La adicción a la cocaína es el consumo compulsivo de cocaína a pesar de sus consecuencias adversas. Surge a través de la modificación epigenética (p. ej., a través de HDAC , sirtuina y G9a ) y la regulación transcripcional (principalmente a través del complejo AP-1 de ΔFosB ) de genes en el núcleo accumbens .
Los inhibidores de la histona desacetilasa (inhibidores de HDAC) se han considerado un posible tratamiento para los adictos a la cocaína . Las HDAC son enzimas que pueden desacetilar las histonas asociadas con los genes. Esto puede activar los genes para la transcripción. Varios experimentos han demostrado que la inhibición de las HDAC involucradas en la desacetilación de la histona H3K9 reduce la conducta de búsqueda de drogas .
Se sabe que las regulaciones epigenéticas , como la metilación de H3K9, tienen un papel clave en el mecanismo de la adicción . Estudios recientes han demostrado que la administración de inhibidores de HDAC puede ayudar a reducir el ansia de cocaína en ratas. [1] La tricostatina A (TsA) es un inhibidor de HDAC asociado con una reducción de las conductas de búsqueda de cocaína; inhibe las clases de HDAC 1, 3, 4, 6 y 10. Dado que este inhibidor de HDAC tiene un efecto tan significativo en las conductas de búsqueda de cocaína, los científicos han especulado sobre su capacidad para reducir el riesgo de recaída de una persona adicta a la cocaína en el sistema modelo de rata durante la rehabilitación.
Después de varias pruebas en las que se expuso a ratas a cocaína seguida de un inhibidor de HDAC o un placebo, se descubrió que los inhibidores de HDAC tenían un efecto significativo en la reducción de la conducta de búsqueda de cocaína. [1] Esto también sugiere un mecanismo epigenético involucrado en la regulación de la cromatina por HDAC. Los datos son cruciales para probar la hipótesis de que la tricostatina A puede remodelar la estructura de la cromatina y prevenir cambios de comportamiento después de la exposición a la cocaína. Las pruebas también revelaron que la administración de inhibidores de HDAC no solo puede prevenir la adicción, sino que también ayuda a reducir el riesgo de recaída en los adictos a la cocaína en el sistema modelo de ratas. [1]
Como sugieren los hallazgos anteriores, el consumo crónico de cocaína causó alteraciones tanto en la actividad de remodelación de la cromatina de las HDAC como en la conducta de búsqueda de drogas. Renthal et al. [2] se centraron específicamente en la histona desacetilasa de clase II , HDAC5, ya que se sabía que tenía una regulación dependiente de la actividad en las neuronas. De hecho, encontraron que HDAC5 era un regulador central de las acciones del consumo crónico de cocaína y contribuía a las adaptaciones conductuales con su actividad desacetilasa. Las inyecciones crónicas de cocaína aumentaron la fosforilación de HDAC5 en Ser259 en el núcleo accumbens (NAc) en 30 minutos. Esto proporciona sitios de acoplamiento para las proteínas 14-3-3, que median la exportación de HDAC5 fuera del núcleo. También encontraron que CaMKII era necesaria para la fosforilación de HDAC5 inducida por despolarización en el tejido NAc, destacando su papel como quinasa para HDAC5. Los experimentos con proteínas mutantes e inhibidores de HDAC sugirieron que la acción de HDAC5 está mediada por su dominio catalítico de histona desacetilasa. La rápida fosforilación y la exportación de HDAC5 desde el núcleo después del consumo de cocaína probablemente conducen a un aumento de los "pulsos" de acetilación, la activación de genes específicos y las adaptaciones conductuales a la exposición a largo plazo a la cocaína.
El segundo conjunto de experimentos que Renthal et al. [2] realizaron mostró que el uso crónico de cocaína indujo la regulación positiva de la proteína del receptor NK 1 en ratones knock out HDAC5, que está asociada con la hiperacetilación de H3 en el promotor del gen NK1R. El promotor del gen NK1R se ha asociado con una respuesta mejorada a la recompensa de la cocaína, lo que significa que HDAC5 en genomas normales puede disminuir la recompensa de la cocaína con la exposición crónica a la cocaína. También encontraron vías clave que estaban implicadas en la plasticidad neuronal y el comportamiento de recompensa, que incluían la señalización del receptor DA , la señalización ATF2 / CREB , NF-κB , NFAT , proteínas de remodelación del citoesqueleto y canales iónicos . Sus datos implicaron la remodelación de la cromatina como un mecanismo que impulsa la activación genética alterada y las respuestas conductuales a la cocaína. Con esta información, concluyeron que, en los genomas normales (de tipo salvaje), la respuesta a la cocaína crónica incluye la fosforilación de HDAC5 y la exportación de la desacetilasa fuera del núcleo para activar los genes diana posteriores. Entre la exposición y 24 horas después, HDAC5 regresa al núcleo celular para limitar la expresión de estos genes regulados por la cocaína mediante la desacetilación de histonas . Sus experimentos con ratones knock out de HDAC5 brindaron apoyo adicional a esta hipótesis. Dado que HDAC5 no está allí para limitar la expresión del gen, comienza a acumularse con la exposición repetida a la cocaína, con el resultado de una mayor sensibilidad a la recompensa de la cocaína.
Las modificaciones de las histonas, como las metilaciones y las acetilaciones, pueden cambiar los patrones de expresión génica al activar o desactivar una región del ADN para la transcripción . Varios estudios han demostrado que el consumo crónico de cocaína altera la posición de H3K9 .
La conducta adictiva observada en los consumidores de cocaína a largo plazo puede deberse a cambios en los perfiles de expresión genética en el circuito de recompensa del cerebro. La mayoría de las investigaciones se han centrado en las regiones activas de los genes relacionados con la recompensa, pero Maze et al. [3] se centran en lo que sucede con las regiones heterocromáticas. Maze et al. [3] demostraron que las regiones heterocromáticas en el núcleo accumbens (NAc), un importante circuito de recompensa en el cerebro, están significativamente alteradas en la posición H3K9me3. La exposición aguda a la cocaína conduce a un aumento rápido de H3K9me3 en media hora y disminuye de nuevo a niveles normales en 24 horas. La exposición crónica a la cocaína conduce a un aumento más lento de H3K9me3 en una hora (aunque alcanza el mismo nivel que la exposición aguda en este momento) y una disminución del 50% de los niveles basales normales en 24 horas. Se propuso que esta exposición crónica disminuye la heterocromatinización (desestabilización) dentro de esta región del cerebro en pacientes que recibieron exposición repetida a la cocaína, lo que implica que los comportamientos adictivos a largo plazo se ven afectados por esta marca epigenética. Utilizaron ChIP-seq para proporcionar evidencia de apoyo de que la modificación H3K9me3 se localiza principalmente en regiones intergénicas . En estas áreas del genoma, 17 regiones de elementos repetidos ( SINE , LINE , LTR , etc.) tuvieron cambios significativos en el estado de H3K9me3 en modelos de ratón de exposición crónica a la cocaína. Utilizaron PCR cuantitativa para determinar que de estos elementos significativos, la región LINE-1 mostró un aumento significativo en los niveles de expresión. LINE-1 es un retrotransposón , por lo que expresarlo de forma inapropiada puede activar el transposón para insertarse dentro de genes importantes y desestabilizar el ADN. Concluyen sus hallazgos sugiriendo que las inserciones del retrotransposón LINE-1 causan una expresión inapropiada o interrumpida de genes que conducen al comportamiento adictivo .
Al igual que Maze et al., [3] los estudios de Covington et al. [4] se centraron en la modificación de histonas en el núcleo accumbens. Sugieren que la modificación de H3K9me2 en esta área del cerebro desempeña un papel en la vía del estrés y la depresión . Su idea era que la cocaína modifica esta marca epigenética y que esto aumenta la vulnerabilidad de una persona adicta al estrés y la depresión, lo que conduce a los efectos adictivos de estos reactivos. Se encontró que una metiltransferasa , G9a , tenía una expresión reducida en el núcleo accumbens en adictos a la cocaína, lo que causaba niveles reducidos de H3K9me2. Los genes que no se silencian a través de la acetilación de la heterocromatina expresan anormalmente los genes involucrados en la vía de señalización BDNF - TrkB - CREB . Esto causa una fosforilación mejorada de CREB aguas abajo en la vía. CREB causa una acetilación mejorada y una desregulación de las vías de señalización del estrés y la depresión.
La cocaína induce cambios epigenéticos que conducen a cambios en la morfología neuronal y en el comportamiento. La mayoría de los cambios tienen que ver con la alteración de la heterocromatina causada por niveles reducidos de metilación en las histonas, en concreto H3K9. Esta disminución está mediada por la represión de G9a, una histona-lisina N-metiltransferasa que está regulada por ΔFosB . ΔFosB es un factor de transcripción inducido por la cocaína que se acumula en el núcleo accumbens (NAc) y actúa para reprimir G9a. Cuando ΔFosB se sobreexpresa, los niveles de G9a se reducen y los niveles de dimetilación de H3K9 se reducen en el NAc. Maze et al. [5] estaba interesado en determinar cómo los niveles reducidos afectan el comportamiento de los consumidores de cocaína. Se realizaron varios estudios en ratas y se concluyó que la sobreexpresión de G9a, y por tanto la presencia de dimetilación de H3K9, causaba una disminución de la preferencia por la cocaína en las ratas. [5] Luego, los investigadores observaron el volumen nuclear de ratas expuestas a la cocaína y descubrieron que la regulación negativa de G9a aumentaba la cantidad de espinas dendríticas en el núcleo accumbens, lo que conducía a un mayor comportamiento de búsqueda de cocaína.
Los niveles de G9a son importantes para la adicción a la cocaína únicamente en el núcleo accumbens. Se han realizado estudios en los que se modificaron los niveles de G9a y H3K9me2 en otras áreas del cerebro, pero estas otras ubicaciones no tuvieron ningún efecto sobre la conducta de búsqueda de cocaína de las ratas.
También se ha demostrado que las sirtuinas desacetilasas desempeñan un papel en la mediación de la adicción a la cocaína. [6] Para determinar su papel, primero se tuvieron que analizar los dos factores de transcripción mencionados anteriormente, ΔFosB y CREB. Se ha afirmado anteriormente que ΔFosB aumenta el comportamiento de búsqueda de cocaína de los usuarios. Esto se debe a que ΔFosB tiene una estructura estable única que le permite persistir y acumularse en el cuerpo. A diferencia de ΔFosB, CREB es responsable de reducir la sensibilidad a la cocaína que causa síntomas negativos durante el período de abstinencia. Cada uno de estos factores de transcripción aumenta el comportamiento de búsqueda de cocaína de los adictos. Una vez que se estableció esta conexión entre los factores de transcripción, los investigadores sintieron curiosidad por saber si otros genes también causaban comportamientos adictivos y exploraron los que eran marcadores significativos para la adicción a la cocaína, uno de los cuales era la familia de genes de las sirtuinas . Las sirtuinas son histonas desacetilasas dependientes de NAD de clase III . Las sirtuinas no solo desacetilan las histonas, sino que también son responsables de la desacetilación de la tubulina , p53 y NFKB . Varios estudios han explorado el papel que desempeñaron las sirtuinas en el comportamiento de búsqueda de cocaína. En un conjunto de experimentos, se encontró que un aumento significativo de ΔFosB en el núcleo accumbens condujo a la unión de ΔFosB al promotor SIRT2 . [5] Este aumento de la unión causó la acetilación de H3 que está asociada con un aumento del ARNm de Sir2. También se encontró que la acetilación de H3 inducida por la cocaína aumentó Sirt1 en el núcleo accumbens. Por lo tanto, el uso repetido de cocaína causa un aumento tanto de Sirt1 como de Sirt2. Los científicos estaban interesados en determinar cómo el aumento de Sirt1 y Sirt2 afectaba al volumen nuclear porque se había demostrado previamente que el uso repetido de cocaína lo hace. Los científicos que estudian Sirt1 y Sirt2 también han descubierto que estos factores de transcripción llevaron a un aumento del volumen nuclear. Por lo tanto, se ha concluido que ΔFosB, CREB, Sirt1 y Sirt2 desempeñan un papel integral en las conductas de búsqueda de cocaína.
Kumar et al. [7] se centraron en cómo la exposición aguda y crónica a la cocaína afectaba al cuerpo estriado , que es otra área del cerebro involucrada en las vías locomotoras y de recompensa. Para estudiar las acciones moleculares de la cocaína en esta región, los investigadores estudiaron las modificaciones de histonas de tres promotores diferentes: cFos , BDNF y Cdk5 . Vieron que cFos , que normalmente se expresa inmediatamente después de que las neuronas disparan potenciales de acción, tenía altos niveles de acetilación de H4 dentro de los 30 minutos de una inyección de cocaína, pero no se observaron modificaciones de histonas con el uso crónico de cocaína. Estos resultados sugirieron que este promotor se activa por el uso agudo de cocaína y posiblemente significa que las neuronas que regula se activan rápidamente durante la exposición aguda a la cocaína, pero no se ven afectadas por el uso a largo plazo. BDNF ha sido implicado como un regulador crítico en la dependencia de drogas, y Cdk5 está implicado en la regulación de los genes de proliferación celular . Ambos promotores fueron inducidos por el uso crónico de cocaína (hiperacetilación de H3). La alteración de los estados naturales de acetilación de estos promotores en consumidores agudos y crónicos de cocaína alteró las respuestas locomotoras y de recompensa a la cocaína. Esto sugiere que la actividad conductual observada por los consumidores de cocaína puede atribuirse, en parte, a las modificaciones de las histonas en estos sitios promotores.
McClung et al. [8] analizan los perfiles de expresión génica de los factores de transcripción CREB y ΔFosB mencionados anteriormente, ya que están involucrados en el consumo de cocaína. Se ha demostrado que estos factores de transcripción desempeñan un papel en los cambios adaptativos a corto y largo plazo en el cerebro. El CREB se ha relacionado con el aprendizaje, la memoria y la depresión y se ha enriquecido en los consumidores de cocaína dentro del núcleo accumbens. El CREB parece regular positivamente muchos genes en su vía dentro de las regiones de recompensa del cerebro. También parece reducir los efectos gratificantes de la cocaína y, en cambio, conduce a comportamientos similares a los depresivos. Los cambios en la expresión génica de CREB son inducidos por el tratamiento a corto plazo con cocaína y, finalmente, vuelven a la normalidad. También se centraron en ΔFosB, que pertenece a la familia de proteínas FosB. Si bien la mayoría de estas proteínas se han relacionado con los cambios en la expresión génica de la dependencia a corto plazo, McClung et al. [8] demostraron que los cambios en la expresión génica de ΔFosB en el NAc fueron inducidos por la exposición a la cocaína a corto y largo plazo. La exposición a corto plazo a la cocaína produce los mismos perfiles de expresión de genes sobreexpresados que el CREB, lo que genera los efectos de recompensa reducidos observados. Sin embargo, la exposición a largo plazo produce un perfil de expresión diferente que genera mayores efectos de recompensa. Sugirieron que ΔFosB actúa como un represor y de alguna manera interactúa con la vía CREB y genera indirectamente los mismos efectos a corto plazo observados, pero con el tiempo actúa para sobreexpresar genes dentro de su propia vía, lo que genera mayores efectos de recompensa. Se desconoce cómo interactúan estas dos vías, pero han demostrado que existe cierta superposición.
También está involucrado en las vías de la proteína CREB-Fos el receptor D1 de dopamina (DRD1), expresado en neuronas en las regiones del núcleo accumbens y del putamen caudado . Zhang et al. se centraron en este receptor, ya que se sabe que media los efectos de la cocaína. [9] Cuando se estimula, aumenta los niveles de AMPc , lo que a su vez conduce a la activación de CREB . Habían observado que las inyecciones previas de cocaína condujeron a un aumento directo en la sensibilidad del receptor D1. A través de líneas de ratones mutantes del receptor D1, también se lo había implicado en la mediación tanto de la sensación locomotora como de los efectos gratificantes de la cocaína. Las inyecciones agudas de cocaína indujeron la expresión de c-fos y CREB a través de los receptores D1 y la administración repetida de cocaína, que se asocia con complejos de transcripción AP-1 de larga duración que contienen ΔFosB. La expresión persistente de ΔFosB en los receptores D1 en el núcleo accumbens condujo a un aumento significativo en los efectos estimulantes y gratificantes de la cocaína. Por el contrario, se ha demostrado que un aumento de CREB disminuye los efectos gratificantes de la cocaína. Zhang et al. también utilizaron microarrays para identificar genes específicos inducidos por el consumo crónico de cocaína, que dependen de un receptor D1 funcional 24 horas después de la abstinencia de la cocaína. [9] Se identificaron 109 genes que estaban regulados al alza o a la baja 1,2 veces o más en los ratones mutantes del receptor D1 del putamen caudado después de inyecciones repetidas. La expresión de estos genes era totalmente normal en ratones con receptores D1 funcionales, lo que sugiere que el consumo crónico de cocaína tenía una influencia directa en la mediación de estos genes a través de un receptor DRD1 funcional. Encontraron genes que pertenecían a varios grupos funcionales y eligieron seis genes candidatos de tres de estos grupos funcionales para verificar su expresión diferencial en el putamen caudado. Para cada gen, los investigadores verificaron la dependencia de su expresión del receptor D1 después del tratamiento con cocaína utilizando Trichostatin A u otros antagonistas del receptor . Específicamente, se centraron en los genes que codifican factores extracelulares , receptores, moduladores y moléculas de señalización intracelular. Estos pueden ser regulados por el tratamiento crónico con cocaína a través de los receptores D1, y todos los genes contienen sitios de unión del complejo transcripcional AP-1 en sus regiones promotoras. Para las moléculas de señalización extracelular, analizaron la expresión de los genes IGFBP6 y SDF1 . Ambos fueron inducidos en el putamen caudado en ratones de tipo salvaje, pero atenuados en los mutantes del receptor D1. Esto sugiere que IGFBP6 y SDF1 pueden ser inducidos por la administración repetida de cocaína, y también que esta interacción depende parcialmente de un receptor D1 funcional.
Zhang et al. habían visto previamente que la administración crónica de cocaína conduce a un aumento de la ramificación dendrítica y la densidad de las espinas en las neuronas de la espina media y las neuronas piramidales de la corteza prefrontal , lo que puede contribuir a las neuroadaptaciones inducidas por la cocaína . [9] Al investigar los genes que eran receptores y moduladores, encontraron que la expresión del receptor sigma 1 y RGS4 no se reguló positivamente después de la administración repetida de cocaína en mutantes del receptor DA D1, lo que sugiere que el receptor D1 de dopamina funcional es necesario para su inducción. Se había visto que este receptor modulaba los efectos gratificantes de la cocaína, y los antagonistas del receptor habían bloqueado el efecto estimulante locomotor agudo y reducido la sensibilización conductual. Se ha demostrado que los cambios en el receptor sigma 1 modulan la liberación de dopamina, por lo que los cambios en su expresión pueden cambiar las respuestas conductuales a la cocaína con influencias pre y postsinápticas. Sabían que las proteínas RGS4 pueden modular la función del receptor acoplado a proteína G , y dado que los niveles de RGS4 pueden aumentar o disminuir en respuesta a la estimulación del receptor D1/ D2, podrían estar involucrados en alteraciones de la vía de transducción de señales después de la activación del receptor D1 por la estimulación repetida con cocaína.
Para los genes que codifican moléculas de señalización intracelular , Zhang et al. se centraron en el gen Wrch1 . [9] Después de la experimentación, los investigadores encontraron que Wrch1 se regulaba positivamente por inyecciones repetidas de cocaína en el putamen caudado en mutantes del receptor D1. No hubo cambios en ratones de tipo salvaje, lo que los llevó a creer que Wrch1 puede inhibir los cambios de comportamiento inducidos por la cocaína y mediados por el receptor D1. Se pensaba que un miembro clave de la vía de señalización de Wnt , la β-catenina , era inducido por la administración crónica de cocaína (lo que había sido cierto en el núcleo accumbens), pero la cocaína aguda reducía la expresión en el putamen caudado, mientras que las inyecciones crónicas de cocaína disminuyeron la expresión incluso en el NAc en mutantes del receptor D1. Esta vía influye en Wrch1, por lo que también puede influir en las neuroadaptaciones inducidas por la cocaína. Por último, descubrieron que la expresión de CaMKII-α no aumentaba como se esperaba y que la expresión de CD2 disminuía en mutantes del receptor D1 después del tratamiento crónico. Estos resultados sugieren que los cambios en la expresión génica son definitivamente inducidos por la exposición crónica a la cocaína a través del receptor D1 y la mayoría en los sitios de unión de AP-1.
Contrariamente a la mayoría de los estudios centrados en el núcleo accumbens , Febo et al. [10] sugirieron que el circuito cerebral de recompensa no es el único sistema involucrado en conductas adictivas. Conocimientos previos han sugerido que los estimulantes inducen cambios en la expresión genética en las partes principales del circuito mesolímbico (incluyendo el área tegmental ventral , el estriado ventral /núcleo accumbens y la corteza prefrontal ) y juegan un papel importante en el desarrollo y mantenimiento del estado adicto y la remodelación de la cromatina . Aplicaron este conocimiento para investigar si estos cambios en la expresión genética están involucrados en adaptaciones moleculares y conductuales relacionadas con la cocaína. Encontraron patrones inesperados de activación cerebral en ratas despiertas que fueron expuestas al butirato de sodio , un inhibidor de HDAC (o HDACi). Una dosis aguda resultó en una activación generalizada de BOLD ( dependiente del nivel de oxígeno en sangre ) en el prosencéfalo y el mesencéfalo , pero la activación inducida por la cocaína se atenuó significativamente después de la exposición repetida. El tratamiento conjunto con butirato de sodio y cocaína restableció una activación pronunciada de BOLD después de sucesivos tratamientos con cocaína. Estos sugieren que la respuesta inicial del cerebro a la exposición repetida a la cocaína desencadena un mecanismo de desensibilización que puede anularse mediante un tratamiento previo con butirato de sodio. El circuito neuronal para las modificaciones epigenéticas que contribuyen a la sensibilidad a la cocaína no se limitó al sistema dopaminérgico mesocorticolímbico ("sistema de recompensa") como esperaban. En cambio, vieron que el circuito corticolímbico (implicado en la emoción y la memoria ) tenía un papel más importante en las alteraciones de las conductas de recompensa relacionadas con HDACi. Evidencia de que la mejora mediada por HDACi de los efectos sensibilizantes de un estimulante es específica del contexto e implica aprendizaje asociativo.
Hasta mayo de 2014 [actualizar], no existe ninguna farmacoterapia aprobada eficaz para la adicción a la cocaína. [11] [12] Los inhibidores de HDAC se han implicado como un posible tratamiento para la adicción a la cocaína.
La terapia cognitivo conductual es actualmente el tratamiento clínico más eficaz para la adicción a los psicoestimulantes en general. [13]
A pesar de los esfuerzos concertados para identificar una farmacoterapia para el manejo de los trastornos por consumo de estimulantes, no se han aprobado medicamentos ampliamente efectivos.
las terapias cognitivo-conductuales son el tratamiento más exitoso disponible para prevenir la recaída en el consumo de psicoestimulantes.