Apariția antidepresivelor (AD) triciclice (TCA) care inhibau recaptarea monoaminelor a dus la descoperirea SSRI (Selective Serotonin Reuptake Inhibitors) și SNRI (Serotonin–Norepinephrine Reuptake Inhibitors) (ce acționează pe o singura monoamină), al căror mecanism de acțiune terapeutică nu este complet elucidat. TCA și SSRI interacționează cu proteine membranare, implicând mecanisme adiționale.

Proteinele membranare

Se întind de-a lungul membranei și activitatea acestora poate fi modulată de modificări la nivelul bistratului lipidic, precum modificarea curvaturii intrinseci, grosimii sau elasticității acestuia.

Costul energetic

  • Deformarea bistratului presupune un cost energetic ce depinde de interfața proteină-bistrat și variază cu schimbările în proprietățile bistratului
  • Activitatea canalului gramicidin - gA (durata de viată și frecvența apariției acestuia) este dependentă de energia deformatoare a bistratului, canalul fiind mai scurt decât bistratul
  • Scăderea grosimii bistratului, creșterea elasticității și a curvaturii intrinseci vor scădea forța bistratului și deci va crește apariția și viața gA

Studiul curent

  • 21 compuși (TCA și SSRI) au fost testați ca acțiune asupra gA
  • Toți compușii au schimbat echilibrul monomeri-dimeri gA spre a fi dimeri
  • Ordinea puterii de modificare a bistratului nu a fost prezisă de hidrofobicitatea compușilor (estimată folosind clogP sau logD la pH 7)

Materiale și metode

  • S-a folosit calorimetria de titrare izotermală pentru a determina coeficienții de partiție bistrat-electroliți
  • Testarea cu fluorescenta a gA a folosit ANTS (8-Aminoftalen-1,3,6-Trisulfonic Acid)
  • S-a folosit tehnica single-channel
  • Pentru experimentele de fluorescenta s-a folosit o mixtură de izoforme de gA A, B și C
  • Pentru experimentele single channel s-au folosit analogul 15-aminoacid si enantiomerul scurt des-(D-Val-Gly)gA

Rezultate

Titrare izotermală

  • Ordinea afectării a fost prezisă de coeficienții de partiție bistrat-electroliți determinată prin calorimetrie de titrare izotermală (ITC)
  • Folosind electrofiziologia single-channel s-a arătat ca amitriptilina și imipramina (TCA) și citalopramul au afectat în primul rând curvatura intrinsecă
  • Fluoxetina a afectat în primul rând elasticitatea bistratului

Experimentele de interferență fluorescentă

  • Cel mai potent AD în a modifica caracteristicile bistratului lipidic (calculat prin concentrația la care rata interferenței a fost dublată – quench rate) a fost fluoxetina; cel mai puțin potent a fost zimelidine
  • Modificarea activității gA a fost cea mai mare sub acțiunea sertralinei, paroxetinei, fluoxetinei (SSRI) și lofepraminei, clomipraminei (TCA)
  • Interferau minim cu gA doxepin, citalopram, alaproclat și zimelidine
  • Nu s-a observat o corelație între clasa medicamentelor și tendința de a afecta proprietățile bistratului lipidic

Înregistrări single-channel

  • Experimentele single-channel pentru gA s-au efectuat pentru amitriptilină cu imipramină (TCA) și fluoxetină cu citalopram (SSRI)
  • Amitriptilina nu interacționează direct cu canalele
  • Fluoxetina a crescut cel mai mult viața canalelor, în contact cu citalopramul

Concluzii

  • TCA și SSRI sunt modificatori ai funcționării proteinelor membranare într-un mod promiscuu
  • Mecanismul pe care s-ar baza acest eveniment ar fi partiția AD amfifilice în bistratul lipidic, lucru demonstrat prin afectarea activității canalelor gA
  • Cei 21 de compuși testați au avut o putere variată de a influența funcționarea canalelor gA => partiție diferita a compușilor în bistrat și interacțiuni intermoleculare diferite
  • Moleculele amfifile vor altera proprietățile bistratului (grosime, curvatură intrinsecă și elasticitate) prin 3 mecanisme: intercalarea amfifilelor în bistrat va modifica forțele intermoleculare de-a lungul bistratului=>schimbări ale dinamicii lanțurilor acil, elasticității și curvaturii, partiția reversibila a amfifilelor în bistrat va crește aria acestuia, scăzând elasticitatea, în cazul deformării produse de proteinele membranare, deformarea locală a bistratului va duce la o redistribuire a amfifilelor în vecinătatea proteinelor=> creșterea elasticității
  • Capacitatea de modificare a bistratului tine de coeficienții de partiție în membrana ai AD
  • Targhetarea mai multor căi moleculare în detrimentul unor proteine specifice s-a dovedit a fi avantajoasă deși proprietățile moleculare care conferă caracteristica polifarmacologică poate fi de asemenea un risc pentru toxicitate crescută
  • Ar putea fi posibilă crearea unor molecule care să targheteze tocmai o proprietate a bistratului care să fie importantă pentru anumite proteine membranare

Bibliografie

  1. Kapoor, R., Peyear, T. A., Koeppe, R. E., & Andersen, O. S. (2019). Antidepressants are modifiers of lipid bilayer properties. Journal of General Physiology. https://doi.org/10.1085/jgp.201812263