Regulation of histamine synthesis and release in the central nervous system by H3 receptor transduction mechanisms

Abstract

La importancia de la neurotransmissió histaminèrgica sobre diversos procesos neurofisiològics i neuropatològics ha sigut ben descrita. Malgrat tot, els mecanismes de transducció que controlen l'alliberament i la síntesi d'histamina són poc coneguts. En aquest sentit, s'ha descrit que els autoreceptors H3 tenen una funció principal en la regulació dels nivells d'histamina cerebral però, fins al dia d'avui, els mecanismes de transducció de senyal acoplats als autoreceptors H3 són poc compresos<br/>La principal finalitat d'aquest treball ha sigut la descripció de les vies de transducció de senyal involucrades en la modulació de l'alliberament i la síntesi d'histamina mitjançant els autoreceptors H3.<br/>Hem desenvolupat un mètode radioisotòpic per purificar, per cromatografia líquida d'elevada resolució (HPLC), [3H]-histamina sintetitzada a partir d'histidina radioactiva la qual cosa permet una quantificación de la [3H]-histamina més senzilla, sensible i exacte que la obtinguda mitjançant altres metodologies descrites previament.<br/>Hem demostrat que els autoreceptors H3 modulen la síntesi de [3H]-histamina mitjançant la via adenilat ciclasa-proteïna quinasa A. Malgrat tot, basant-nos en els nostres resultats no podem concloure si la proteïna quinasa A activa a la histidina descarboxilasa de forma directe mitjançant la seva fosforilació o de forma indirecta mitjançant l'activació d'altres proteïna quinases. D'altra banda, hem observat que els autoreceptors H3 no poden modular l'alliberament de [3H]-histamina mitjançant la via de transducció que hem mencionat previament.<br/>També hem descrit que els increments de l'alliberament i la síntesi de [3H]-histamina induïts per la despolarització amb potassi estàn mediats per la regulació de l'entrada de calci extracel·lular a través de canals de calci activats per voltatge de tipus N. Tenint present aquests resultats, seria d'interés investigar quin tipus de proteïna quinases dependents de calci podrien estar involucrades en el control de l'alliberament i la síntesi d'histamina a les neurones histaminèrgiques.<br/>Finalment, hem demostrat que la síntesi de [3H]-histamina pot ser estimulada per activació de la via adenilat ciclasa-proteïna quinasa A o per l'entrada de calci extracel·lular de forma independents.<br/>En conclusió, aquest treball de tesi doctoral ha permès una millora en la comprenssió de la funció histaminèrgica cerebral a la vegada que un millor coneixement dels mecanismes de transducció de senyal dels autoreceptors H3. Aquest coneixement podria ser útil pel desenvolupament de nous tipus de farmacs que podrien ser aplicables en el tractament de diverses malalties del sistema nerviós.

The importance of histaminergic neurotransmission on several neurophysiological and neuropathological processes is well established. However, little knowledge is available on the transduction mechanisms controlling histamine synthesis and release in neurons. It is known that histamine H3 autoreceptors have a main role on these processes. Nevertheless, the signal transduction mechanisms used by H3 autoreceptors are poorly understood.<br/>The main purpose of this work has been the elucidation of the signal transduction pathways involved in the modulation of histamine release and synthesis specifically by histamine H3 autoreceptors.<br/>We have developed a radioisotopic method to purify by HPLC [3H]-histamine synthesized from radiollabelled histidine which allows simpler, more sensitive and accurate quantification of [3H]-histamine compared to other previous methodologies. This procedure has been used to determine histidine decarboxylase activity in homogenates as well as [3H]-histamine synthesis and release in brain miniprisms.<br/>We have demonstrated that histamine H3 autoreceptors modulate [3H]-histamine synthesis through adenylate cyclase-protein kinase A pathway. Nevertheless, based on our data we can not conclude whether protein kinase A activates histidine decarboxylase through direct phosphorylation of this protein kinase. Otherwise, we have observed that histamine H3 autoreceptors did not modulated [3H]-histamine release through adenylate cyclase-protein kinase A pathway.<br/>In addition, we have described that depolarization-elicited increases of [3H]-histamine release and synthesis are mediated by calcium influx through N-type voltage activated calcium channels. Taking into account these data, it would be of interest to investigate which calcium dependent proteins are involved in the control of histamine release and synthesis in histaminergic neurons.<br/>Finally, we have indicated that histamine synthesis can be increased by adenylate cyclase-protein kinase A activation pathway and calcium entry in an independent manner. Based on these results, it could be possible that H3 receptors act on both pathways simultaneously to control histamine synthesis.<br/>In conclusion, this work allows an improvement of the comprehension of histaminergic function and a better knowledge of the transduction mechanisms of H3 autoreceptors which may help to the development of a new classes of drugs that may become useful for the treatment of several kind of diseases of the nervous system.