El transportador vesicular de monoaminas 1 (VMAT1), también conocido como transportador de aminas granulares cromafines (CGAT) o miembro 1 de la familia de transportadores de solutos 18 (SLC18A1), es una proteína que en los humanos está codificada por el gen SLC18A1 . VMAT1 es una proteína de membrana integral , que está incrustada en vesículas sinápticas y sirve para transferir monoaminas , como noradrenalina , epinefrina , dopamina y serotonina , entre el citosol y las vesículas sinápticas. [5] SLC18A1 es una isoforma del transportador vesicular de monoaminas .
La idea de que debe haber proteínas de transporte específicas asociadas con la absorción de monoaminas y acetilcolina en vesículas se desarrolló debido al descubrimiento de inhibidores específicos que interferían con la neurotransmisión de monoaminas y también agotaban las monoaminas en los tejidos neuroendocrinos . [5] VMAT1 y VMAT2 se identificaron por primera vez en ratas tras la clonación de ADNc para proteínas que daban a las células receptoras sin acumulación de aminas la capacidad de secuestrar monoaminas. [6] Posteriormente, se clonaron VMAT humanos utilizando bibliotecas de ADNc humano con los homólogos de rata como sondas, y se realizaron ensayos de absorción de aminas en células heterólogas para verificar las propiedades de transporte. [7]
En todas las especies de mamíferos , se ha descubierto que los VMAT están estructuralmente bien conservados; Los VMAT1 tienen una identidad de secuencia general superior al 80%. Sin embargo, sólo existe una identidad de secuencia del 60% entre el VMAT1 y el VMAT2 humanos. [8]
VMAT1 es una glicoproteína ácida con un peso aparente de 40 kDa . [9] Aunque la estructura cristalográfica aún no se ha resuelto por completo, se sabe que VMAT1 tiene doce dominios transmembrana (TMD), según el análisis de la escala de hidrofobicidad de Kyte-Doolittle [7] o diez TMD, según la alineación MAXHOM. La alineación de MAXHOM se determinó utilizando el programa "sistemas de redes neuronales alimentados por perfiles de Heidelberg" (PHD). [5] La principal diferencia entre estos dos modelos surge de la colocación de los DTM II y IV en la luz de la vesícula o en el citoplasma .
Los VMAT se encuentran en una variedad de tipos de células en todo el cuerpo; sin embargo, VMAT1 se encuentra exclusivamente en células neuroendocrinas , a diferencia de VMAT2, que también se encuentra en el SNP y el SNC . Específicamente, VMAT1 se encuentra en células cromafines , células enterocromafines y pequeñas células intensamente fluorescentes (SIF). [10] Las células cromafines son responsables de liberar las catecolaminas (norepinefrina y epinefrina ) a la circulación sistémica . Las células enterocromafines son responsables de almacenar serotonina en el tracto gastrointestinal. Las SIF son interneuronas asociadas con el sistema nervioso simpático que están controladas por la dopamina.
VMAT1 se encuentra tanto en vesículas grandes de núcleo denso (LDCV) como en pequeñas vesículas sinápticas (SSV). Esto se descubrió mediante el estudio de las células de la médula suprarrenal de rata (células PC12). [11] Los LDCV tienen un tamaño de 70 a 200 nm y existen en toda la neurona ( soma , dendritas , etc.). Los SSV son mucho más pequeños (generalmente alrededor de 40 nm) y normalmente existen como grupos en la hendidura presináptica.
El transporte activo de monoaminas desde el citosol a las vesículas de almacenamiento opera contra un gran gradiente de concentración (>10 5 ). El transporte activo secundario es el tipo de transporte activo utilizado, lo que significa que VMAT1 es un antiportador . Este transporte se facilita mediante el gradiente de protones generado por la proteína protón ATPasa . El transporte interno de la monoamina se combina con la salida de dos protones por monoamina. [12] Se cree que el primer protón causa un cambio en la conformación de VMAT1 , lo que empuja un sitio de unión de amina de alta afinidad , al que se une la monoamina. Luego, el segundo protón provoca un segundo cambio en la conformación que atrae la monoamina hacia la vesícula y reduce en gran medida la afinidad del sitio de unión por las aminas. Una serie de pruebas sugieren que His 419, situado entre los TMD X y XI, desempeña el papel clave en el primero de estos cambios conformacionales, y que Asp 431, situado en el TMD XI, hace lo mismo durante el segundo cambio. [9]
Se sabe que existen varios inhibidores de la recaptación de VMAT, entre ellos la reserpina (RES), la tetrabenazina (TBZ), la dihidrotetrabenazina (DTBZOH) y la ketanserina (KET). Se cree que RES exhibe inhibición competitiva , uniéndose al mismo sitio que el sustrato monoamina, ya que los estudios han demostrado que puede desplazarse mediante la introducción de norepinefrina. Se cree que TBZ, DTBZOH y KET exhiben una inhibición no competitiva , sino que se unen a sitios alostéricos y disminuyen la actividad del VMAT en lugar de simplemente bloquear su sitio de unión al sustrato. [9] Se ha descubierto que estos inhibidores son menos eficaces para inhibir VMAT1 que VMAT2, y los efectos inhibidores de las tetrabenazinas sobre VMAT1 son insignificantes. [10]
La expresión de VMAT1 en células endocrinas sanas se comparó con la expresión de VMAT1 en bebés con hipoglucemia hiperinsulinémica y adultos con tumores endocrinos pancreáticos. [13] A través de inmunohistoquímica (IHC) e hibridación in situ (ISH), encontraron que VMAT1 y VMAT2 estaban ubicados en tipos de células mutuamente excluyentes, y que en los insulinomas la actividad de VMAT2 desaparecía, lo que sugiere que si solo la actividad de VMAT1 está presente en el sistema endocrino, este tipo de cáncer es probable.
VMAT1 también tiene efectos sobre la modulación del procesamiento de gastrina en las células G. Estas células endocrinas intestinales procesan precursores de aminas y VMAT1 los introduce en vesículas para su almacenamiento. La actividad de VMAT1 en estas células tiene un efecto aparentemente inhibidor sobre el procesamiento de gastrina. Básicamente, esto significa que ciertos compuestos del intestino pueden ser absorbidos por estas células G y amplificar o inhibir la función de VMAT1, lo que afectará el procesamiento de la gastrina (conversión de G34 a G17). [14]
Además, se sabe que VMAT1 desempeña un papel en la absorción y secreción de serotonina en el intestino. Las células enterocromafines de los intestinos secretarán serotonina en respuesta a la activación de ciertos mecanosensores. [15] La regulación de la serotonina en el intestino es de vital importancia, ya que modula el apetito y controla la contracción intestinal.
Se ha demostrado que la presencia de VMAT1 en las células las protege de los efectos dañinos del enfriamiento y el recalentamiento asociados con la hipotermia . [16] Se llevaron a cabo experimentos en células y tejidos aórticos y renales . Se encontró evidencia de que una acumulación de serotonina usando VMAT1 y TPH1 permitía la liberación posterior de serotonina cuando se exponía a temperaturas frías. Esto permite la generación de H2S mediada por cistationina beta sintasa (CBS) . La protección contra los daños causados por la hipotermia se debe a una reducción en la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), que pueden inducir la apoptosis , debido a la presencia de H 2 S. [17]
VMAT1 (SLC18A1) se asigna a un locus compartido de trastorno bipolar (TLP)/ esquizofrenia , que se encuentra en el cromosoma 8p 21. [18] [19] Se cree que la interrupción en el transporte de neurotransmisores monoamina debido a la variación en el gen VMAT1 puede ser relevante para la etiología de estos trastornos mentales. Un estudio analizó una población de ascendencia europea y examinó los genotipos de un grupo bipolar y un grupo de control. El estudio confirmó la expresión de VMAT1 en el cerebro a nivel de proteína y ARNm , y encontró una diferencia significativa entre los dos grupos, lo que sugiere que, al menos para las personas de ascendencia europea, la variación en el gen VMAT1 puede conferir susceptibilidad. [18] Un segundo estudio examinó una población de individuos japoneses, un grupo sano y el otro esquizofrénico. Este estudio arrojó resultados en su mayoría no concluyentes, pero hubo algunos indicios de que la variación en el gen VMAT1 conferiría susceptibilidad a la esquizofrenia en las mujeres japonesas. [20] Si bien estos estudios proporcionan información prometedora sobre la causa de algunos de los trastornos mentales más prevalentes, está claro que será necesaria investigación adicional para lograr una comprensión completa.