El transportador de dopamina ( DAT ), también ( transportador de dopamina dependiente de sodio ), es una proteína que atraviesa la membrana codificada en el ser humano por el gen SLC6A3 (también conocido como DAT1 ), que bombea el neurotransmisor dopamina desde la hendidura sináptica de regreso al citosol. . En el citosol, otros transportadores secuestran la dopamina en vesículas para su almacenamiento y posterior liberación. La recaptación de dopamina a través de DAT proporciona el mecanismo principal a través del cual la dopamina se elimina de las sinapsis , aunque puede haber una excepción en la corteza prefrontal , donde la evidencia apunta a un papel posiblemente mayor del transportador de norepinefrina . [5]
La DAT está implicada en una serie de trastornos relacionados con la dopamina, incluido el trastorno por déficit de atención con hiperactividad , el trastorno bipolar , la depresión clínica , los trastornos alimentarios y los trastornos por uso de sustancias . El gen que codifica la proteína DAT se encuentra en el cromosoma 5 , consta de 15 exones codificantes y tiene aproximadamente 64 kpb de largo. La evidencia de las asociaciones entre DAT y los trastornos relacionados con la dopamina proviene de un tipo de polimorfismo genético , conocido como repetición en tándem de número variable , en el gen SLC6A3 , que influye en la cantidad de proteína expresada. [6]
DAT es una proteína integral de membrana que elimina la dopamina de la hendidura sináptica y la deposita en las células circundantes, terminando así la señal del neurotransmisor. La dopamina es la base de varios aspectos de la cognición, incluida la recompensa, y la DAT facilita la regulación de esa señal. [7]
DAT es un transportador simultáneo que mueve la dopamina a través de la membrana celular acoplando el movimiento al movimiento energéticamente favorable de los iones de sodio que se mueven de una concentración alta a una baja hacia el interior de la célula. La función DAT requiere la unión secuencial y el cotransporte de dos iones Na + y un ion Cl − con el sustrato de dopamina. La fuerza impulsora de la recaptación de dopamina mediada por DAT es el gradiente de concentración de iones generado por la ATPasa Na + /K + de la membrana plasmática . [8]
En el modelo más ampliamente aceptado para la función del transportador de monoaminas , los iones de sodio deben unirse al dominio extracelular del transportador antes de que la dopamina pueda unirse. Una vez que la dopamina se une, la proteína sufre un cambio conformacional, que permite que tanto el sodio como la dopamina se desvinculen en el lado intracelular de la membrana. [9]
Los estudios que utilizan electrofisiología y dopamina marcada radiactivamente han confirmado que el transportador de dopamina es similar a otros transportadores de monoaminas en el sentido de que una molécula de neurotransmisor puede transportarse a través de la membrana con uno o dos iones de sodio. Los iones de cloruro también son necesarios para evitar la acumulación de carga positiva. Estos estudios también han demostrado que la velocidad y dirección del transporte dependen totalmente del gradiente de sodio. [10]
Debido al estrecho acoplamiento del potencial de membrana y el gradiente de sodio, los cambios inducidos por la actividad en la polaridad de la membrana pueden influir dramáticamente en las velocidades de transporte. Además, el transportador puede contribuir a la liberación de dopamina cuando la neurona se despolariza. [10]
La evidencia preliminar sugiere que el transportador de dopamina se acopla a canales de calcio dependientes de voltaje de tipo L (particularmente Ca v 1.2 y Ca v 1.3 ), que se expresan prácticamente en todas las neuronas de dopamina. [11] Como resultado del acoplamiento DAT-Ca v , los sustratos DAT que producen corrientes despolarizantes a través del transportador pueden abrir canales de calcio que están acoplados al transportador, lo que resulta en una entrada de calcio en las neuronas de dopamina. [11] Se cree que esta entrada de calcio induce la fosforilación mediada por CAMKII del transportador de dopamina como efecto posterior; [11] dado que la fosforilación de DAT por CAMKII produce un flujo de salida de dopamina in vivo , la activación de los canales de calcio acoplados a transportadores es un mecanismo potencial por el cual ciertos fármacos (p. ej., anfetamina ) desencadenan la liberación de neurotransmisores. [11]
La determinación inicial de la topología de la membrana de DAT se basó en el análisis de secuencia hidrófoba y las similitudes de secuencia con el transportador GABA. Estos métodos predijeron doce dominios transmembrana (TMD) con un gran bucle extracelular entre el tercer y cuarto TMD. [12] La caracterización adicional de esta proteína utilizó proteasas , que digieren las proteínas en fragmentos más pequeños, y glicosilación , que ocurre solo en bucles extracelulares, y verificó en gran medida las predicciones iniciales de la topología de la membrana. [13] La estructura exacta del transportador de dopamina de Drosophila melanogaster (dDAT) se esclareció en 2013 mediante cristalografía de rayos X. [14]
Se ha encontrado una distribución regional de DAT en áreas del cerebro con circuitos dopaminérgicos establecidos, incluidas las vías nigroestriatal , mesolímbica y mesocortical . [22] Los núcleos que forman estas vías tienen distintos patrones de expresión. Los patrones de expresión genética en el ratón adulto muestran una alta expresión en la sustancia negra pars compacta. [23]
Se descubrió que la DAT en la vía mesocortical , marcada con anticuerpos radiactivos, estaba enriquecida en dendritas y cuerpos celulares de neuronas en la sustancia negra pars compacta y el área tegmental ventral . Este patrón tiene sentido para una proteína que regula los niveles de dopamina en la sinapsis.
La tinción en el cuerpo estriado y el núcleo accumbens de la vía mesolímbica fue densa y heterogénea. En el cuerpo estriado, la DAT se localiza en la membrana plasmática de las terminales de los axones. La doble inmunocitoquímica demostró la colocalización de DAT con otros dos marcadores de terminales nigroestriatales , tirosina hidroxilasa y receptores de dopamina D2 . Se demostró así que este último es un autorreceptor de las células que liberan dopamina. TAAR1 es un receptor intracelular presináptico que también está colocalizado con DAT y que tiene el efecto opuesto al autorreceptor D2 cuando se activa; [15] [24] es decir, internaliza los transportadores de dopamina e induce el flujo de salida a través de la función del transportador invertido a través de la señalización de PKA y PKC .
Sorprendentemente, DAT no se identificó dentro de ninguna zona activa sináptica. Estos resultados sugieren que la recaptación de dopamina en el cuerpo estriatal puede ocurrir fuera de las especializaciones sinápticas una vez que la dopamina se difunde desde la hendidura sináptica.
En la sustancia negra , la DAT se localiza en las membranas plasmáticas axonales y dendríticas (es decir, pre y postsinápticas) . [25]
Dentro del perikarya de las neuronas de la pars compacta , la DAT se localizó principalmente en el retículo endoplásmico rugoso y liso, el complejo de Golgi y los cuerpos multivesiculares, identificando probables sitios de síntesis, modificación, transporte y degradación. [26]
El gen de DAT, conocido como DAT1 , se encuentra en el cromosoma 5p15. [6] La región codificante de la proteína del gen tiene más de 64 kb de largo y comprende 15 segmentos codificantes o exones . [27] Este gen tiene una repetición en tándem de número variable (VNTR) en el extremo 3' ( rs28363170 ) y otra en la región del intrón 8. [28] Se ha demostrado que las diferencias en el VNTR afectan el nivel basal de expresión del transportador; en consecuencia, los investigadores han buscado asociaciones con trastornos relacionados con la dopamina. [29]
Nurr1 , un receptor nuclear que regula muchos genes relacionados con la dopamina, puede unirse a la región promotora de este gen e inducir la expresión. [30] Este promotor también puede ser el objetivo del factor de transcripción Sp-1 .
Si bien los factores de transcripción controlan qué células expresan DAT, la regulación funcional de esta proteína la logran en gran medida las quinasas . MAPK , [31] CAMKII , [20] [21] PKA , [15] y PKC [21] [32] pueden modular la velocidad a la que el transportador mueve la dopamina o provocar la internalización de DAT. TAAR1 co-localizado es un regulador importante del transportador de dopamina que, cuando se activa, fosforila DAT a través de la señalización de la proteína quinasa A (PKA) y la proteína quinasa C (PKC). [15] [33] La fosforilación por cualquiera de las proteínas quinasas puede dar como resultado la internalización de DAT ( inhibición de la recaptación no competitiva ), pero la fosforilación mediada por PKC por sí sola induce la función del transportador inverso (eflujo de dopamina). [15] [34] Los autorreceptores de dopamina también regulan DAT al oponerse directamente al efecto de la activación de TAAR1. [15]
El transportador de dopamina humana (hDAT) contiene un sitio de unión de zinc extracelular de alta afinidad que, al unirse al zinc, inhibe la recaptación de dopamina y amplifica el flujo de salida de dopamina inducido por anfetamina in vitro . [35] [36] [37] Por el contrario, el transportador de serotonina humana (hSERT) y el transportador de norepinefrina humana (hNET) no contienen sitios de unión al zinc. [37] La suplementación con zinc puede reducir la dosis mínima efectiva de anfetamina cuando se usa para el tratamiento del trastorno por déficit de atención con hiperactividad . [38]
La velocidad a la que DAT elimina la dopamina de la sinapsis puede tener un efecto profundo en la cantidad de dopamina en la célula. La mejor evidencia de esto son los graves déficits cognitivos, las anomalías motoras y la hiperactividad de los ratones sin transportadores de dopamina. [39] Estas características tienen sorprendentes similitudes con los síntomas del TDAH .
Las diferencias en el VNTR funcional se han identificado como factores de riesgo para el trastorno bipolar [40] y el TDAH. [41] [42] Han surgido datos que sugieren que también existe una asociación con síntomas de abstinencia más fuertes debido al alcoholismo , aunque este es un punto de controversia. [43] [44] Un alelo del gen DAT con niveles normales de proteína se asocia con la conducta de no fumar y la facilidad para dejar de fumar. [45] Además, los adolescentes varones, particularmente aquellos en familias de alto riesgo (aquellas marcadas por una madre desconectada y ausencia de afecto materno) que portan la repetición VNTR de 10 alelos, muestran una afinidad estadísticamente significativa por sus pares antisociales. [46] [47]
El aumento de la actividad de DAT se asocia con varios trastornos diferentes, incluida la depresión clínica . [48]
Se ha demostrado que las mutaciones en DAT causan el síndrome de deficiencia del transportador de dopamina , un trastorno del movimiento autosómico recesivo caracterizado por un empeoramiento progresivo de la distonía y el parkinsonismo . [49]
El transportador de dopamina es el objetivo de sustratos , liberadores de dopamina , inhibidores del transporte y moduladores alostéricos . [50] [51]
La cocaína bloquea la DAT uniéndose directamente al transportador y reduciendo la velocidad de transporte. [12] Por el contrario, la anfetamina ingresa a la neurona presináptica directamente a través de la membrana neuronal o a través de DAT, compitiendo por la recaptación con la dopamina. Una vez dentro, se une a TAAR1 o ingresa a las vesículas sinápticas a través de VMAT2 . Cuando la anfetamina se une a TAAR1, reduce la velocidad de activación de la neurona postsináptica y desencadena la señalización de la proteína quinasa A y la proteína quinasa C , lo que resulta en la fosforilación de DAT. Luego, la DAT fosforilada opera a la inversa o se retira hacia la neurona presináptica y cesa el transporte. Cuando la anfetamina ingresa a las vesículas sinápticas a través de VMAT2, se libera dopamina en el citosol. [15] [16] La anfetamina también produce eflujo de dopamina a través de un segundo mecanismo independiente de TAAR1 que involucra la fosforilación del transportador mediada por CAMKIIα , que supuestamente surge de la activación de los canales de calcio de tipo L acoplados a DAT por la anfetamina. [11]
Se cree que los mecanismos dopaminérgicos de cada droga subyacen a las sensaciones placenteras provocadas por estas sustancias. [7]
Se ha demostrado que el transportador de dopamina interactúa con:
Aparte de estas interacciones innatas proteína-proteína, estudios recientes demostraron que las proteínas virales como la proteína Tat del VIH-1 interactúan con la DAT [56] [57] y esta unión puede alterar la homeostasis de la dopamina en individuos VIH positivos, lo que es un factor que contribuye a la los trastornos neurocognitivos asociados al VIH . [58]
Un ejemplo de interés es CaMKII, que se ha caracterizado bien como un efector de las corrientes de Ca2+ aguas abajo de los canales de Ca2+ tipo L [21,22].
Curiosamente, la DAT es un sustrato de CaMKII y la DAT fosforilada favorece el transporte inverso de dopamina [48,49], constituyendo un posible mecanismo por el cual la actividad eléctrica y los canales de Ca2+ tipo L pueden modular los estados de DAT y la liberación de dopamina.
... En resumen, nuestros resultados sugieren que farmacológicamente, el S(+)AMPH es más potente que la DA para activar las corrientes despolarizantes mediadas por hDAT, lo que lleva a la activación del canal de Ca2+ tipo L, y la corriente inducida por S(+)AMPH es más estrechamente acoplado que DA para abrir canales de Ca2+ tipo L.
A pesar de los desafíos para determinar el pH de las vesículas sinápticas, el gradiente de protones a través de la membrana de la vesícula es de fundamental importancia para su función.
La exposición de vesículas de catecolaminas aisladas a protonóforos colapsa el gradiente de pH y redistribuye rápidamente el transmisor desde el interior hacia el exterior de la vesícula.
... La anfetamina y sus derivados, como la metanfetamina, son compuestos de base débil que son la única clase de drogas ampliamente utilizada que se sabe que provocan la liberación de transmisores mediante un mecanismo no exocítico.
Como sustratos tanto para DAT como para VMAT, las anfetaminas pueden transportarse al citosol y luego secuestrarse en vesículas, donde actúan para colapsar el gradiente de pH vesicular.
Recientemente han surgido tres aspectos nuevos e importantes de la acción de los TA: (a) inhibición de la activación debido a una mayor liberación de dopamina;
(b) reducción de las respuestas inhibidoras mediadas por los receptores D2 y GABAB (efectos excitadores debidos a la desinhibición);
y (c) una activación directa mediada por el receptor TA1 de los canales GIRK que producen hiperpolarización de la membrana celular.
• activa tónicamente los canales de K(+) rectificadores internos, lo que reduce la frecuencia de activación basal de las neuronas de dopamina (DA) del área tegmental ventral (VTA)
AMPH también aumenta el calcio intracelular (Gnegy et al., 2004) que se asocia con la activación de calmodulina/CamKII (Wei et al., 2007) y la modulación y el tráfico de DAT (Fog et al., 2006; Sakrikar et al. ., 2012).
AMPH y METH también estimulan la salida de DA, que se cree que es un elemento crucial en sus propiedades adictivas [80], aunque los mecanismos no parecen ser idénticos para cada droga [81].
Estos procesos dependen de PKCβ y CaMK [72, 82], y los ratones knock-out para PKCβ muestran una disminución del flujo de salida inducido por AMPH que se correlaciona con una locomoción reducida inducida por AMPH [72].
El zinc se une a ... sitios extracelulares de DAT [103], sirviendo como inhibidor de DAT.
En este contexto, son de interés los estudios controlados doble ciego en niños, que mostraron efectos positivos de la [suplementación] de zinc sobre los síntomas del TDAH [105,106].
Cabe señalar que en este momento [la suplementación] con zinc no está integrada en ningún algoritmo de tratamiento del TDAH.
No confirmaron la relación directa prevista entre la absorción y la liberación, sino que algunos compuestos, incluido el AMPH, eran mejores liberadores que los sustratos para la absorción.
Además, el zinc estimula la salida de [3H]DA intracelular a pesar de su inhibición concomitante de la absorción (Scholze et al., 2002).
El transportador de dopamina humana (hDAT) contiene un sitio de unión endógeno de Zn
2+
de alta afinidad con tres residuos de coordinación en su cara extracelular (His193, His375 y Glu396).
... Aunque Zn
2+
inhibió la absorción, Zn
2+
facilitó la liberación de [3H]MPP+ inducida por la despolarización inducida por anfetamina, MPP+ o K+ específicamente en hDAT pero no en el transportador de serotonina y norepinefrina humana (hNET).
Con respecto a la suplementación con zinc, un ensayo controlado con placebo informó que dosis de hasta 30 mg/día de zinc eran seguras durante al menos 8 semanas, pero el efecto clínico fue equívoco, excepto por el hallazgo de una reducción del 37 % en la dosis óptima de anfetamina. dosis de 30 mg al día de zinc.
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