miniatura|Localització del gen SLC6A4 en el cromosoma 17 dels humans. El gen SLC6A4 (Solute Carrier Family 6 Member 4) codifica el transportador de serotonina (SERT o 5-HTT), una proteïna integral de membrana amb 12 dominis transmembrana que s’encarrega de la recaptació de serotonina al sistema nerviós. Està localitzat al cromosoma 17, a la regió 17q11.1-q12.
SERT és essencial pel funcionament de les sinapsis serotoninèrgiques, ja que retorna la serotonina alliberada a l’espai sinàptic cap a la neurona presinàptica utilitzant el gradient de Na⁺ i Cl⁻. Aquesta recaptació finalitza el senyal serotoninèrgic, manté els nivells de serotonina i permet reciclar el neurotransmissor per a futures transmissions. Per tant, l’expressió del gen SLC6A4 influeix en funcions com l’estat d’ànim, el son, l’apetit o la resposta a l’estrès.
Des del punt de vista biomèdic, SERT constitueix el principal objectiu molecular dels inhibidors selectius de la recaptació de serotonina (ISRS), com la fluoxetina o la sertralina. Aquests fàrmacs bloquegen temporalment el transportador i incrementen la concentració de serotonina sinàptica, millorant així els símptomes d’alguns trastorns psiquiàtrics com la depressió i ansietat.
SLC6A4 conté el polimorfisme 5-HTTLPR a la seva regió promotora. Aquest pot aparèixer en dues variants: l’al·lel curt (S), que redueix l’expressió del transportador i és relaciona amb una major vulnerabilitat a trastorns de l’estat d’ànim i; l’al·lel llarg (L), que afavoreix una expressió més alta de SERT i una neurotransmissió més estable. Aquest polimorfisme també modula la resposta als antidepressius, que tenen un major efecte en individus amb genotips LL o LS que en individus amb genotip SS.
Les alteracions en SLC6A4 s’han relacionat amb altres trastorns com el trastorn obsessivocompulsiu, el trastorn de l’espectre autista o els trastorns alimentaris i; canvis en el promotor poden contribuir a un risc més elevat de disfuncions emocionals.
Estructura gènica miniatura|Estructura gènica del gen SLC6A4 - En taronja, s’hi representen els exons; i en blau, els exons no codificants. Els requadres ratllats corresponen a seqüències amb nombre variable de repeticions en tàndem (VNTR).El gen SLC6A4, localitzat al cromosoma 17 (a la regió 17q11.1-q12), té una longitud aproximada de 41.684 parells de bases i està format per 14 exons que codifiquen la proteïna SERT.
L’expressió d’aquest gen està controlada per diverses regions reguladores, incloent-hi el promotor, que actua com a lloc d’unió per l'ARN polimerasa i els factors de transcripció i determina el nivell bàsic de transcripció. A més, els enhancers poden augmentar l’expressió del gen mitjançant la interacció amb factors activadors, mentre que els silencers redueixen o inhibeixen la seva transcripció quan s’hi uneixen factors repressors. També hi ha insulators, que delimiten dominis reguladors i impedeixen que elements d’altres gens afectin l’activitat de SLC6A4.
Variants genètiques i polimorfismes El gen SLC6A4 consta al seu promotor d’una regió polimòrfica, 5-HTTLPR (serotonin transporter linked promoter region), a 1,4 kilobases (kb) del punt d’inici de la transcripció. Aquesta regió és una seqüència de repeticions en tàndem de número variable (VNTR) que consta de 44 parells de bases. Pot tenir dues variants: l'al·lel llarg (L), que consta de 16 còpies d'una mateixa seqüència i conté la inserció i; l'al·lel curt (S), que en consta de 14 i conté la delecció. L'al·lel S crea un lloc d’unió a AP2 (factor de transcripció del gen SLC6A4), que reprimeix la seva activitat sobre el promotor. Això disminueix la taxa de transcripció del gen SLC6A4 i, en conseqüència, la síntesi de SERT. Per tant, la reabsorció de serotonina és menor. En canvi, l’al·lel L està associat a una expressió més elevada del gen.
Dins la regió 5-HTTLPR es troben dos polimorfismes d’un sol nucleòtid (SNP) que provoquen variacions en la freqüència al·lèlica.
rs25531: és un SNP d’adenina a guanina (A/G) que, combinat amb l’al·lel L, dona lloc al polimorfisme 5-HTTLPR/rs25531 (LA). LA és una variant de l’al·lel L que augmenta la taxa de transcripció de SLC6A4. rs25532: és un SNP de citosina a timina (C/T) que, combinat amb l’al·lel L, dona lloc al polimorfisme 5-HTTLPR/rs25532 (LG). LG és una variant de l’al·lel L que disminueix la taxa de transcripció de SLC6A4.
A 1 kb de 5-HTTLPR, entre l’exó 1A i el promotor del gen, hi ha una regió d'illes CpG (seqüències de DNA amb una alta concentració de parells de bases citosina-guanina). La metilació d'aquestes regions també està associada a una reducció en la transcripció de SLC6A4.
A l’exó 2, hi ha un polimorfisme que consisteix en un VNTR de 17 pb: STin2. Segons el nombre de seqüències repetides, es distingeixen 4 al·lels: STin2.12 (12 còpies), STin2.10 (10 còpies), STin2.9 (9 còpies) i STin2.7 (7 còpies). A major nombre de còpies de la seqüència, major taxa de transcripció té el gen.
A l’exó 8, el SNP I425V altera l’aminoàcid 425 de la proteïna codificada d’isoleucina a valina. Aquest polimorfisme modifica l’activitat enzimàtica de SERT: augmenta la seva velocitat màxima i disminuiex la seva Km (constant de Michaelis-Menten). Per tant, la proteïna codificada pel gen amb I425V té una major afinitat per la serotonina.
A la regió 3’-UTR (3’ Untranslated Region), l’expressió d’una seqüència és regulada per un microRNA: el miR-16. La seva downregulation implica un augment de la traducció de SERT.
Aquestes diferències en l’expressió de SLC6A4 poden influir en trets de personalitat com el neuroticisme i en la susceptibilitat a determinats trastorns psiquiàtrics, tot i que l'efecte depèn de múltiples factors genètics i ambientals.
Producte gènic: transportador de serotonina miniatura|Estructura tridimensional de la proteïna SERT. El transportador de serotonina (SERT) és una proteïna integral formada per 630 aminoàcids. Té 12 dominis transmembrana i els dos extrems (l'N-terminal i el C-terminal) orientats cap al citoplasma. Aquests extrems controlen la seva capacitat d’internalització, localització cel·lular i associació física amb altres proteïnes.
Extrem C-terminal: s'uneix a components de l'esquelet cel·lular com l'actina i la vimentina, amb la GTPasa Rab4, amb proteïnes del transportador vesicular Sec23A i Sec24C i amb una proteïna associada a la membrana regulada per la PKC: MacMARKS. Aquestes interaccions ajuden a posicionar el SERT dins la membrana cel·lular. Extrem N-terminal: interactua amb la proteïna transportadora secretora 2 (SCAMP2) i amb la syntaxina 1A (STX1A), facilitant així la coordinació entre el SERT i la maquinària de membranes perquè el recaptador de serotonina funcioni de manera eficient.
En els transportadors NSS, com el SERT, les diferents conformacions es connecten mitjançant canvis que obren o tanquen la via citoplasmàtica i la via extracel·lular cap al lloc central del substrat. Aquests moviments estan coordinats, però poden desacoblar-se parcialment, de manera que poden coexistir múltiples conformacions d'una via mentre l'altra roman tancada.
La seva funció i distribució subcel·lular es modulen per interaccions amb proteïnes d'estructura, d'ancoratge i de senyalització; com la sintasa d'òxid nítric neuronal, que s'uneix a l'extrem C-terminal i en disminueix l'expressió a la superfície i, per tant, la capacitat de recaptació de serotonina.
El SERT té regions del citoplasma que poden ser modificades per enzims (quinases, fosfatases i altres). Els estudis indiquen que aquestes modificacions post-traduccionals (com la fosforilació, la glicosilació, la serotonilació o la formació de ponts disulfur) ajuden el SERT a plegar-se millor i a funcionar de manera més eficient.
Mecanisme de cotransport dependent de Na+ i Cl- El SERT funciona mitjançant un intercanvi coordinat que requereix Na+ i Cl-. Amb Na+ al costat extracel·lular predomina una conformació oberta cap a l'exterior; en canvi, la unió de serotonina (5-HT) i Cl- tanca l'accés extern i obre el domini citoplasmàtic, passant a la conformació oberta cap a l’interior, i des de la qual s'alliberen al citoplasma la 5-HT i el Na+.
Determinants compostos són especialment eficients a l'hora d’estabilitzar conformacions concretes del transportador: la cocaïna i diversos antidepressius mantenen el SERT en una orientació oberta cap a l'exterior, mentre que la ibogaina i la noribogaina en promouen l'orientació cap a l'interior. L'estat amb Na+ però, sense 5-HT, s'assembla al que indueix la cocaïna, mentre que la conformació que permet la translocació i l'alliberament de 5-HT s'alinea amb la que afavoreix la ibogaina.
Registres electrofisiològics suggereixen un balanç aproximat d'una molècula de 5-HT per cicle, juntament amb un ió Na+ i un ió Cl-. Després de l'alliberament intracel·lular del substrat, el retorn a l'orientació externa (més lent que l'entrada de Na+) es facilita mitjançant un cotransport de K+ o H+, mantenint un cicle globalment electroneutre i fent que l'estat intern predomini durant el transport actiu.
En conjunt, els transportadors de recaptació de serotonina depenen de la concentració d'ions sodi i clorur al medi extracel·lular. Perquè funcioni correctament, és imprescindible el potencial de membrana generat per l'ATPasa sodi-potassi, que proporciona l'energia electroquímica necessària per al cicle de transport.
En el seu mecanisme operatiu, el transportador s'uneix primer a un ió de Na⁺, després a la molècula de serotonina i, finalment, a un ió de Cl⁻. Aquest complex es desplaça cap a l'interior de la cèl·lula aprofitant el potencial de membrana, i un cop a la banda citoplasmàtica allibera la serotonina i els ions associats. Tot seguit, un ió K⁺ s'uneix al transportador, que torna a exposar-se al costat extracel·lular i recupera l'estat apte per a iniciar un nou cicle de recaptació.
miniatura|Serotonilació de petites GTPases en plaquetes: cascada de senyalització desencadenada per l’activació del receptor 5-HT₂A i la via PLC–IP₃–Ca²⁺
Quan la 5-HT és elevada al plasma, s'uneix als receptors 5-HT2A plaquetaris, activa la via del fosfatidilinositol i incrementa el Ca2+ intracel·lular. Això activa la transglutaminasa (TGasa), que catalitza la serotonilació de petites GTPases amb 5-HT en dominis d'hidrolisis de GTP, deixant-les en una forma unida a GTP i funcionalment activa. Amb TGasa purificada s'ha demostrat que la modificació de Rho al residu de Gln dins la seqüència DTAGQE (conservada a Rho i Rab) activa Rho de manera constitutiva.
Interacció amb els inhibidors El transportador de serotonina (SERT) pot adoptar tres conformacions principals: obert cap a l'exterior, una d’ocluïda i una orientada cap a l'interior. La majoria d'inhibidors coneguts el fixen en l'estat obert cap a l'exterior. Però, per exemple, compostos com la ibogaina afavoreixen l'estat orientat cap a l'interior. Tanmateix, la seva promiscuïtat farmacològica i cardiotoxicitat dificulten la caracterització detallada dels lligands que prefereixen aquesta conformació.
La inhibició de SERT constitueix una estratègia terapèutica central en el tractament de transtorns neuropsiquiàtrics com la depressió, l'ansietat o el transtorn d'estrès porttraumàtic. SERT regula la disponibilitat sinàptica de serotonina (5-HT), un neurotransmissor clau en la modulació de l'estat d'ànim, la son, la gana i processos cognitius com la memòria. Situat a la neurona presinàptica, aquest transportador recapta la 5-HT alliberada i finalitza la senyalització.
El lloc canònic d'unió, S1, compartit pel substrat i la majoria d'inhibidors, consta de tres subdominis estructurals. El primer subdomini interacciona principalment amb el grup amino carregat positivament; el segon, estabilitza el grup aromàtic mitjançant interaccions hidrofòbiques i el tercer queda orientat cap al costat extracel·lular, connecta aquest accés amb el lloc S1.