Studio del rilascio del neurotrasmettitore GABA in relazione a stati patologici del Sistema Nervoso Centrale e ruolo degli scambiatori Na⁺/Ca²⁺ (NCX)

Abstract

Scopo di questa ricerca è stato l’ analisi dei possibili meccanismi dell’eccessivo rilascio di GABA dalle terminazioni nervose del cervelletto esposte a diverse condizioni aventi significato patologico, quali per esempio eccessiva concentrazione di K⁺ all’esterno del terminale, oppure eccesso di ioni Na⁺ e Ca²⁺ a livello citoplasmatico, che si presentano in diverse patologie del Sistema Nervoso Centrale, quali ad esempio l’ischemia ed epilessia. Vista l’importanza potenziale degli scambiatori Na⁺/Ca²⁺(NCX) in svariate patologie e come possibili bersagli per nuovi farmaci, e soprattutto considerato il ruolo ancora inesplorato di tali scambiatori nella neurotrasmissione, è stato dato un rilievo particolare allo studio del loro coinvolgimento nei meccanismi studiati. Sono state utilizzate come modello sperimentale terminazioni nervose isolate esposte, in superfusione, a stimoli in grado di riprodurre le disregolazioni ioniche accennate. Utilizzando alcuni tools farmacologici in grado di interferire con i sistemi in esame sono stati chiariti i principali meccanismi dell’aumentato rilascio di neurotrasmettitore in risposta alle suddette alterazioni. Dai risultati ottenuti si suggerisce che tali alterazioni provochino un eccesso di liberazione del neurotrasmettitore attraverso meccanismi in parte mediati da esocitosi e in parte mediati da carrier. La componente esocitotica sembra dipendere fortemente dall’attivazione di scambiatori Na+/Ca2+ localizzati sulla membrana plasmatica e a livello mitocondriale. Considerando che alcune sostanze in grado di interagire con tali scambiatori sono state indicate come possibili agenti neuroprotettivi, l’individuazione di questo importante ruolo degli scambiatori Na+/Ca2+ nei processi di eccessivo rilascio dei neurotrasmettitori potrebbe suggerire un loro ruolo come bersagli per farmaci innovativi.

The aim of this research was the analysis of the different possible mechanisms of the excessive GABA release observed following exposure of cerebellar GABAergic nerve terminals to different ‘pathological’ conditions, including excessive extraterminal K⁺ or internal Na⁺and Ca²⁺ concentrations, which occur in certain Central Nervous System pathologies, for instance ischemia or epilepsy. Considering the potential relevance of Na⁺/Ca²⁺exchangers (NCX) in neuropathological conditions and, also, as possible targets for novel drugs, and considering the not yet completely understood roles of these exchangers in neurotransmission (including GABAergic mediation), the study of their involvement in the mechanisms investigated in this work was here a priority. Isolated nerve terminals (synaptosomes) have been used as experimental model. Synaptosomes were exposed in superfusion to different stimuli able to mimick some, if not all, the above mentioned ion dysregulations. The main mechanisms of excessive neurotransmitter release in response to the experimental dysregulations have been clarified by exploiting pharmacological tools affecting the biological systems under study. Results suggest that the above mentioned ‘pathological’ dysregulations stimulate excessive neurotransmitter release which takes place in part through exocytotic-like mechanisms and, under certain conditions, through a carrier-mediated process. The exocytotic mechanisms seem to take place largely following activation of plasmalemmal and/or mitochondrial Na+/Ca2+ exchangers. Considering that some drugs able to affect the function of these exchangers have been considered as possible neuroprotective agents, this important role of Na+/Ca2+ exchangers in the excessive release of neurotransmitters following pathological alterations might suggest their possible consideration as targets for novel drugs.