QUALI SONO I MECCANISMI CELLULARI ALLA BASE DELL’OSMORECEZIONE?

I soluti”efficaci” sono quelli che penetrano lentamente nelle cellule, o per niente, creando così un gradiente osmotico che causa un efflusso di acqua dalle cellule osmorecettrici. Il restringimento risultante dei neuroni osmosensitive è stato trovato per attivare le conduttanze cationiche non selettive della membrana che generano la corrente interna; se di grandezza sufficiente, la depolarizzazione risultante del neurone di osmoreceptor allora produce un potenziale di azione.10 Al contrario, i soluti “inefficaci” che penetrano nelle cellule non creano facilmente alcun gradiente osmotico e quindi hanno poco o nessun effetto sul volume cellulare degli osmorecettori. Gli studi elettrofisiologici dei neuroni nell’OVLT mostrano che mostrano cambiamenti nella velocità di cottura del potenziale d’azione che variano in proporzione alla tonicità del fluido extracellulare, sostenendo la probabilità che queste cellule rappresentino neuroni osmosensoriali.5 Cambiamenti osmoticamente evocati nella frequenza di cottura dei neuroni OVLT a loro volta regolano sinapticamente l’attività elettrica dei neuroni effettori a valle, tra cui i neuroni AVP magnocellulari nel SON e nel PVN, attraverso cambiamenti graduali nel rilascio del glutammato neurotrasmettitore eccitatorio. Questo meccanismo concorda bene con la relazione osservata tra l’effetto di soluti specifici come sodio, mannitolo e glucosio sulla secrezione di AVP (Figura 2).

La presunzione che il volume cellulare delle cellule osmorecettrici rappresenti l’evento di segnalazione primario mediante il quale gli osmorecettori rilevano i cambiamenti nella tonicità del fluido extracellulare solleva alcuni dilemmi interessanti. In primo luogo, la maggior parte delle cellule del corpo regolano il loro volume per prevenire o ridurre al minimo gli effetti dannosi del gonfiore cellulare o restringimento sulle funzioni cellulari. Tuttavia, se gli osmorecettori mostrassero aumenti o diminuzioni di regolazione del volume in risposta ai cambiamenti nella tonicità extracellulare, ciò non consentirebbe un’osmolalità plasmatica assoluta attorno alla quale viene mantenuta l’omeostasi del fluido corporeo; cioè, l’iperosmolalità cronica non susciterebbe stimoli sostenuti alla secrezione e alla sete di AVP. I risultati che utilizzano i neuroni OVLT in colture disperse a breve termine suggeriscono infatti che queste cellule non regolano il volume, in linea con la loro funzione putativa come osmorecettori cerebrali primari.11 Non è stato studiato se ciò sia vero anche dopo periodi più lunghi di cambiamenti sostenuti nella tonicità. In secondo luogo, in risposta ai cambiamenti cronici nella tonicità, i neuroni AVP magnocellulari subiscono effetti opposti a quelli attesi. Questi neuroni si allargano in risposta all’ipertonicità cronica12 e si restringono in risposta all’ipotonicità cronica.13 Questo è postulato per essere il risultato di cambiamenti nel macchinario sintetico cellulare; upregulation delle molte proteine richieste per sintesi aumentata di AVP durante ipertrofia cronica di cause delle cellule di hypertonicity e downregulation di queste proteine durante hypotonicity cronico produce gli effetti opposti. Pertanto, il vero determinante dell’attività dell’osmorecettore deve essere il grado di allungamento della membrana cellulare dell’osmorecettore, con effetti successivi sui canali attivati o inattivati dall’allungamento, piuttosto che sulla dimensione assoluta dei neuroni.10 In questo senso, gli osmorecettori funzionano come meccanorecettori che rilevano il grado di allungamento della membrana a livello cellulare, simile alla funzione dei barorecettori a livello vascolare.

Il meccanismo di osmosensing cellulare utilizzato dalle cellule OVLT è un potenziale recettore depolarizzante intrinseco, che queste cellule generano attraverso un complesso di trasduzione molecolare. I risultati recenti suggeriscono che questo probabilmente include i membri della famiglia transitoria del vanilloide potenziale del ricevitore (TRPV) delle proteine del canale cationico. Questi canali sono generalmente attivati dall’allungamento della membrana cellulare per causare una conduttanza non selettiva dei cationi, con una preferenza per Ca2+. Studi multipli hanno caratterizzato vari membri della famiglia TRPV come meccanorecettori cellulari in diversi tessuti.14

Sia gli studi in vitro che in vivo della famiglia TRPV delle proteine del canale cationico forniscono prove che supportano i ruoli delle proteine TRPV1, TRPV2 e TRPV4 nella trasduzione degli stimoli osmotici nei mammiferi.15 Una variante N-terminale trpv1 è espressa in cellule OVLT e i topi trpv1-null hanno difetti nella secrezione e nella sete AVP stimolate osmoticamente.5 L’espressione eterologa del gene trpv2 nelle cellule ovariche di criceto cinese (CHO) provoca un’attivazione dell’afflusso di Ca2+ in risposta all’ipotonicità, una risposta che può essere imitata dall’allungamento della membrana cellulare.le cellule 15 trpv4-Transfected rispondono in modo simile all’ipotonicità e all’allungamento meccanico e mostrano diminuzioni volume-regolatorie carenti in risposta all’ipoosmolalità.16 Ma gli studi in vivo hanno prodotto risultati incoerenti. i topi trpv4-Null hanno una risposta AVP potenziata a uno stimolo ipertonico e ipovolemico combinato in uno studio17 ma risposte smussate sia della secrezione AVP che della sete a uno stimolo ipertonico selettivo in un altro.18 Questi risultati non sono necessariamente contraddittori perché sia la secrezione di AVP che la sete sono probabilmente sotto controllo bimodale; cioè, sono stimolati dall’ipertonicità e inibiti dall’ipotonicità.19 A sostegno di questa possibilità, il trattamento con desmopressina porta a iponatriemia nei topi trpv4-null ma non nei controlli wild-type, indicando un fallimento dell’inibizione osmotica del bere.18 Pertanto, diversi canali e / o diversi gruppi di cellule osmorecettrici possono mediare risposte opposte all’allungamento della membrana cellulare, sebbene i neuroni inibitori osmosensibili non siano ancora stati identificati nell’OVLT.5

Gli studi combinati fino ad oggi supportano quindi fortemente la caratterizzazione di TRPV1, TRPV2 e TRPV4 come osmomechano-TRPs.15 Tuttavia, nonostante la natura molto promettente di questi risultati, diversi dilemmi sono evidenti per quanto riguarda il loro coinvolgimento nell’osmorecezione cerebrale. In primo luogo, è sorprendente che gli animali con delezioni geniche dei singoli membri della famiglia TRPV manifestino la secrezione AVP smussata e la sete, ma hanno una normale osmolalità basale del plasma. Questi risultati sono in netto contrasto con gli animali con lesioni che distruggono l’OVLT e l’ipotalamo circostante, in cui la secrezione e la sete di AVP stimolate osmoticamente sono praticamente abolite, portando ad osmolalità plasmatica cronicamente elevata. Ciò aumenta la probabilità che diversi canali ionici, o eventualmente combinazioni di subunità provenienti da canali diversi, mediano l’osmoresponsività nel cervello e compensino l’assenza di singoli canali ionici. In secondo luogo, è sorprendente che tutti i canali TRPV sembrano essere attivati dall’allungamento della membrana, incluso il gonfiore cellulare indotto dall’ipotonicità extracellulare, mentre studi in vitro di presunti osmorecettori OVLT hanno indicato che il meccanismo responsabile dell’attivazione iperosmolare di queste cellule è l’attivazione di una conduttanza cationica inattivata dall’allungamento che risponde al restringimento cellulare.10 Queste e altre domande rimangono da rispondere prima di comprendere appieno gli osmorecettori cerebrali e come funzionano.