión:

• Síntesis y almacenamiento del neurotransmisor

• Liberación Ca2+-dependiente tras estimulación

• Activación de los receptores postsinápticos

• Inactivación por recaptación o metabolismo

Las sinapsis son blancos principales Las sinapsis son blancos principales de las drogas neuroactivasde las drogas neuroactivas

CocaínaX

Adenosina

CafeínaX

Nicotina

• Cafeína: inhibe los receptores de adenosina

• Nicotina: activa los receptores de acetilcolina

• Cocaína: inhibe recaptación de DA, NE, 5HT

•Etanol?

ReceptorACh

Las sinapsis también son blanco de Las sinapsis también son blanco de drogas terapéuticasdrogas terapéuticas

• Drogas antidepresivasInhibidores de la recaptación de serotonina

• Analgésicos (morfina)Agonistas de receptor opiáceo

• Drogas antipsicóticas Antagonistas del receptor de DA

•Drogas anticonvulsivantes Moduladores GABAA

•Agentes neurolépticos Moduladores GABAA

• Drogas antidepresivasInhibidores de la recaptación de serotonina

• Analgésicos (morfina)Agonistas de receptor opiáceo

• Drogas antipsicóticas Antagonistas del receptor de DA

•Drogas anticonvulsivantes Moduladores GABAA

•Agentes neurolépticos Moduladores GABAA

Interacciones del etanol con la síntesis yInteracciones del etanol con la síntesis yalmacenamiento de neurotransmisoresalmacenamiento de neurotransmisores

• Evidencia considerable apoya la idea de que la exposición al etanol puede llevar a cambios en la síntesis y almacenamiento de transmisores

• Muchos de estos efectos se relacionan con respuestas adaptativas al etanol crónico (tolerancia y dependencia), y pueden no estar directamente involucrados en los efectos agudos del etanol

• Evidencia considerable apoya la idea de que la exposición al etanol puede llevar a cambios en la síntesis y almacenamiento de transmisores

• Muchos de estos efectos se relacionan con respuestas adaptativas al etanol crónico (tolerancia y dependencia), y pueden no estar directamente involucrados en los efectos agudos del etanol

Control

• El etanol aumenta la liberación de dopamina en la vía de la “gratificación farmacológica”

• El etanol parece liberar dopamina del AVT y NAC por interacciones con múltiples receptores de neurotransmisores

• El etanol tiene acciones excitatorias directas sobre las neuronas que contienen dopamina en el AVT

• El etanol aumenta la liberación de dopamina en la vía de la “gratificación farmacológica”

• El etanol parece liberar dopamina del AVT y NAC por interacciones con múltiples receptores de neurotransmisores

• El etanol tiene acciones excitatorias directas sobre las neuronas que contienen dopamina en el AVT

Núcleo accumbens (NAC)

Interacciones del etanol con la liberación de Interacciones del etanol con la liberación de neurotransmisoresneurotransmisores

Etanol ++

Área Ventral Tegmental (AVT)

Dopamina

Dopamina

Interacciones del etanol con Interacciones del etanol con transportadores de neurotransmisorestransportadores de neurotransmisores

• Transportador de adenosinaEl etanol inhibe el transporte de adenosina a través de un subtipo específico de transportador de adenosina

• Transportador de adenosinaEl etanol inhibe el transporte de adenosina a través de un subtipo específico de transportador de adenosina

• Otros transportadores

Transportador de norepinefrina - inhibido por etanolTransportador de dopamina - facilitado por etanol

Transportador de serotonina - facilitado por etanol

• Otros transportadores

Transportador de norepinefrina - inhibido por etanolTransportador de dopamina - facilitado por etanol

Transportador de serotonina - facilitado por etanol

Interacción del etanol con receptores de Interacción del etanol con receptores de neurotransmisores (efectos post-sinápticos)neurotransmisores (efectos post-sinápticos)

Las sinapsis tienen 2 tipos de receptores postsinápticos

Canales iónicos activados por ligando (transmisión rápida)

glutamato GABAA

glicina acetilcolina (nicotínico)

Receptores metabotrópicos (transmisión lenta, neuromodulación)

norepinefrina dopamina

GABAB acetilcolina (muscarínico)

serotonina purinérgico (adenosina)

Las sinapsis tienen 2 tipos de receptores postsinápticos

Canales iónicos activados por ligando (transmisión rápida)

glutamato GABAA

glicina acetilcolina (nicotínico)

Receptores metabotrópicos (transmisión lenta, neuromodulación)

norepinefrina dopamina

GABAB acetilcolina (muscarínico)

serotonina purinérgico (adenosina)

Canales iónicos activados por Canales iónicos activados por ligando: mayor alosterismoligando: mayor alosterismo

Poro canal iónico

GABAbarbitúricos

Cl-Cl-

Etanol?

Intracelular

Extracelular

benzodiazepinas

Bicapa

Lipídic

a

Interacciones directas del etanol Interacciones directas del etanol con canales iónicos activados por con canales iónicos activados por

ligando: mayor alosterismoligando: mayor alosterismo

• El etanol puede potenciar los efectos de algunos neurotransmisores en sus receptores postsinápticos

• Las respuestas sinápticas a menudo son mayores en amplitud, o en duración

• El etanol actúa en forma similar a otros tipos de agentes farmacológicos conocidos como moduladores alostéricos

Aumento de las respuestas mediadas por los Aumento de las respuestas mediadas por los receptores GABAreceptores GABAAA producido por el etanol: producido por el etanol:

¿ejemplo de mayor alosterismo?¿ejemplo de mayor alosterismo?

Flunitrazepam

Pentobarbital

Etanol

Las respuestas sinápticas del GABAA del hipocampo de rata están aumentadas en magnitud y duración por el flunitrazepam (una benzo-diazepina), pentobarbital (un barbitúrico) y por etanol.

Las tres drogas comparten efectos farmacológicos similares: sedación y depresión del SNC

Las respuestas sinápticas del GABAA del hipocampo de rata están aumentadas en magnitud y duración por el flunitrazepam (una benzo-diazepina), pentobarbital (un barbitúrico) y por etanol.

Las tres drogas comparten efectos farmacológicos similares: sedación y depresión del SNC

La actividad de otros canales iónicos La actividad de otros canales iónicos activados por ligando se aumenta con el activados por ligando se aumenta con el

etanoletanol • Serotonina (receptores 5-HT3)

• Glicina

• Acetilcolina (receptores nicotínicos)

Receptores nicotínicos de acetilcolina de neuronas corticales cultivadas

Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999

Interacciones del etanol con canales Interacciones del etanol con canales iónicos activados por ligando: antagonismoiónicos activados por ligando: antagonismo

• El etanol puede antagonizar los efectos de algunos neurotransmisores en sus receptores postsnápticos

• Las respuestas sinápticas al glutamato mediadas por receptores NMDA son inhibidas de forma no competitiva

• El etanol puede antagonizar los efectos de algunos neurotransmisores en sus receptores postsnápticos

• Las respuestas sinápticas al glutamato mediadas por receptores NMDA son inhibidas de forma no competitiva

Respuesta sináptica

Lovinger y cols, J. Neurosci. 10:1372, 1990

Recuperación

La actividad de otros canales iónicos La actividad de otros canales iónicos activados por ligando es antagonizada activados por ligando es antagonizada

por el etanolpor el etanol

• GlutamatoKainato NMDA > AMPA

• Acetilcolina (algunos receptores nicotínicos)

• ATP (receptores P2X)

• GlutamatoKainato NMDA > AMPA

• Acetilcolina (algunos receptores nicotínicos)

• ATP (receptores P2X) Receptores nicotínicos 7

Neuronas corticales cultivadas Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999

Evidencias de interacciones del etanol Evidencias de interacciones del etanol con un sitio de unión específico: con un sitio de unión específico:

efectos “cut-off” del alcohol efectos “cut-off” del alcohol

Peoples & Weight, PNAS 92:2825, 1995 Li y cols, PNAS 91:8200, 1994

Receptor NMDA Receptor ATP (P2X)

Po

ten

cia

Re

lati

va

Volumen Molecular (ml/mol)

Pot

enci

a R

elat

iva

Membrana: coeficiente de

partición del buffer

Aumento de las respuestas en los Aumento de las respuestas en los canales/receptores de glicina mutados canales/receptores de glicina mutados

producido por etanolproducido por etanol

Mihic y cols, Nature 389:385, 1997

Efecto de la mutación de un aminoácido en el receptor de glicina con respecto de la sensibilidad al etanol

Etanol/Glicina

Po

ten

cia

ció

n d

e r

esp

ue

sta

a

la g

licin

a (

%)

Un posible mecanismo para una interacción Un posible mecanismo para una interacción indirecta del etanol con un canal iónico activado por indirecta del etanol con un canal iónico activado por

ligandoligandoPoro canal iónico

GABA

Etanol

Intracelular

Extracelular

KinasaPO4 ATP

Interacciones indirectas del etanol Interacciones indirectas del etanol con canales iónicos activados por con canales iónicos activados por

ligandoligando

• Acciones indirectas mediadas por kinasas

Fyn-kinasa – receptores NMDA

PKC y PKC - receptores GABAA

Protein kinasa A – receptores GABAA

Translocación de kinasas (PKA/PKC)

• Mediación neurosteroidal de los efectos del etanol

Receptores GABAA

• Acciones indirectas mediadas por kinasas

Fyn-kinasa – receptores NMDA

PKC y PKC - receptores GABAA

Protein kinasa A – receptores GABAA

Translocación de kinasas (PKA/PKC)

• Mediación neurosteroidal de los efectos del etanol

Receptores GABAA

Interacciones del etanol con otros Interacciones del etanol con otros blancos celularesblancos celulares

• Receptores metabotrópicos (unidos a proteína G): las interacciones podrían ser a nivel del receptor, o a nivel del mecanismo de transducción

(ej., proteínas G, adenil ciclasa)

• Se ha descrito que es poco probable que muchos efectos del etanol se produzcan en los receptores postsinápticos, pero pueden afectar la transmisión sináptica

(ej., canales iónicos activados por voltaje)

• Receptores metabotrópicos (unidos a proteína G): las interacciones podrían ser a nivel del receptor, o a nivel del mecanismo de transducción

(ej., proteínas G, adenil ciclasa)

• Se ha descrito que es poco probable que muchos efectos del etanol se produzcan en los receptores postsinápticos, pero pueden afectar la transmisión sináptica

(ej., canales iónicos activados por voltaje)

Conclusiones respecto a los mecanismos Conclusiones respecto a los mecanismos de acción celulares del etanolde acción celulares del etanol

• Las hipótesis antiguas que sugieren que el etanol tiene acciones muy generalizadas, no específicas en muchos sistemas neuronales son poco probables

• A concentraciones intoxicantes, el etanol tiene algunas acciones muy específicas en numerosas proteínas de membrana

• Algunos tipos de canales iónicos activados por ligando (ej., receptores postsinápticos) parecen ser un blanco importante para la acción del etanol

• Se necesita desarrollar estrategias experimentales para determinar qué acciones del etanol son relevantes para efectos conductuales específicos

• Las hipótesis antiguas que sugieren que el etanol tiene acciones muy generalizadas, no específicas en muchos sistemas neuronales son poco probables

• A concentraciones intoxicantes, el etanol tiene algunas acciones muy específicas en numerosas proteínas de membrana

• Algunos tipos de canales iónicos activados por ligando (ej., receptores postsinápticos) parecen ser un blanco importante para la acción del etanol

• Se necesita desarrollar estrategias experimentales para determinar qué acciones del etanol son relevantes para efectos conductuales específicos