Control del acoplamiento neurovascular a través de la regulación de los hemicanales formados por conexinas o panexinas por la producción de óxido nítrico en los astrocitos

El acoplamiento neurovascular es un mecanismo complejo que relaciona los cambios en la actividad neuronal con el subsecuente cambio en el flujo sanguíneo cerebral local, de manera de asegurar el aporte de nutrientes y oxígeno, proporcional al aumento de la actividad neuronal. De este modo, la función integrada que surge de la comunicación entre una red de múltiples tipos celulares como son neuronas, astrocitos y células vasculares, representa una unidad funcional denominada “unidad neurovascular”. La actividad neuronal es codificada en los astrocitos en forma de ondas de calcio (Ca2+) intracelular, que se inician principalmente tras la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR), y que se propagan hasta los procesos astrocíticos que están en una estrecha relación con las arteriolas cerebrales. La propagación interastrocítica de las ondas de Ca2+ es mediada por uniones en hendidura, pero además por la liberación de Adenosin-trifosfato (ATP)y la consiguiente estimulación de receptores purinérgicos. Así, se ha planteado que la liberación de ATP a través de hemicanales formados por conexina-43 (Cx43) o canales formados por panexina-1 (Panx-1) expresados en los astrocitos, podrían participar en la coordinación de las ondas de Ca2+ entre los astrocitos. Sin embargo, el rol de estos canales en la señalización de Ca2+ observada en los astrocitos durante el acoplamiento neurovascular no está claro. Por otra parte,existen unos pocos trabajos que muestran la expresión de la enzima óxido nítrico sintasa (NOS) en los astrocitos, por lo que estas células podrían producir óxido nítrico (NO). En este contexto, se ha documentado que el NO induce la apertura de hemicanales formados por Cx43 por directa S-nitrosilación, mientras que la regulación vía NO de la apertura de canales formados por Panx1 es controversial; sin embargo, no está descrito si el NO producido por los astrocitos participa en la modulación de la apertura de estos canales en el acoplamiento neurovascular. Además, se ha descrito la existencia de un canal que posee similitudes estructurales con hemicanales formados por conexinas y canales formados por panexinas, el calcium homeostasis modulator 1(CALHM1), el cual se ha documentado que participa en la liberación de ATP, pero no se ha estudiado si este canal puede ser modulado por NO, así como tampoco si participa en los mecanismos asociados al acoplamiento neurovascular. Con estos antecedentes, se propuso que la apertura de los hemicanales formados por Cx43 y/o canales formados por Panx-1 a través del NO producido por los astrocitos, contribuye al acoplamiento neurovascular por medio de la liberación de ATP. Los objetivos generales planteados fueron: 1) determinar si el NO producido por los astrocitos participa en el acoplamiento neurovascular; 2) evaluar si la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato induce la apertura de hemicanales formados por Cx43y/o canales formados por Panx-1 a través de la producción de NO en los astrocitos; 3) determinar si la liberación de ATP a través de hemicanales formados por Cx43 y/o canales formados porPanx-1 participa en el acoplamiento neurovascular. Estos objetivos se desarrollaron principalmente en cultivos primarios de astrocitos y rebanadas de cerebro de rata, encontrándose que la vasodilatación de las arteriolas parenquimales cerebrales inducida por la activación de mGluR depende del aumento en la producción de NO en los astrocitos. Además, la activación de mGluR en los astrocitos indujo un aumento en la apertura de los hemicanales formados por Cx43 y canales formados por Panx-1, mientras que las ondas de Ca2+, generadas tras la activación de mGluR, fueron inhibidas por el bloqueo de estos canales, así como también por el bloqueo de los receptores purinérgicos. Sin embargo, el bloqueo de los hemicanales formados por Cx43 o canales formados por Panx-1 no abolió la liberación de ATP. Adicionalmente, se determinó por primera vez que CALHM1 se expresa en astrocitos y que la activación de mGluR produce la apertura de CALHM1, dependiente de su S-nitrosilación, siendo esta la vía de liberación de ATP. Estos resultados indican que la apertura de CALHM1 vía S-nitrosilación dependiente de NO, inicia los eventos que llevan al aumento de Ca2+ gatillado por la estimulación de los mGluR en los astrocitos. La consecuente liberación de ATP a través de CALHM1 induce la apertura de canales de Cx43 y Panx-1, los cuales junto con la activación de los receptores purinérgicos contribuyen al aumento de Ca2+ mediado por los mGluR durante el acoplamiento neurovascular.