Control presináptico por receptores acoplados a proteínas G, GPCRs, en un ratón modelo del síndrome X frágil

Resumen

El síndrome del X frágil es el principal tipo de enfermedad mental hereditaria. Se caracteriza por un silenciamiento del gen Fmr1 que codifica para la proteína FMRP que regula la expresión génica. Cuando FMRP está ausente, se produce una alteración en la expresión de proteínas pre y postsinápticas así como en formas de plasticidad a largo plazo. Los receptores CB1, beta adrenérgico (ßARs) y metabotrópico de glutamato 7 (mGlu7) se localizan a nivel presináptico y modulan la liberación de glutamato. Los receptores CB1 están acoplados a proteínas Gi/o y su activación conlleva a una reducción de la liberación de neurotransmisor. Los ßARs se acoplan a proteínas Gs, por lo que incrementan la liberación de glutamato por medio de un aumento en los niveles de AMPc y la activación de proteínas Epac que activan la generación de diacilglicerol lo que trasloca a la proteína Munc13-1 e incrementa el número de vesículas sinápticas (VSs) en contacto con la membrana de la zona activa. Los receptores mGlu7 realizan una modulación dual de la liberación de glutamato, ya que pueden inhibirla, mediante su acoplamiento a proteínas Gi/o, o potenciarla mediante la interacción con proteínas G resistentes a toxina pertussis y activación de la fosfolipasa C que a su vez aumenta los niveles de diacilglicerol y favorece la traslocación de Munc13. No existe conocimiento de que la modulación de la liberación de glutamato mediada por estos receptores esté afectada en la sinapsis Fmr1 KO, aunque la ausencia de FMRP provoca algunos cambios en la función presináptica de los que podrían ser responsables estos receptores. Hemos encontrado que la liberación de glutamato en terminales corticales de ratones Fmr1 KO inducida por una estimulación moderada (KCl 5 mM) no se potencia por el agonista de los ßARs isoproterenol ni por el activador de la adenilato ciclasa forskolina, ni de las proteínas Epac 8-pCPT, sin que esto sea consecuencia de una alteración en la expresión del receptor o en su capacidad para inducir la síntesis de AMPc. Los ratones Fmr1 KO presentan un mayor número de VSs amarradas a la membrana de la zona activa y el isoproterenol no aumenta este número, por lo que parece existir una incapacidad de los ßARs para colocar VSs en la membrana. Sin embargo, una estimulación más débil de los sinaptosomas con el ionóforo de calcio ionomicina recupera la potenciación mediada por forskolina y 8-pCPT, aunque no la de isoproterenol, lo que revela una ineficacia del AMPc generado por el receptor para activar la vía de potenciación, como confirma el rescate de la potenciación de la liberación por isoproterenol en sinaptosomas Fmr1 KO con el inhibidor de la PDE2A BAY 60-7550. Además, hemos observado que la potenciación de la liberación de glutamato inducida por isoproterenol tampoco tiene lugar en terminales cerebelares de ratones Fmr1 KO a pesar de que la expresión de los ßARs, así como su capacidad para inducir la síntesis de AMPc, no están alteradas. Esta ausencia de potenciación presináptica se relaciona con la pérdida de una forma de plasticidad dependiente de AMPc como es la LTP de las sinapsis entre las fibras paralelas y las células de Purkinje (PF-PC), en los ratones Fmr1 KO. Estas sinapsis también presentan un mayor número de VSs en contacto con la membrana de la zona activa y un mayor RRP (readily releasable pool) lo que es compatible con el incremento en la liberación espontánea y la ausencia de potenciación mediada por isoproterenol observados. Esta oclusión de la potenciación presináptica encontrada en las sinapsis cerebelares Fmr1 KO se revirtió mediante una disminución del calcio extracelular que es capaz de reestablecer la distribución de VSs y la PF-PC LTP. Finalmente, hemos encontrado que la inhibición de la liberación de glutamato mediada por los receptores CB1 y mGlu7 no está afectada en sinapsis cerebrocorticales Fmr1 KO, aunque la potenciación de la liberación inducida por el agonista de mGlu7 L-AP4 solo ocurre con estímulos débiles.