La pompa Na+/K+ influenza i recettori dei neurotrasmettitori, cioè la loro densità e sensibilità al loro trasmettitore, e questi effetti saranno ora considerati.

Recettori ACh I recettori mammiferi per l’ACh sono divisi in recettori nicotinici e muscarinici. Questi recettori possono essere ulteriormente suddivisi in sottotipi, cioè i recettori muscarinici M1-M5 (Caulfield e Birdsall 1998) e 16 sottotipi di recettori nicotinici, cioè α1-α9, β1-β4, uno γ, uno δ, uno ε (Lukas et al. 1999). Nei molluschi, tre recettori ACh sono stati inizialmente identificati funzionalmente in Aplysia, come un recettore a risposta rapida eccitatoria, un recettore a risposta rapida inibitoria e un recettore a risposta lenta inibitoria (Kehoe 1972). I due recettori a risposta rapida sono nicotinici, ma il recettore a risposta inibitoria lenta ha proprietà uniche ed è attivato solo da ACh, carbamilcolina e arecolina. Pinsker e Kandel (1969) hanno proposto che un interneurone colinergico dell’Aplysia, L10, attivasse un neurone seguace, non attraverso un cambiamento nella conduttanza di membrana, ma attraverso l’attivazione di una pompa Na+/K+ elettrogenica. Tuttavia, è stato dimostrato che almeno una parte di questa risposta postsinaptica era dovuta a un aumento della permeabilità al K+ (Kehoe e Ascher 1970). Nel 1980, Arvanov e Ayrapetyan pubblicarono un articolo sull’effetto depressivo dell’ouabain sull’ampiezza della corrente ACh-indotta dei neuroni Helix. Questa fu un’osservazione importante e diede inizio agli studi sulla regolazione dell’attività dei sistemi neurotrasmettitoriali da parte della pompa Na+/K+.

Siccome frazioni di composti endogeni simili all’ouabaina, le endobains, sono state trovate nel cervello dei mammiferi (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1998), è impossibile escludere la possibilità che questi composti siano presenti anche negli invertebrati e regolino continuamente i recettori dei trasmettitori attraverso cambiamenti nell’attività della pompa nei sistemi nervosi invertebrati. Un aumento del livello di endobain può sopprimere l’attività della pompa e quindi ridurre l’effetto facilitante della Na+/K+-ATPasi sull’attività del sistema colinergico, il che potrebbe anche essere il caso degli invertebrati. Per informazioni dettagliate sull’evoluzione delle interazioni endogene ouabain-Na+/K+ pump, si rimanda il lettore all’eccellente recensione di Blaustein (2018).

In un successivo articolo più dettagliato (Ayrapetyan et al. 1985), la correlazione tra attività della pompa Na+/K+ e chemosensibilità di membrana è stata analizzata utilizzando la dialisi intracellulare di neuroni Helix. Gli effetti sulle correnti di membrana indotte da ACh e GABA e sul legame 3H-α-bungarotossina (3H-α-BT) e 3H-GABA nei gangli di Helix sono stati analizzati in seguito a cambiamenti nell’attività della pompa e nell’ATP intracellulare. L’esposizione a 100 µM di ouabain extracellulare o a una soluzione priva di potassio ha soppresso la corrente indotta da ACh nei neuroni dializzati di tipo A. Un aumento del livello intracellulare di ATP ha portato a una depressione della corrente di ACh e alla scomparsa dell’effetto bloccante dell’ouabaina su queste correnti. L’ADP intracellulare aveva un effetto simile ma meno significativo sulle correnti causate da ACh, mentre l’AMP intracellulare era inefficace. Questo effetto dell’ATP intracellulare sulla corrente ACh è stato soppresso dal dinitrofenolo, un inibitore della fosforilazione di membrana. Ayrapetyan et al. (1985) propongono che la fosforilazione di membrana diminuisce l’affinità dei recettori di membrana per ACh e GABA.

Il legame di 3H-α-BT e 3H-GABA alle membrane è stato inibito da soluzioni contenenti ouabain e prive di potassio, e da teofillina e NaF, che entrambi aumentano i livelli di ATP intracellulare. Questi risultati mostrano che la pompa Na+/K+ modula l’affinità dei recettori di membrana per ACh e GABA. Il fatto che questo fosse simile agli effetti visti dai modulatori della fosforilazione suggerisce che gli effetti dell’attività della pompa sono mediati dallo stato fosforilato dei loro recettori.

In un articolo successivo, Arvanov et al. (1992b) hanno dimostrato che l’ouabaina sopprime selettivamente le risposte dei neuroni di tipo A di Helix all’ACh, che erano dovute all’aumento selettivo della permeabilità di membrana al cloruro. Questo effetto dell’ouabaina è mediato da un aumento dei livelli di cAMP. Al contrario, le risposte del neurone di tipo B di Helix, causate principalmente da un aumento della permeabilità cationica monovalente, non sono state influenzate dall’ouabaina. Il blocco delle risposte Cl- non era associato a un cambiamento nel potenziale di inversione della risposta. Arvanov et al. (1992a) hanno concluso che l’effetto dell’ouabaina non era direttamente collegato alla desensibilizzazione del recettore dell’ACh. Dall’articolo si può concludere che l’ampiezza degli effetti dell’ouabain su Helix può essere legata a un aumento del livello di cAMP e, rispettivamente, alla fosforilazione del recettore dell’ACh nei neuroni di tipo A, e all’assenza di fosforilazione del recettore nei neuroni di tipo B.

In uno studio successivo, Grigorian et al. (2001) hanno trovato recettori muscarinici di tipo A sensibili all’ouabaina e recettori nicotinici di tipo B insensibili all’ouabaina sullo stesso neurone in H. pomatia. L’attività del recettore di tipo A o B potrebbe dipendere dallo stato fisiologico del neurone che potrebbe a sua volta dipendere dallo stato di fosforilazione del recettore e/o dal livello di attività di un composto endogeno simile all’ouabaina.

Due frazioni solubili della corteccia cerebrale, denominate picchi I e II, che stimolano e inibiscono rispettivamente l’attività della Na+/K+-ATPasi neuronale, sono state isolate per gel filtrazione in Sephadex G-50 (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1997, 1998, 1999). Poiché studi precedenti hanno suggerito una correlazione tra la trasmissione colinergica e l’attività della Na+/K+-ATPasi, Rodriguez De Lores Arnaiz et al. (1999) hanno testato gli effetti di questi picchi sul legame dell’antagonista muscarinico quinuclidinyl benzilate a queste membrane. Gli autori hanno trovato che il legame era aumentato dal picco I e diminuito dal picco II, II-E (una frazione purificata di II) e dall’ouabain, questi effetti erano dipendenti dalla concentrazione. Questi risultati sono simili a quelli trovati usando la Na+/K+-ATPasi di membrana sinaptosomiale, e così gli autori hanno concluso che entrambi i sistemi funzionavano in modo simile. La stimolazione della pompa attiva i recettori colinergici nicotinici e muscarinici, e l’inibizione dell’attività di questo enzima causa l’effetto opposto.

Questa conclusione sostiene l’idea che esistono modulatori endogeni della pompa Na+/K+ e che possono regolare fisiologicamente la pompa che può definire indirettamente la segnalazione modulando altri recettori neurotrasmettitoriali.

Studi che coinvolgono il muscolo faringeo e la parete del corpo di C. elegans e la pompa Na+/K+ sono anche inclusi in questa sezione poiché entrambi i muscoli ricevono innervazione colinergica (Chiang et al. 2006; Rand et al. 2000; Richmond e Jorgensen 1999). eat-6 codifica un ortologo della subunità α della Na+/K+-ATPasi in C. elegans (Davis et al. 1995). Le proprietà delle contrazioni faringee dei mutanti eat-6 differiscono dal tipo selvatico in quanto sono più deboli, più lente e il loro rilassamento è ritardato. Le registrazioni intracellulari dalle fibre muscolari del bulbo terminale dei mutanti eat-6 mostrano che il MP è costantemente depolarizzato e i potenziali d’azione (AP) ridotti in ampiezza. Davis et al. propongono che a causa della ridotta attività della pompa Na+/K+, i gradienti ionici attraverso le fibre muscolari sono ridotti. Dopo l’ablazione del sistema nervoso faringeo, il fenotipo eat-6 persiste, suggerendo che EAT-6 ha un sito d’azione nelle fibre muscolari. È interessante notare che l’applicazione di 20 µM di ouabain alla faringe sezionata di C. elegans wild-type ha causato una grande riduzione del transiente di rilassamento R dell’elettrofaringogramma (EPG). Questi EPG sono simili a quelli ottenuti da eat-6 mutanti. Questo effetto di ouabain potrebbe essere invertito dopo il lavaggio. Concentrazioni più elevate di ouabain (35-40 µM) hanno causato l’ipercontrazione dei muscoli, un effetto osservato anche nei mutanti eat-6.

Questi studi utilizzando mutanti eat-6 sono stati estesi da Doi e Iwasaki (2008) che hanno scoperto che le mutazioni in EAT-6 hanno influenzato l’efficacia sinaptica dell’ACh alterando l’espressione e la localizzazione dei nAChRs alla giunzione neuromuscolare di C. elegans. Si propone che la pompa Na+/K+ possa avere un nuovo ruolo come una proteina di impalcatura per aiutare a stabilire un gruppo rigido di recettori proprio sotto il sito di rilascio presinaptico. Questi effetti di EAT-6 Na+/K+-ATPase regolano la trasmissione sinaptica colinergica indipendentemente dall’attività della pompa. Doi e Iwasaki hanno anche studiato la localizzazione della subunità β della Na+/K+-ATPasi, NKB-1, la più ampiamente espressa delle tre subunità NKB β in C. elegans. La proteina NKB-1 si lega fisicamente a EAT-6, e i mutanti nkb-1 hanno mostrato deficit simili ai mutanti eat-6, compresi i difetti di pompaggio. Questo suggerisce che EAT-6 e NKB-1 formano una Na+/K+-ATPasi funzionale in vivo. Doi e Iwasaki discutono i possibili meccanismi per cui la Na+/K+-ATPasi potrebbe indurre il raggruppamento dei nAChR. Per esempio, la Na+/K+-ATPasi può modulare il traffico dei nAChR attraverso l’attivazione/inattivazione della tirosina chinasi Src. È stato dimostrato che il legame di Src alla Na+/K+-ATPasi può formare un complesso di segnalazione funzionale (Tian et al. 2006). È anche possibile che il numero di recettori colinergici postsinaptici dei mutanti eat-6 sia aumentato. Doi e Iwasaki (2008) hanno anche trovato che i recettori del levamisolo e della nicotina dei mutanti eat-6 erano differenzialmente influenzati nella loro espressione e localizzazione nella giunzione muscolare della parete del corpo. La sensibilità agli agonisti ACh era anche aumentata nei mutanti eat-6.

L’etanolo può causare ipercontrazione di C. elegans attraverso l’attivazione di una nuova subunità α associata al recettore muscolare colinergico della parete del corpo (Hawkins et al. 2015). Questa ipercontrazione può invertire dopo 40 min nonostante la presenza continua di etanolo, indicando la tolleranza all’etanolo. Gli autori hanno stabilito un legame tra questa segnalazione colinergica, la Na+/K+-ATPasi e la tolleranza all’etanolo. Per esempio, una mutazione insolita in EAT-6, eat-6 (eg200), non è riuscita a sviluppare la tolleranza all’ipercontrazione indotta dall’etanolo, il che suggerisce che la funzione della Na+/K+-ATPasi è richiesta per lo sviluppo della tolleranza all’etanolo in C. elegans.

Ricettori del glutammato Il glutammato è il principale trasmettitore sinaptico eccitatorio nel cervello dei mammiferi e agisce come trasmettitore negli invertebrati (Walker et al. 1996). Negli anni ’90, grazie all’uso di metodi biologici molecolari per lo studio dei recettori del glutammato, sono stati divisi in ionotropi (iGlu) e metabotropi (mGlu) (Mosharova 2001). I recettori NMDA, AMPA e kainato sono indicati come recettori ionotropi (cioè a canale ionico). Tutti gli altri recettori sono definiti metabotropi (mGluRs) e regolano canali ionici ed enzimi che producono secondi messaggeri attraverso recettori specifici accoppiati a proteine G. Ci sono otto mGluRs, divisi in 3 gruppi, I, II e III, a seconda del livello di conservazione delle loro sequenze di aminoacidi e del modo di azione (Pin e Duvoison 1995). Le AMPAR mediano la maggior parte della trasmissione sinaptica eccitatoria veloce (Trussell et al. 1994), mentre le NMDAR giocano un ruolo fondamentale nella modulazione dell’efficacia sinaptica, generando plasticità sinaptica (Hunt e Castillo 2012).

Le AMPAR sono eterotetrameri, assemblate da diverse combinazioni di quattro subunità GluA1-4, le più comuni delle quali sono recettori contenenti GluA1/GluA2 o GluAR2/GluA3. Gli NMDAR sono composti da subunità GluN1 e da almeno una subunità GluN2, dei quattro sottotipi GluN2A-2D. AMPAR e NMDAR co-localizzano nel dominio postsinaptico ad un’alta densità, probabilmente stabilizzata e regolata dall’interazione con proteine di impalcatura citosolica (Traynelis et al. 2010).

Le AMPAR sono principalmente canali del sodio. In confronto, gli NMDAR permettono l’ingresso sia del sodio che del calcio, con quest’ultimo che gioca un ruolo importante nella plasticità sinaptica, poiché il calcio innesca una varietà di eventi di segnalazione a valle.

Gli NMDAR svolgono un ruolo importante nella trasmissione eccitatoria, nella plasticità e nell’eccitotossicità nel cervello (Zhang et al. 2012a). La loro attivazione aumenta il potenziamento a lungo termine e riduce la depressione a lungo termine nelle sinapsi Schaffer collaterale-CA1 nell’ippocampo. Il recettore NMDA è contemporaneamente un canale ionico potenziale-dipendente e ligando-dipendente che trasmette selettivamente ioni con carica positiva. La maggior parte della corrente ionica è costituita da ioni calcio e sodio che passano nella cellula, rilasciando ioni potassio dalla cellula. Il recettore NMDA consiste di quattro subunità, due di classe NR1 e due di classe NR2. Una terza subunità del recettore NMDA, NR3, è stata successivamente identificata ed è stata rivista da Low e Wee (2010).

Un inibitore endogeno della Na+/K+-ATPasi, endobain E (frazione IIE), è stato isolato dal cervello di ratto e condivide diverse proprietà con l’ouabain. Endobain possiede proprietà neurotossiche attribuibili all’inibizione della Na+/K+-ATPasi, che porta all’attivazione di NMDAR, sostenendo il concetto che le concentrazioni intracellulari di ioni Na+ e K+ possono modulare la funzione di NMDAR (Reines et al. 2001, 2004). L’effetto di endobain E sull’espressione delle subunità dei recettori NMDA nelle membrane della corteccia cerebrale e dell’ippocampo di ratto è stato analizzato tramite Western blot (Bersier et al. 2008). Due giorni dopo la somministrazione di 10 µl di endobain (1 μl per 28 mg di tessuto), l’espressione delle subunità NR1 è aumentata di cinque volte e di 2,5 volte, rispettivamente, nella corteccia cerebrale e nell’ippocampo. L’espressione delle subunità NR2A, NR2B e NR2D è aumentata in entrambe le aree cerebrali. L’espressione delle subunità NR2C non è stata influenzata in entrambe le aree. Questi risultati indicano che l’endobina E modifica in modo differenziato l’espressione delle subunità del recettore NMDA.

La trasmissione sinaptica eccitatoria nella corteccia dei mammiferi comporta l’attivazione delle AMPAR e l’ingresso di Na+ nella cellula che deve essere rimosso attraverso l’attivazione della Na+/K+-ATPasi. È ragionevole supporre l’esistenza di un crosstalk tra questi recettori e la Na+/K+-ATPasi. È interessante notare che è stato dimostrato che la Na+/K+-ATPasi è abbondante nei siti sinaptici ed è co-localizzata con le AMPAR (Zhang et al. 2009). Questi autori propongono un’interazione tra la subunità α1 della Na+/K+-ATPasi e il C-terminale intracellulare delle subunità GluR2. In seguito all’inibizione della Na+/K+-ATPasi, si verifica una rapida internalizzazione e degradazione mediata da proteasomi delle AMPAR e la soppressione della trasmissione sinaptica mediata da AMPA. Questo suggerisce una regolazione omeostatica di AMPARs da Na+/K+-ATPase. Si propone che l’accumulo intracellulare di Na+ causato dall’inattività della Na+/K+-ATPasi porti a una rimozione dei canali Na+ nella superficie cellulare. La degradazione AMPAR indotta da ouabain è abolita in presenza di inibitori del proteasoma. È possibile che questa via di degradazione sia modulata dagli inibitori endogeni della Na+/K+-ATPasi. In questo modo, la pompa potrebbe svolgere una funzione importante per regolare la distribuzione sinaptica AMPAR e la trasmissione che sono componenti essenziali della plasticità (Man 2012). Questi possono includere ouabain, endobain e agrin endogeni (Hilgenberg et al. 2006; Schoner 2000, 2002). Quindi, la Na+/K+-ATPasi può regolare il turnover delle AMPAR, la forza sinaptica e la funzione cerebrale. La disfunzione della Na+/K+-ATPasi in seguito a ipossia, ischemia e ictus è una delle principali risposte patologiche precoci (Zhang et al. 2009).

La Na+/K+-ATPasi e gli NMDAR svolgono ruoli importanti nella regolazione dell’apprendimento e della memoria nell’ippocampo (Zhang et al. 2012a), con la prima che agisce come un trasportatore di ioni e i secondi come canali ionici. Questi autori hanno usato la diidro-ouabaina per studiare i suoi effetti sulle correnti NMDA nei neuroni ippocampali CA1 di ratto. La diidro-ouabaina (10-1000 µM) ha aumentato queste correnti NMDA ma non attraverso l’attivazione della protein-chinasi A o C. Tuttavia, gli inibitori selettivi della tirosin-chinasi Src e della cascata delle protein-chinasi attivate da mitogeno (MARK) hanno bloccato le correnti NMDA indotte dalla diidro-ouabaina. Zhang et al. (2012a) hanno concluso che Src media il crosstalk tra Na+/K+-ATPasi e NMDARs per trasdurre i segnali da Na+/K+-ATPasi alla cascata MARK.

L’attivazione dei recettori NMDA cambia le concentrazioni intracellulari di Na+ e K+, che vengono successivamente ripristinate da Na+/K+-ATPasi. È stato osservato che il recettore NMDA e la Na+/K+-ATPasi interagiscono tra loro e questa interazione è stata dimostrata per entrambe le isoforme della subunità α (α1 e α3) della Na+/K+-ATPasi espressa nei neuroni (Akkuratov et al. 2015). Utilizzando il Western blotting, questi autori hanno dimostrato che l’esposizione a lungo termine della cultura primaria di neuroni cerebellari di ratto a concentrazioni nanomolari di ouabain porta ad una diminuzione dei livelli delle subunità NMDAR NR1 e NR2B che è probabilmente mediata dalla subunità α3 della Na+/K+-ATPasi. Questo differisce dal lavoro precedente in cui l’iniezione di endobain E ha portato ad un aumento dell’espressione di NMDAR nella corteccia cerebrale e nell’ippocampo (Bersier et al. 2008). Gli autori ipotizzano che questa differenza potrebbe essere dovuta a una differenza nella regione del cervello o una differenza tra la modalità di azione di endobain E e ouabain. Una diminuzione dell’attività enzimatica della subunità α1 della Na+/K+-ATPasi è stata osservata anche in seguito all’attivazione di NMDAR. Questo effetto è mediato da un aumento del Ca2+ intracellulare. Quindi, Na+/K+-ATPasi e NMDAR possono interagire funzionalmente formando un complesso macromolecolare che può essere importante per ripristinare l’equilibrio ionico dopo l’eccitazione neuronale (Akkuratov et al. 2015). Inoltre, la funzione NMDAR può essere regolata da composti endogeni simili all’ouabaina.

Effetti di tossicità dell’ouabaina L’inattivazione della Na+/K+-ATPasi cellulare in colture di cellule neuro-gliali del cervelletto con 1 mM di ouabaina porta ad accumulo di glutammato (Glu), iperstimolazione dei recettori del glutammato, maggiori afflussi di Ca2+ e Na+ nelle cellule attraverso canali attivati da Glu (Stelmashook et al. 1999). Questo processo porta al gonfiore delle cellule, alla de-energizzazione mitocondriale e alla morte delle cellule dei granuli. Tuttavia, l’aggiunta di un antagonista NMDAR con ouabain ha impedito queste risposte. Gli autori suggeriscono che una caduta dell’attività della Na+/K+-ATPasi nei neuroni può contribuire all’insorgenza di disturbi neurologici cronici.

Diverse alfa-isoforme di Na+/K+-ATPasi, in possesso di una diversa sensibilità all’ouabaina, possono avere diverse funzioni di segnalazione. L’inibizione dell’isoforma alfa-3 della Na+/K+-ATPasi neuronale di ratto a una bassa concentrazione di ouabaina (100 nM) ha portato all’attivazione della cascata di MAP kinase attraverso PKC e PIP3 kinase. In contrasto con l’isoforma alfa-3 sensibile all’ouabaina di Na+/K+-ATPasi, un’isoforma alfa1 resistente all’ouabaina (inibizione con 1 mM di ouabaina) di Na+/K+-ATPasi regola la MAP chinasi attraverso reazioni Src chinasi-dipendenti. Utilizzando un test apoptotico Annexin V-FITC per determinare le cellule con caratteristiche apoptotiche precoci ci permette di concludere che l’isoforma alfa3 stimola e alfa1 sopprime il processo apoptotico nei neuroni del cervelletto. Questi dati sono la prima dimostrazione che mostra la partecipazione delle isoforme Na+/K+-ATPasi resistenti all’ouabaina (alfa-1) e sensibili all’ouabaina (alfa-3) in diverse vie di segnalazione nelle cellule neuronali (Karpova et al. 2010a, b).

Ricettori del glutammato negli invertebrati Il ruolo importante della trasmissione glutammatergica nelle classi di invertebrati evidenzia una via attraverso la quale la pompa Na+/K+ potrebbe influire sulla trasmissione glutammatergica. Questo trasmettitore gioca un ruolo importante nell’NMJ degli artropodi. Inoltre, è un determinante chiave nel sistema nervoso centrale in altre importanti classi di invertebrati (Walker et al. 1996). Questi importanti ruoli coinvolgono sia recettori ionotropi che metabotropi omologhi del glutammato. C’è una stretta relazione tra i recettori del glutammato e le forme superiori di comportamento in tutti i phyla (vedi revisione Robbins e Murphy 2006). Nonostante questo, fino ad oggi non sono stati descritti recettori del glutammato invertebrati che siano modulati dal Na+/K+-pump. Tuttavia, gli agonisti del glutammato e del glutammato non-NMDA depolarizzano le cellule gliali e Retzius, alterando l’attività intracellulare del Na+ e inducendo una post-iperpolarizzazione (Dorner et al. 1994). Questa post-iperpolarizzazione è bloccata da 100 µM di ouabain e quando il sodio esterno è parzialmente sostituito dal litio. Questi esperimenti mostrano che gli effetti diretti del glutammato e degli agonisti del glutammato non-NMDA possono attivare una pompa Na+/K+.

Ricettori GABA I GABAR dei mammiferi sono classificati in recettori GABAA, GABAB e GABAC (Olsen 2018). I recettori GABAA e GABAC sono ionotropi, mentre quelli GABAB sono metabotropi. C’è relativamente poca letteratura sull’interazione tra Na+/K+-ATPasi e GABARs. Studi con l’RNA del cervello di ratto iniettato in ovociti di Xenopus hanno mostrato l’effetto dell’ouabain sui recettori GABA (Arvanov 1990; Arvanov e Usherwood 1991). Da quattro a dieci giorni dopo l’iniezione, gli ovociti hanno risposto ad applicazioni di 1-100 µM, GABA, L-cainato e L-glutammato. Tutti e tre i composti hanno evocato correnti verso l’interno. Nella soluzione salina contenente ouabain, le risposte a GABA, L-kainate e L-glutammato sono state aumentate del 80-120%, 20-30% e 20-40%, rispettivamente, in entrambi gli ovociti follicolati e defollicolati. I potenziali di inversione per queste correnti indotte dall’agonista non sono cambiati in presenza di ouabain. L’ouabain 100 µM ha anche aumentato il peso e il volume degli ovociti. Gli autori hanno proposto che l’ouabain, aumentando il volume dell’ovocita, aumenta l’area della membrana dell’ovocita contenente recettori che è accessibile agli agonisti applicati esogenamente. Questo suggerisce che l’effetto dell’ouabain è diretto. Il ruolo chiave della Na+/K+-ATPasi nel modulare i flussi di Cl- (vedi sopra) significa che è possibile che questo effetto possa modulare questa importante classe di recettori inibitori.

Recettori della dopamina (DAR) La Na+/K+-ATPasi è coinvolta nella regolazione dei DAR. I DAR possono interagire con una serie di molecole chiamate collettivamente proteine che interagiscono con i recettori della dopamina, DRIP, che non solo regolano la segnalazione dei recettori, ma contribuiscono al loro traffico e stabilità e alla formazione del complesso di segnalazione dei DAR nelle cellule (Kabbani e Levenson 2007). Bertorello et al. (1990) hanno dimostrato che la dopamina, attraverso un effetto sinergico sui recettori D1 e D2, inibisce l’attività della Na+/K+-ATPasi dei neuroni striatali isolati. Questo porta a una depolarizzazione transitoria del MP, con un aumento del Na+ intracellulare. I DAR dei mammiferi sono divisi in due famiglie, cioè D1 e D2. La famiglia D1 contiene i sottotipi D1 e D5 che sono accoppiati alla proteina G eterotrimerica GS e regolano positivamente l’attività dell’adenilciclasi. I sottotipi della famiglia D2, cioè D2, D3, D4, sono accoppiati alle proteine G/O inibitorie e riducono l’attività dell’adenilciclasi. La dopamina e altre catecolamine modulano l’attività della Na+/K+-ATPasi attraverso due meccanismi, vale a dire un effetto diretto sull’enzima e, in secondo luogo, sui recettori delle catecolamine ma coinvolgendo le vie PKC e PKA. Questi ultimi attivano la Na+/K+-ATPasi attraverso la stimolazione delle vie PKC e PKA in tessuti specifici (Therien e Blostein 2000). La dopamina che si lega ai DAR D1 neuronali inibisce l’attività della Na+/K+-ATPasi, mentre la dopamina che si lega ai D2 DAR attiva i canali del sodio, che aumenta il sodio intracellulare e attiva la Na+/K+-ATPasi (Aizman et al. 2000). Utilizzando la co-immunoprecipitazione e la spettrometria di massa, è stato dimostrato che i DAR D1 e D2 esistono in un complesso con la Na+/K+-ATPasi (Hazelwood et al. 2008). Questi autori hanno condotto saggi biologici con Na+/K+-ATPasi e DAR co-espressi in cellule HEK293T per studiare l’impatto della Na+/K+-ATPasi sulla funzione dei DAR. La trasfezione dei DAR D1 o D2 in cellule HEK293T ha portato a una marcata diminuzione dell’attività della Na+/K+-ATPasi α1 senza un cambiamento nei livelli proteici dell’enzima. I DAR sono in grado di ridurre la funzione della Na+/K+-ATPasi in assenza di dopamina e senza un cambiamento nei livelli enzimatici. Questo fornisce ulteriori prove a sostegno dell’importanza di un complesso interagente. La co-espressione delle due proteine in un signalplex (un termine per descrivere un complesso recettoriale, costituito da una varietà di interazioni proteiche, vedi Hazelwood et al. 2010) ha portato a uno smorzamento reciproco della funzione dell’altra. Questo lavoro dimostra che l’interazione tra i DAR e la subunità α1 della Na+/K+-ATPasi risulta in una modulazione reciproca della funzione tra le due proteine, sia in presenza che in assenza di ligandi, fornendo un nuovo meccanismo di controllo per la segnalazione dei DAR e l’equilibrio ionico nella cellula.

I DAR sono coinvolti nell’adattamento dell’attività della Na+/K+-ATPasi striatale del topo in seguito all’attivazione dei recettori oppioidi da parte della morfina (Wu et al. 2007). In vivo il trattamento con morfina a breve termine ha stimolato l’attività della Na+/K+-ATPasi e questa stimolazione è stata inibita da un antagonista D2R, mentre il trattamento con morfina a lungo termine inibisce la Na+/K+-ATPasi e questa inibizione è stata inibita da un antagonista D1R. Una proteina chinasi A cAMP-dipendente è stata coinvolta nella regolazione dell’attività della Na+/K+-ATPasi da parte della morfina.

Interazione dei DAR degli invertebrati con la Na+/K+-ATPasi La complessità della segnalazione della dopamina negli invertebrati è ben stabilita, e tutti i principali phyla esprimono omologhi dei DARS dei mammiferi (Walker et al. 1996; Troppmann et al. 2014). Un esempio è l’interazione tra Na+/K+-ATPasi e recettori della dopamina delle cellule acinari della zecca, Ixodes scapularis (Kim et al. 2016). La secrezione delle ghiandole salivari indotta dalla dopamina è stata inibita dall’ouabain (10 µM), che ha bloccato il trasporto dei fluidi negli acini di tipo III. Kim et al. (2016) suggeriscono che il bersaglio della segnalazione intracellulare mediata dal recettore D1 per la secrezione delle ghiandole salivari include la Na+/K+-ATPasi. La base di questa interazione funzionale rimane da chiarire. Funziona attraverso il tipo di interazioni proteiche dirette descritte per i mammiferi o spostando i gradienti ionici che sono necessari per la normale funzione cellulare? Mancano prove di tali interazioni nel sistema nervoso degli invertebrati.

Recettori della serotonina (5-idrossitriptamina) (5-HTR) I 5-HTR sono classificati in recettori accoppiati a proteine G (GPCR) e canali ionici ligando-gated e mediano effetti sia eccitatori che inibitori (Hoyer et al. 1994). Ci sono almeno sei GPCRs, cioè 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, che possono essere divisi in sottotipi e un canale cationico Na+ e K+ ligando-gated, 5-HT3. La 5-HT modula l’attività della Na+/K+-ATPasi nei neuroni piramidali CA1 nell’ippocampo di ratto (Zhang et al. 2012b). Questa inibizione avviene attraverso i 5-HT3R poiché è stata ridotta da un antagonista 5-HT3R ma non da un antagonista 5-HT1R. Inoltre, un agonista 5-HT3R ha imitato l’effetto della 5-HT. Gli agonisti 5-HT possono modificare l’attività della Na+/K+-ATPasi nella corteccia cerebrale dei ratti dal 21° giorno in poi (Hernández 1982), e questo effetto è bloccato dagli antagonisti 5-HT. In seguito a uno stato di ipersensibilità indotta dei recettori 5-HT, la risposta della Na+/K+-ATPasi agli agonisti 5-HT è aumentata. L’autore ha concluso che la sensibilità dei recettori 5-HT nel cervello di ratto coinvolge la Na+/K+-ATPasi.

5-HT agisce come trasmettitore in tutti i principali phyla (Walker et al. 1996). Tuttavia, ci sono poche prove di interazioni tra le 5-HTR e la pompa Na+/K+. L’iniezione di Na+ nei neuroni sensoriali T della sanguisuga, H. medicinalis, fa sì che il MP diventi più negativo a causa dell’attivazione della Na+/K+-ATPasi (Catarsi e Brunelli 1991). Questo aumento della negatività è bloccato dalla 5-HT che inibisce direttamente l’attività della pompa Na+/K+ nelle cellule T attraverso il cAMP (Catarsi et al. 1993). La stimolazione ripetitiva del campo recettivo delle cellule T induce un’aumentata post-iperpolarizzazione (AHP) nelle cellule T che è principalmente dovuta all’aumento dell’attività della Na+/K+-ATPasi (Scuri et al. 2002). L’AHP è ridotta dalla 5-HT o dall’inibizione della pompa Na+/K+ che può facilitare la conduzione del potenziale d’azione nei terminali sinaptici ed essere importante per la plasticità a breve termine (Scuri et al. 2007). L’inibizione della pompa Na+/K+, dopo l’iniezione di 10 nM di diidro-ouabaina, provoca un comportamento di nuoto più rapido, suggerendo un ruolo della pompa nella fisiologia del nuoto nella sanguisuga. Tuttavia, l’interazione tra 5-HT e la pompa Na+/K+ a livello molecolare nella sanguisuga non è nota.