Multitud de hormonas, neurotransmisores y estmulos sensoriales ejercen su accin celular a travs de receptores acoplados a protenas G (GPCRs). Estas molculas especializadas en la transduccin intracelular de seales externas son la familia más amplia de receptores de membrana. Una serie de resultados apoyan el concepto de que la transduccin de seales mediada por la activacin de GPCRs puede ser controlada por cambios en el potencial elctrico transmembrana.

Todos los GPCRs tienen un plan estructural similar, con siete segmentos transmembrana y un dominio de unin a las protenas G heterotrimricas situado en las secuencias intracelulares. La activacin del receptor por un agonista cataliza la unin de GTP a la protena G, induciendo as la separacin de sus subunidades (Ga-GTP y Gß?) y ejerciendo cada una su accin intracelular. Estas acciones incluyen la estimulacin o inhibicin de enzimas como la adenilato ciclasa o la fosfolipasa C, que median la sntesis de AMP cclico y de inositol-1,4,5-trifosfato (IP3), respectivamente, y la regulacin de la actividad de canales inicos de K+ y Ca2+. Existen más de 1000 tipos diferentes de GPCRs y se descubren nuevos tipos constantemente. Los GPCRs constituyen la diana principal de la intervencin teraputica, con más del 50% de los fármacos utilizados (y 7 de los 10 más vendidos), ejerciendo su accin sobre ellos (Gether, 2000) y refl ejando la importancia de estos receptores en numerosos aspectos de la fisiologa celular.

Hace casi dos dcadas, Vergara y colaboradores describieron que la estimulacin elctrica del músculo esqueltico produca la elevacin de los inositoles polifosfatos en el sarcoplasma (Vergara et al., 1985). Unos aos más tarde, se propuso que la hiperpolarizacin de la membrana disminua la sntesis de IP3 inducida por noradrenalina en clulas de músculo liso arterial (Itoh et al., 1992). Sin embargo, fue en 1993 cuando Ganitkevich e Isenberg demostraron de manera directa la interaccin entre el potencial de membrana y la liberacin de Ca2+ mediada por IP3. Estos investigadores utilizaron el músculo liso vascular de la arteria coronaria para demostrar que una despolarizacin de la membrana desde –60 hasta +100 mV produca un transitorio de Ca2+ cuando se activaban los receptores muscarnicos colinrgicos. Este transitorio de Ca2+ no se produca por la entrada de Ca2+ a travs de canales dependientes de voltaje, al estar stos bloqueados.

A pesar de la importancia potencial de este nuevo mecanismo -mediante el cual cambios del potencial de membrana modifi caran el grado de activacin de los GPCRs, y por tanto los niveles de segundos mensajeros- este concepto no se ha estudiado de forma exhaustiva hasta hace unos pocos aos. Esta investigacin se ha realizado fundamentalmente en el megacariocito, la clula precursora de las plaquetas, una preparacin ideal debido a la ausencia de canales de Ca2+ dependientes de voltaje en la membrana plasmática y tambin de receptores de rianodina (RyR) en los depsitos intracelulares. De esta forma se evita que los RyR pudiesen estar acoplados funcionalmente con un sensor de voltaje presente en la membrana plasmática, como ocurre en el músculo esqueltico. En el megacariocito, se observ que el aumento de Ca2+, evocado por el ADP y el tromboxano A2 va GPCRs (el receptor purinrgico P2Y en el caso del ADP), exhibe una marcada dependencia de voltaje (Mahaut-Smith et al., 1999;Mason & Mahaut-Smith, 2001) (Fig. 1).

¿Cuál es el mecanismo por el que los cambios del potencial de membrana modulan las seales producidas por los GPCRs? Existen varias hiptesis que podran contestar esta pregunta en el megacariocito: 1) la despolarizacin podra afectar a uno o más pasos de la va de sealizacin, incluyendo el receptor, la protena G o la fosfolipasa C; 2) algunas de las molculas producidas o consumidas en el proceso de sealizacin pueden ser polares, como diferentes agonistas, el GTP o el fosfoinositol-3,4-bifosfato (PIP2, precursor del IP3), de tal forma que el campo elctrico a travs de la membrana lipdica podra afectar a su unin o disponibilidad; y 3) podra existir un acoplamiento funcional entre los receptores de IP3 de los depsitos intracelulares y alguna protena de la membrana plasmática sensible al voltaje, como los canales TRP (Kiselyov et al., 1998). Estas hiptesis no son excluyentes entre s, pudiendo existir más de un sensor de voltaje.

Actualmente, estamos estudiando la contribucin relativa de los diferentes componentes de la va de transduccin de seales del receptor P2Y a la sensibilidad al voltaje de la respuesta. Dos resultados independientes apuntan a que la propia sntesis de IP3 es dependiente de voltaje y no existira un modelo de acoplamiento funcional. En primer lugar, el transitorio de Ca2+ inducido por el agonista (ADP) y por la despolarizacin de la membrana en presencia de ADP son idnticos (Thomas et al., 2001). En segundo lugar, existe un retraso de varios cientos de milisegundos entre la despolarizacin y el aumento de los niveles de Ca2+ intracelular, incluso a una temperatura fisiolgica (Martnez-Pinna et al., 2004).

Existe tambin la posibilidad de que el sensor de voltaje sea el propio receptor o que resida en la unin receptorprotena G, si bien las evidencias son indirectas (Ben Chaim et al., 2003). Estos autores combinan estudios de unin de ligandos con experimentos de fijacin de voltaje para investigar si la corriente de K+ mediada por la estimulacin del receptor muscarnico por la acetilcolina es sensible a cambios en el potencial de membrana. En este trabajo, dependiendo del tipo de receptor muscarnico expresado, la dependencia de voltaje en la activacin de los canales de K+ es opuesta, por lo que la unin de ligando no parece ser el paso sensible al voltaje, a diferencia de los resultados obtenidos en las clulas acinares de la glándula lagrimal (Marty & Tan, 1989). A partir del estudio de las curvas dosis-respuesta, la unin de ligando a diferentes potenciales de membrana y la activacin de la protena G en ausencia de agonista, los autores concluyen que el paso sensible al voltaje es previo a la disociacin de las subunidades de la protena G heterotrimrica.

En los estudios realizados en megacariocitos y en músculo liso de la arteria coronaria, la sensibilidad al voltaje de la liberacin de Ca2+ dependiente de IP3 requiere de la estimulacin del propio GPCR. Sin embargo, sta no es una regla general; existen otros trabajos que indican que la sealizacin a travs de las protenas G heterotrimricas está modulada por el potencial de membrana de forma constitutiva, en ausencia de agonista. En el músculo esqueltico, tanto la observacin inicial de Vergara y colaboradores, como otra más reciente (Araya et al., 2003), indican que la despolarizacin induce la liberacin de Ca2+ dependiente de IP3 en ausencia de agonista exgeno. Este efecto es bloqueado por la toxina pertúsica, indicando la participacin de protenas Gi. Recientemente, Valle-Rodrguez y colaboradores han descrito que la despolarizacin de los miocitos de la arteria basilar induce la liberacin de Ca2+ dependiente de IP3 en ausencia de agonista y de Ca2+ extracelular, de forma graduada, pero suficiente para producir la contraccin muscular. Este nuevo mecanismo comienza con la activacin de canales de Ca2+ dependientes de voltaje del tipo L, que estimulan la va de sealizacin protena Gfosfolipasa C-receptores de IP3. El Ca2+ liberado a travs de este mecanismo puede activar a los receptores de rianodina presentes en el retculo endoplásmico y amplificar as la seal de Ca2+ en el citoplasma de estas clulas (Valle-Rodrguez et al., 2003). La generalidad de este mecanismo se evidencia por la existencia de activacin de la sntesis de IP3, dependiente de voltaje en ausencia de activacin de GPCRs, en clulas del reino vegetal. La membrana celular del alga gigante Chara corallina es elctricamente excitable y genera potenciales de accin. Este cambio en el potencial de membrana es capaz de inducir un aumento de la concentracin intracelular de Ca2+ a travs de un mecanismo dependiente de IP3 (Wacke & Thiel, 2001).

En conjunto, estos resultados indican que la despolarizacin de la membrana celular puede generar IP3 e inducir la liberacin de Ca2+ desde los depsitos intracelulares en un amplio rango de tipos celulares. Este fenmeno puede ocurrir a travs de múltiples vas de sealizacin que requieren de la estimulacin de los GPCRs por agonistas o por vas independientes de ellos. La variedad y la complejidad de la naturaleza de los mecanismos de sealizacin celular son fascinantes. En el caso concreto del megacariocito, no está claro por qu la liberacin de Ca2+ dependiente de IP3 durante la estimulacin de los receptores P2Y es extremadamente sensible al voltaje. Una posibilidad es que la estructura molecular de este tipo de receptores los haga especialmente sensibles al potencial elctrico a travs de la membrana. Alternativamente, el complejo sistema de invaginaciones de la membrana plasmática de esta clula para la produccin de las plaquetas, podra amplificar la dependencia de voltaje innata de estos GPCRs al incrementar su número por volumen de citoplasma (Mahaut-Smith et al., 2003). Desde esta perspectiva, es tentador especular sobre la posibilidad de que el control por el voltaje de los GPCRs podra ser especialmente robusto en estructuras como las espinas dendrticas con una elevada relacin entre la superficie de membrana y el volumen interno, en las que los neurotransmisores producen tanto la activacin de GPCRs como cambios de voltaje en forma de potenciales postsinápticos.