THEME ISSUE: MECHANISMS OF ANESTHESIA GABAA receptors as molecular targets of general anesthetics: identification of binding sites provides clues to allosteric modulation Les récepteurs GABAA comme cibles moléculaires des anesthésiques généraux: l’identification des sites de liaison procure des

Purpose The purpose of this review is to summarize current knowledge of detailed biochemical evidence for the role of c-aminobutyric acid type A receptors (GABAA–Rs) in the mechanisms of general anesthesia. Principal findings With the knowledge that all general anesthetics positively modulate GABAA-R-mediated inhibitory transmission, site-directed mutagenesis comparing sequences of GABAA-R subunits of varying sensitivity led to identification of amino acid residues in the transmembrane domain that are critical for the drug actions in vitro. Using a photo incorporable analogue of the general anesthetic, R(? )etomidate, we identified two transmembrane amino acids that were affinity labelled in purified bovine brain GABAA-R. Homology protein structural modelling positions these two residues, aM1-11’ and bM3-4’, close to each other in a single type of intersubunit etomidate binding pocket at the b/a interface. This position would be appropriate for modulation of agonist channel gating. Overall, available information suggests that these two etomidate binding residues are allosterically coupled to sites of action of steroids, barbiturates, volatile agents, and propofol, but not alcohols. Residue a/bM2-15’ is probably not a binding site but allosterically coupled to action of volatile agents, alcohols, and intravenous agents, and a/bM1-(-2’) is coupled to action of intravenous agents. Conclusions Establishment of a coherent and consistent structural model of the GABAA-R lends support to the conclusion that general anesthetics can modulate function by binding to appropriate domains on the protein. Genetic engineering of mice with mutation in some of these GABAA-R residues are insensitive to general anesthetics in vivo, suggesting that further analysis of these domains could lead to development of more potent and specific drugs. Résumé Objectif L’objectif de cet article de synthèse est de résumer les connaissances actuelles concernant les données probantes biochimiques détaillées élucidant le rôle des récepteurs à l’acide c-aminobutyrique de type A (R-GABAA) dans les mécanismes de l’anesthésie générale. Constatations principales Tous les anesthésiques généraux modulent positivement la transmission inhibitrice médiée par les R-GABAA. On a identifié les acides aminés du domaine transmembranaire représentant des sites d’action importants des médicaments, en effectuant des mutations ciblées sur des séquences de sous-unités des R-GABAA et en comparant leur sensibilité. À l’aide d’un analogue photo luminescent de l’anesthésique général étomidate R(? ), nous avons identifié deux acides aminés transmembranaires marquées par affinité dans les R-GABAA purifiés de cerveau bovin. Un modèle structurel de protéine par homologie place ces deux résidus, soit aM1-11’ et bM3-4’, à proximité l’un de l’autre dans un type unique de poche de liaison d’étomidate inter-sous-unité au niveau de l’interface b/a. Cette position sera adaptée pour This article is accompanied by an editorial. Please see Can J Anesth 2011; 58(2). R. W. Olsen, PhD (&) G. -D. Li, MD, PhD Department of Molecular & Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine at UCLA, University of California Los Angeles, Room CHS 23-120, 650 Young Drive South, Los Angeles, CA 90095-1735, USA e-mail: rolsen@mednet.ucla. edu 123 Can J Anesth/J Can Anesth (2011) 58:206–215 DOI 10.1007/s12630-010-9429-7