I recettori nicotinici sono responsabili della interconnessione a livello gangliare.
Li abbiamo poi nella placca neuromuscolare, ma anche nel sistema nervoso centrale (molto importanti nelle aree del sonno e dell'apprendimento). La tipologia studiata per prima è quella del recettore neuromuscolare che abbiamo e' un eteropentamero con due subunità α e poi beta, gamma e delta.
Il tipo gangliare invece è un po' più semplice, perché abbiamo due subunità α e tre subunità beta. A livello centrale abbiamo un altro tipo di recettore in cui ci sono due subunità α e tre beta ma i sottotipi sono diversi. Per queste 4 tipologie di recettori che hanno distribuzione anatomica significativamente diversa esistono una serie di agonisti e antagonisti alcuni dei quali sono comuni mentre altri sono esclusivi. Si può quindi intervenire su una trasmissione centrale senza influenzare il simpatico o il parasimpatico. Quando arrivano le due molecole di acetilcolina abbiamo una serie di cambiamenti conformazionali che allargano le due pareti, l'apertura è larga abbastanza solo da far passare alcuni tipi di ioni.
I domini transmembrana non sono messi in file fra di loro ma sono raggruppati intorno a un centro di simmetria. Questi 4 domini formano una distribuzione, ogni singola subunità si dispone a formare una sorta di cilindro in cui la parte che attraversa la membrana è data da questi 4 domini. Il secondo dominio è formato da α-eliche, ma l'allineamento fa sì che amminoacidi con cariche simili si allineino su livelli diversi: idealmente si formano degli anelli. Valutando le cariche di questi anelli che si vengono a formare si vede che ci sono due anelli all'estremità del canale (extracellulare e intracellulare) in cui c'è una netta prevalenza di amminoacidi di carica negativa. Il canale infatti deve farsi attraversare da ioni di tipo positivo. Questi due anelli preparano le condizioni perché ci sia una corretta trasmissione nel momento in cui il canale sarà aperto.
Il canale però è chiuso da un terzo anello che si trova fra i due.
In questo caso avremo una carica netta di tipo positivo: questo è il cancello del canale. In questa maniera vengono respinti gli ioni fintanto che il canale è nella conformazione chiusa. Nel momento in cui arriva il ligando, si attacca alle subunità sui versanti extracellulari, e questi cambiano conformazione, abbiamo una traslazione del secondo dominio: in pratica questi amminoacidi carichi positivamente si distanziano fra di loro, l'effetto di repulsione delle cariche si viene a perdere e prevale il gradiente di concentrazione.
La conduzione del segnale risente dei meccanismi di “desensitizzazione”:
• Stato di depolarizzazione cellulare (assenza di risposta in cellule già depolarizzate, nella sinapsi eccitatorie, iperpolarizzate, in quelle inibitorie)
• Tempo di stimolazione: inibizione della funzione per stimoli protratti nel tempo (desensitizzazione). In questo stato il recettore è 1000 volte più affine per il ligando (caratteristica intrinseca, ma modulabile tramite fosforilazioni)
• Espressione del recettore in membrana. Il numero di molecole esposte sul versante extra-cellulare può essere variato in relazione allo stato funzionale della cellula (fenomeni dipendenti dal Ca++ e dall'azione di protein chinasi citosoliche) [down-regulation e up-regulation]
I meccanismi di desensitizzazione intrinseca, apertura e chiusura del canale, esposizione o sequestro del recettore all'interno della cellula o sulla membrana plasmatica, sono eventi che la cellula può decidere di modulare nel tempo a seconda delle necessità. Come lo fa? Sfruttando l'azione di alcune chinasi. Un tipico esempio è quello della protein chinasi A (cAMP dipendente). Questa è una serin treonin chinasi e ha tra i suoi target possibili recettori di tipo ionotropico, per esempio recettori nicotinici. Queste fosforilazioni modificano gli eventi di apertura del canale. Intervengono sulla frequenza di apertura spontanea del canale e sulla probabilità di apertura. Abbassano la soglia di stimolazione del canale e aumentano la conduzione del canale stesso (più tempo sta aperto più ioni passeranno nell'unità di tempo). Un altro esempio è quello della protein chinasi C, anche questa serin/treonin chinasi (dipendente dal diacilglicerolo). Si ha un accorciamento dei tempi di desensitizzazione, la durata dello stimolo desensitizzante viene accorciata, così come anche le frequenze di stimolazione non devono essere così alte per sortire lo stesso effetto. Questo meccanismo è importante nei fenomeni di apprendimento. Ultima modifica che può essere attuata al recettore è la sua fosforilazione su residui di tirosina. Alcune tirosin chinasi possono essere attivate dalla cellula in risposta a segnali provenienti dall'esterno, queste non fanno altro che creare dei siti di interazione del recettore col citoscheletro: il recettore verrà tirato all'interno della cellula, andremo incontro a un fenomeno di endocitosi, la vescicola può rimanere nel citosol o essere mandate nei lisosomi per la degradazione finale (questo serve per la down-regulation).
Il grado di sensibilità della cellula può essere modulato sulla base del numero di recettori espressi sulla cellula. Ad essere preponderante come meccanismo di spegnimento del segnale sono altri meccanismi, essenzialmente la rimozione del neurotrasmettitore.
Il meccanismo più ampiamente studiato riguarda l'acetilcolina.
In questo caso abbiamo un primo step di natura enzimatica: il neurotrasmettitore viene metabolizzato nell'ambiente extracellualre. Esiste un ectoenzima, acetilcolina esterasi, che idrolizza l'acetilcolina nelle sue componenti, colina e acetile. La colina verrà reclicata a livello presinaptico perché esiste un sistema di up-take attivo che tramite i cargo receptor riconosce la colina e innesca un meccanismo di invaginazione e la colina viene riportata all'interno del neurone presinaptico. Questo meccanismo è comune alla gran parte dei neurotrasmettitori, l'unica differenza è che nel caso dell'acetilcolina c'è uno step enzimatico (idrolisi nelle due componenti e solo la colina viene sottoposta ad up-take) mentre per altri neurotrasmettitori questo avviene direttamente. Per quanto riguarda l'acetile, l'enzima si modifica in maniera covalente, si fa carico del gruppo acetile e in un secondo tempo rilascia nuovamente questo acetile sotto forma di Acetil-CoA che potrà essere utilizzata per riprodurre nuovamente acetilcolina. Di acetilcolina esterasi se ne conoscono tre forme diverse, probabilmente prodotto di splicing alternativo. La forma più diffusa è la forma tail (coda) che presenta una porzione in più di sequenza amminoacidica fondamentale per interagire con la matrice extraccelulare (collagene). La forma idrofobica presenta un corto dominio capace di interagire con i PI di membrana, è espressa soprattutto a livello ematopoietico. Poi c'è la terza forma, read through, generata dalla lettura incompleta del gene dell'acetilcolina esterasi, alcuni esoni sono saltati nella lettura dell'mRNA, attualmente scarsamente caratterizzata nell'uomo.