Aproximadamente el 10% de los casos de epilepsia tipo GEFS+ (ver la entrada Epilepsia y Canales de Sodio Activados por Voltaje) son provocados por mutaciones en el gen SCN1A, mientras que para la epilepsia tipo DS el 85% de los casos corresponden a mutaciones y deleciones en el canal de sodio. Si deseas revisar más acerca de las mutaciones que se han descubierto, te recomiendo que visites la siguiente página http://www.molgen.ua.ac.be/SCNA1Mutations/. Hasta la fecha, se han encontrado aproximadamente 30 mutaciones en SCNA1, siendo casi todas de tipo missense. En muchos casos, estas mutaciones alteran pero no anulan la función del canal. Por otra parte, para el caso de DS se han encontrado más de 600 mutaciones que afectaría el gen SCN1A, algunas de las cuales serían responsables de provocar corrimientos en el marco de lectura, otras serían mutaciones del tipo nonsense y otras causarían errores en el splice-site.
Pero, ¿de qué manera alteran estas mutaciones la función del canal de sodio?
Para responder a esta pregunta los científicos han seguido varios métodos de investigación, siendo el primero de ellos el uso de un sistema de expresión heteróloga, es decir, expresan las proteínas de interés en sistemas celulares tales como ovocitos de Xenopus laevis, células HEK-293 o tsA201 para posteriormente analizar el comportamiento y alteraciones del canal y sus respectivas mutantes por medio de técnicas electrofisiológicas. Este método ha demostrado que estas mutaciones alteran el comportamiento del canal de muchas maneras diferentes, por ejemplo, la mutante R1648H acelera la recuperación de la inactivación del canal, mientras que la W1204R cambia la dependencia de voltaje de la activación e inactivación a potenciales más negativos. Por su parte, la R859C cambia la dependencia de voltaje de la activación a potenciales más positivos y T875M aumenta la inactivación lenta. Así, de un modo general podríamos decir que las alteraciones causadas por R1648H y W1204R incrementan el funcionamiento del canal generando una mayor excitabilidad neuronal, mientras que R859C y T875M provocan el fenómeno adverso, es decir, una disminución en la función del canal y en la excitabilidad neuronal.
El otro método, estudia el funcionamiento de la proteína en ratones transgénicos. Es así como en el año 2006, Yu y su grupo, generaron un ratón que presentaba epilepsia de tipo DS mediante la interrupción del gen Scn1a. Los mutantes heterocigotos (Scn1a+/-) presentaban un 50% del nivel normal de expresión de la proteína Nav1.1 exhibiendo además ataques espontáneos y una alta mortalidad luego de 4 semanas se haber nacido (Yu et al., 2006). Por su parte, los mutantes homocigotos carecían completamente de NaV1.1, y mostraban episodios de ataxia mientras que la tasa de muerte aumentaba bruscamente luego de los 15 días de nacido. Análisis electrofisiológicos en las neuronas piramidales de ratón knock out para SCN1A revelaron niveles normales de corriente de sodio, indicando que en estas neuronas el canal NaV1.1 no contribuye de manera significativa a las corrientes de sodio. Sin embargo, en las interneuronas del hipocampo la corriente de sodio fue significativamente reducida, lo cual es crítico para la inhibición neuronal mediada por GABA. Además, las neuronas de Purkinje del cerebelo también muestraron una significativa disminución en la corriente de sodio sin que con esto se evidencien cambios en la cinética o en la dependencia de voltaje de la activación o inactivación del canal (Kalume et al., 2007). Ésta podría ser entonces, la explicación de la severa ataxia que sufre el ratón. Por otra parte, en el ratón knock out también se aprecia un incremento en la expresión del canal NaV1.3 lo cual podría ser una manera de compensar la falta de NaV1.1, sin embargo este resultado no era muy esperado pues NaV1.3 es altamente expresado en el desarrollo embrionario, pero disminuye a niveles no detectables en el ratón adulto. Este antecedente aún está en discusión pues no se tiene muy claro el papel que cumpliría el aumento de la expresión de NaV1.3 en la patogénesis de la epilepsia en el ratón.
Más tarde, durante el año 2007 se creó un segundo ratón modelo por el grupo de Ogiwara, quien incorporó en el animal un gen SCN1A que presentaba un codón de término prematuro (R1407X). Esta mutación se ha encontrado en varios pacientes con epilepsia. Los ataques espontáneos, están presentes tanto en las ratas homocigotas como en los heterocigotas y además en ambos se observa una disminución en la expresión de canal NaV1.1.
A modo de conclusión, se puede señalar que los resultados en ambos modelos de ratones Knock out son consistentes mostrando en ambos casos una reducción en la inhibición neuronal, por lo que al parecer éste sería el fenómeno que contribuiría de manera primordial a los ataques espontáneos severos en ambas ratas, característica que se encuentra directamente asociada con la epilepsia tipo DS.
Si deseas revisar más a fondo el tema, te recomiendo los siguientes artículos:
- Sodium channel SCN1A and epilepsy: Mutations and mechanisms.
- Reduced sodium current in Purkinje neurons from Nav1.1 mutant mice: implications for ataxia in severe myoclonic epilepsy in infancy.
- Reduced sodium current in GABAergic interneurons in a mouse model of severe myoclonic epilepsy in infancy.
- Na(v)1.1 localizes to axons of parvalbumin-positive inhibitory interneurons: a circuit basis for epileptic seizures in mice carrying an Scn1a gene mutation.
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