El Ca²+ es un eslabón clave entre la llegada del potencial de acción al terminal sináptico y la liberación del neurotransmisor (Katz, 1969; Katz & Miledi, 1970). El rápido incremento en [Ca²+]ext que ocurre ante la despolarización de la membrana terminal es el resultado de la apertura de canales de Ca²+ dependientes de voltaje (CCVD) que permiten la entrada de Ca²+ desde el medio extracelular (Llinás y col., 1976; Augustine & Charlton, 1986). Basándose en sus características biofísicas y farmacológicas se han descripto varias clases de CCVD, los cuales han sido clasificados en los tipos T, L, N y P (Bean 1989; Llinás y col., 1992; Olivera y col., l994; Dunlap y col., 1995). Más recientemente han sido descriptos los canales de tipo Q, un tipo de canal estrechamente relacionado con los de tipo P, y los canales tipo R, los cuales son resistentes a cualquiera de las drogas y toxinas antagonistas de los otros tipos de CCVD (Zhang y col., l993; Randall & Tsien, l995). Se ha mostrado que varios de estos CCVD, particularmente los de tipo N, L, P y Q, están involucrados en la liberación del neurotransmisor en diferentes sinapsis (ver Olivera y col., 1994; Dunlap y col., 1995). En Ia placa neuromuscular madura del ratón, la transmisión sináptíca es mediada por la entrada de Ca²+ a través de canales de tipo P (y/o Q) (Uchitel y col, l992; Protti & Uchitel, 1993; Bowersox y col., 1995; Hong & Chang, 1995; Wright & Angus, 1996). En esta preparación se ha demostrado que la w-AgaIVA, un bloqueante de CCVD de tipo P y Q, ejerce un fuerte efecto inhibitorio sobre la liberación de [³H]ACh (Wessler y col., 1995), las corrientes presinápticas de Ca²+ y sobre la liberación evocada neuralmente y por alto K+ (Protti & Uchitel, l993, Hong & Chang, 1995; Bowersox y col., 1995; Wright & Angus, 1996). En vista de la falta de efectos de la (w-CgTx (Sano y col., 1987, Protti y col., 1991; Bowersox y col., 1995) y las DHPs (Atchinson, 1989), se piensa que los canales de tipo N y L no tienen una participación significativa en el proceso de liberación en condiciones normales. En la placa neuromuscular de la rana, se demostró que la w-CgTx ejerce un fuerte efecto antagónico sobre la liberación (Kerr & Yoshikami, 1984; Sano y col., 1987; Koyano y col., 1987) mientras que los antagonistas de los canales de tipo L resultan ineficaces (Sano y col., 1987). Se ha demostrado también que los sitios de unión de la w-CgTx están co-localizados con las zonas activas de liberación dela presinapsis enfrentados justo a los sitios de unión de la α-bungarotoxina en la postsinapsis (Robitaille y col., 1990; Cohen y col., 1991). Estas evidencias indican que los canales de tipo N se hallan involucrados en el proceso de liberación en este sistema. Durante el curso de la maduración de la unión neuromuscular de vertebrados, se han reportado cambios en la farmacología de los CCVD acoplados al proceso de liberación en aves (Gray y col., l992) y anfibios (Fu & Huang, 1994). Se desconoce, sin embargo, la farmacología de los canales de Ca²+ acoplados al proceso de liberación en las sinapsis recientemente formadas de la unión neuromuscular de mamíferos. Objetivos El propósito de este estudio fue evaluar por medio de técnicas electrofisiológicas y farmacológicas que tipos de CCVD están involucrados en la liberación del neurotransmisor en la placa neuromuscular normal de mamíferos (ratón) y anfibios (rana) y correlacionar el perfil farmacológico del proceso de liberación con el de las corrientes presinápticas de calcio y de potasio activada por calcio, Ica, y Ikca, respectivamente. Otro objetivo del presente trabajo fue evaluar si se producen cambios en los CCVD acoplados al proceso de liberación durante la reinervación de la placa neuromuscular. Métodos Para estudiar la placa neuromuscular normal del ratón, los experimentos se llevaron a cabo en el músculo diafragma o en el levator auris longus de ratones macho adultos de la cepa Swiss de 20-30 g de peso corporal. Para estudiar las placas del ratón durante la regeneración, se utilizaron ratones adultos a los cuales se les había provocado un daño “crush” a la rama auricular posterior del nervio facial que inerva al levator auris izquierdo. Los animales control y los desnervados en diferentes etapas luego de la restauración de la transmisión sináptica fueron anestesiados e inmediatamente desangrados. Par estudiar la placa neuromuscular de la rana los experimentos se realizaron en el músculo cutaneous pectoris de Rana caluesbiana de 40-60 g de peso corporal. Las ranas fueron matadas por doble punción (medular-cerebral). El músculo correspondiente, junto con el nervio motor que lo inerva, fue removido y luego disecado en una caja de Petri con base de Sylgard conteniendo la solución de Ringer normal adecuada para cada preparación. Para ratón, (en mM): NaCl, l37; KCl, 5; CaCl2, 2; MgSO4, 1; NaHCO3, 12; Na2HPO4, 1; glucosa, 11, continuamente burbujeados con 95% O2/5% CO2. Para rana, (en mM): NaCl, ll5; KCl, 2; CaCl2, l.8; MgCl2, 1 y HEPES, 5; pH 7.3. La preparación fue luego transferida a la cámara de registros a la cual se le suministró las distintas soluciones de trabajo. Los experimentos fueron realizados a temperatura ambiente (19-23 °C), excepto en algunos casos en los cuales se varió la temperatura de la cámara de registros. la misma fue controlada (i l °C) por medio de dispositivos termoeléctricos Peltier. Los potenciales de placa evocados (EPPs) y espontáneos (MEPPs) fueron registrados intracelularmente con microelectrodos de vidrio convencionales llenados con KCl 3M (resistencia 10-20 MΩ). El contenido cuántico de la respuesta evocada en solución de Ringer normal se evaluó por el método de la varianza (Martin, 1966). La contracción muscular fue suprimida por medio de d-tubocurarina. Luego de impalar una fibra muscular, el nervio fue estimulado, mediante un electrodo de succión, en forma continua durante 1 min a 0.5 Hz y luego se registraron 50-100 EPPs sucesivos. En las solución de bajo Ca²+-alto Mg²+, el contenido cuántico se evaluó por el método directo o por el método de las fallas (Martin, 1966). Las corrientes presinápticas se registraron mediante microelectrodos de vidrio llenados con NaCl 2M (resistencia 5-15 MΩ) insertados, bajo control visual, en la vaina perineural de las ramas finas del nervio (Mallart, l985a). Los músculos fueron incubados en solución de Ringer normal en presencia d-tubocurarina 30-50 μM. La Ica y la Ik(ca) se obtuvieron mediante el agregado de bloqueantes de los canales de potasio. Para discriminar los distintos tipos de canales de Ca²+ presentes en estos terminales motores se utilizaron las siguientes drogas y toxinas: Nitrendipina, una dihidropiridina antagonista de los CCVD de tipo L. FTX, toxina derivada del veneno de la araña Agelenopsis aperta, bloqueante de los CCVD de tipo P w-AgaIVA, toxina derivada del veneno de la araña Agelenopsis aparta, bloqueante de los CCVD de tipo P y Q. w-CgTx, toxina derivada del veneno del caracol marino Conus geographus bloqueante de los CCVD de tipo N. w-MVIID y w-MVIIC toxinas derivadas del veneno del caracol marino Conus magus, bloqueantes de los canales de tipo N, P y Q. Resultados Placa Neuromuscular Normal del Ratón La w-AgaIVA (l00 nM) y las omega conotoxinas w-MVIIC (1 μM) y w-MVIID (3 μM), antagonizaron fuertemente la liberación del neurotransmisor (> 80-90% de bloqueo). La w-CgTx (5 μM) y la nitrendipina (10-20 μM) no resultaron efectivas. La liberación fue más sensible a la acción de la w-MVIIC (IC50 = 39 nM) que a la w-MVIID (le0 = 1.37 pM). Luego de bloquear la liberación casi completamente (contenido cuántico ~ 0.3% de su valor control) con w-MVIIC 3 μM, elevar la [Ca²+]ext de 2 a lO mM causó un incremento de ~2Ox, tanto en el contenido cuántico estimado como en la amplitud del EPP. La liberación evocada en solución de bajo Ca²+-alto Mg²+ (baja probabilidad de liberación, contenido cuántico = 2.02 ± 0.08) y la liberación evocada en Ringer normal (contenido cuántico = 90.5 ± 3.7) presentaron la misma sensibilidad a la acción de la w-AgaIVA (IC50= 16.8 nM y 14.4 nM, respectivamente) Tanto la Ica como la Ikca, resultaron altamente sensibles a bajas dosis de w-AgaIVA (10-30 nM). Estas corrientes presinápticas fueron también fuertemente antagonizadas por la w-MVIIC (1 μM). Placa Neuromuscular Normal de la Rana La liberación evocada fue bloqueada por la FTX (IC50 = 0.02 μl/ml) y por la w-CgTx (1 μM) pero no fue afectada por la w-AgaIVA (0.5 μM). La FTX (0.1 μl/ml) causó un incremento de ~2x en la frecuencia de MEPPs tanto en la solución de Ringer normal como en la de bajo Ca²+/alto Mg²+ y no afectó la amplitud de los MEPPs en ninguna de las dos condiciones. La Ica fue bloqueada completamente por la w-CgTx (5 μM), parcialmente bloqueada por la FTX (l μl/ml) y no fue afectada por la w-AgaIVA (0.5 μM). La Ikca resultó fuertemente antagonizada por la caribdotoxina (300 nM), bloqueante de los canales de K+ activados por Ca²+, y completamente suprimida por BaCl2 (200 μM). Esta corriente fue también bloqueada por la w-CgTx (5 μM) y por CdCl2 (200 μM) pero no fue afectada por la FTX (1 μl/ml). El bloqueo ejercido por la w-CgTx no pudo ser revertido por el aumento del [Ca²+]ext a 10 mM. Placa Neuromuscular de Ratón en Regeneración La liberación evocada neuralmente fue bloqueada por la w-AgaIVA, (30 y 100 nM causaron ~50 y 90% de inhibición, respectivamente). La w-CgTx (1 y 5 μM), como ocurre en las placas normales, no afectó significativamente este tipo de liberación durante la reinervación. La nitrendipina (1-10 μM), antagonizó fuertemente la liberación (~40-60% de bloqueo) en estos terminales inmaduros. La liberación espontánea no resultó dependiente de la entrada de Ca²+ a través de los CCVD de tipo P ni de tipo L. Ni la w-AgaIVA 100 nM ni la nitrendipina 10 μM, afectaron la amplitud o la frecuencia de los MEPPs. La liberación evocada por alto K+ fue dependiente de la entrada de Ca²+ a través de CCVD de tipo P y/o Q (w-AgaIVA 100 nM redujo ~ 70% de la frecuencia de MEPPs evocada por K+). Los canales de tipo L no parecen participar de este tipo de liberación ya que la nitrendipina 10 μM careció de efecto alguno. En los músculos en reinervación, la nitrendipina (10 μM), indujo un aumento significativo (~ 25%) en la latencia del EPP. Esta droga también provocó un incremento (~ 0.3 ms) en la latencia de las corrientes perineurales. La w-CgTx y la w-AgaIVA no causaron ningún efecto sobre la latencia del EPP. Conclusiones El fuerte efecto inhibitorio sobre la liberación del neurotransmisor y las corrientes presinápticas Ica, e Ikca, ejercido por todas las toxinas que tienen como blanco a los canales de tipo P y Q y la falta de efecto de los bloqueantes específicos de los canales de tipo N y L, aportan más evidencias de que la transmisión sináptica en los terminales motores normales de la placa neuromuscular de mamíferos, es mediada por la entrada de Ca²+ a través de CCVD de tipo P (y/o Q) y que los canales de tipo N y L, no tienen una participación significativa en este proceso. En los terminales sinápticos normales de la rana, el influjo de Ca²+ es mediado principalmente por CCVD de tipo N. Sin embargo, el hecho de la w-CgTx antagonizara todos los procesos dependientes de Ca²+ mientras que la FTX afectara fuertemente la liberación y parcialmente la lcu sin afectar la Ikca, sugiere que en estos terminales motores habría dos poblaciones de canales w-CgTx sensibles, una de las cuales no tiene un perfil farmacológico compatible con los canales de tipo N clásicos. La liberación del neurotransmisor estaría mediada por esta población de CCVD con farmacología mixta. En las sinapsis recientemente formadas de la placa neuromuscular del ratón, como ocurre en las sinapsis maduras, los canales de tipo P (y/o Q) tienen un rol prominente en la liberación evocada del neurotransmisor y los canales de tipo N no participan significativamente de este proceso. Asimismo, la conducción de la señal nerviosa y la liberación del neurotransmisor se vuelven altamente sensibles a la nitrendipina. Esto sugiere que los canales de tipo L participan del proceso de liberación del neurotransmisor en las sinapsis inmaduras de la placa neuromuscular de mamíferos. Podemos concluir que en la placa neuromuscular de vertebrados, desde un punto de vista farmacológico, existe heterogeneidad en los tipos de canales de Ca²+ acoplados a la liberación de Ach en diferentes especies. Asimismo, en una misma especie, las condiciones fisiológicas y/o patológicas modifican el grado de participación de los diferentes tipos de CCVD en el proceso de liberación.