Dr. Tom Dunwiddie University of Colorado Health Sciences Center Denver VA Medical Center

1. Efectos del Etanol en los Sistemas Neurotransmisores Dr. Tom Dunwiddie University of Colorado Health Sciences Center Denver VA Medical Center

2. Introducción • 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

3. Preguntas a consignar • ¿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?

4. ¿Por qué necesitamos comprender el mecanismo celular de acción del etanol en el cerebro? • 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

5. Teorías sobre el Mecanismo de Acción del Etanol a Nivel Celular Evolución de los conceptos sobre mecanismo de acción del etanol Teorías de membrana de la anestesia Teorías de proteínas Lovinger y cols.; Hoffman y cols., 1989 Franks & Lieb, 1984 Meyer- Overton, 1896-1901 NMDA R luciferasa Allan & Harris; Suzdak y cols.; Ticku y cols., 1986 Mihic y cols., 1997 “sitio” GABAA/glicina GABAA R

6. Pasos clave en neurotransmisión: • Síntesis y almacenamiento del neurotransmisor • Liberación Ca2+-dependiente tras estimulación • Activación de los receptores postsinápticos • Inactivación por recaptación o metabolismo Ca++ Ca++

7. Las sinapsis son blancos principales de las drogas neuroactivas • Cafeína: inhibe los receptores de adenosina • Nicotina: activa los receptores de acetilcolina • Cocaína: inhibe recaptación de DA, NE, 5HT • Etanol? Nicotina Cafeína X Adenosina Receptor ACh X Cocaína

8. Las sinapsis también son blanco de drogas terapéuticas • Drogas antidepresivas • Inhibidores 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

9. Interacciones del etanol con la síntesis y almacenamiento 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

10. Interacciones del etanol con la liberación de neurotransmisores • 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 Área Ventral Tegmental (AVT) Núcleo accumbens (NAC) Control Dopamina Etanol + + Dopamina

11. Interacciones del etanol con transportadores de neurotransmisores • Transportador de adenosina • El etanol inhibe el transporte de adenosina a través de un subtipo específico de transportador de adenosina • Otros transportadores • Transportador de norepinefrina - inhibido por etanol • Transportador de dopamina - facilitado por etanol • Transportador de serotonina - facilitado por etanol

12. Interacción del etanol con receptores de 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)

13. Canales iónicos activados por ligando: mayor alosterismo Poro canal iónico Extracelular barbitúricos GABA Etanol ? benzodiazepinas Bicapa Lipídica Cl- Cl- Intracelular

14. Interacciones directas del etanol con canales iónicos activados por ligando: 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

15. Aumento de las respuestas mediadas por los receptores GABAA producido por el etanol: ¿ejemplo de mayor alosterismo? Flunitrazepam 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 Pentobarbital Etanol

16. La actividad de otros canales iónicos activados por ligando se aumenta con el etanol • Serotonina (receptores 5-HT3) • Glicina • Acetilcolina (receptores nicotínicos) Receptores nicotínicos de acetilcolina de neuronas corticales cultivadas Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999

17. Interacciones del etanol con canales iónicos 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 Recuperación Respuesta sináptica Lovinger y cols, J. Neurosci. 10:1372, 1990

18. La actividad de otros canales iónicos activados por ligando es antagonizada por el etanol • Glutamato • Kainato  NMDA > • AMPA • Acetilcolina (algunos receptores nicotínicos) • ATP (receptores P2X) Receptores nicotínicos 7 Neuronas corticales cultivadas Aistrup y cols, Mol. Pharm. 55:39, 1999

19. Evidencias de interacciones del etanol con un sitio de unión específico: efectos “cut-off” del alcohol Receptor NMDA Receptor ATP (P2X) Potencia Relativa Potencia Relativa Membrana: coeficiente de partición del buffer Volumen Molecular (ml/mol) Peoples & Weight, PNAS 92:2825, 1995 Li y cols, PNAS 91:8200, 1994

20. Aumento de las respuestas en los canales/receptores de glicina mutados producido por etanol Etanol/Glicina Efecto de la mutación de un aminoácido en el receptor de glicina con respecto de la sensibilidad al etanol Potenciación de respuesta a la glicina (%) Mihic y cols, Nature 389:385, 1997

21. Un posible mecanismo para una interacción indirecta del etanol con un canal iónico activado por ligando Poro canal iónico Extracelular GABA Etanol PO4 ATP Kinasa Intracelular

22. Interacciones indirectas del etanol con canales iónicos activados por ligando • 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

23. Interacciones del etanol con otros blancos 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)

24. Conclusiones respecto a los mecanismos de 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