El gen de la vasopresina arginina ( AVP ) es un gen cuyo producto se escinde proteolíticamente para producir vasopresina (también conocida como hormona antidiurética o ADH), neurofisina II y una glicoproteína llamada copeptina . La AVP y otros péptidos similares a la AVP se encuentran en mamíferos, así como en moluscos, artrópodos, nematodos y otras especies de invertebrados. [5] En los humanos, la AVP está presente en el cromosoma 20 y desempeña un papel en la regulación homeostática. Los productos de la AVP tienen muchas funciones que incluyen la vasoconstricción , la regulación del equilibrio de agua en el cuerpo y la regulación de las respuestas al estrés . [6] La expresión de la AVP está regulada por el bucle de retroalimentación de la traducción de la transcripción (TTFL), que es una parte importante del sistema circadiano que controla la expresión de los genes del reloj. La AVP tiene implicaciones importantes en el campo médico, ya que sus productos tienen funciones significativas en todo el cuerpo.
El descubrimiento del gen AVP requirió primero el descubrimiento de uno de sus productos clave: la vasopresina . En 1895, G. Oliver y EA Schäfer descubrieron que una sustancia liberada por la glándula pituitaria podía elevar la presión arterial. Los investigadores notaron que la inyección intravenosa de extractos de la glándula pituitaria , la glándula tiroides y el bazo influyen en la presión arterial, sin embargo, el efecto de la pituitaria tuvo el impacto más significativo. [7] Casi treinta años después, Kamm y sus colegas separaron los componentes dentro de la glándula pituitaria. Usando una técnica única de separación de cinco pasos, Kamm reveló una sustancia asociada con las contracciones uterinas, la oxitocina , y otra sustancia asociada con la presión arterial, la vasopresina. [8]
Una vez que se descubrió y separó la vasopresina, se pudo llevar a cabo una investigación posterior sobre la estructura, la función y el modo de generación del producto. En 1951, Turner y sus colegas descubrieron la secuencia de aminoácidos detrás de la hormona. La estructura de aminoácidos estaba compuesta por ocho aminoácidos, incluidos fenilalanina, tirosina, prolina, ácido glutámico, ácido aspártico, glicina, arginina y cistina. También se descubrió que la estructura incluía amoníaco. [9] Después de este descubrimiento, Vincent du Vigneaud pudo sintetizar una forma sintética de vasopresina en un entorno de laboratorio. Du Vigneaud señaló específicamente que su producto final tenía la misma actividad y proporciones de composición que la vasopresina natural. [10]
El trabajo sobre la vasopresina finalmente permitió a los investigadores trabajar en sentido inverso e identificar el gen responsable de la generación de este producto. Esta etapa final de la investigación comenzó cuando Gainer y sus colegas encontraron una proteína precursora de la vasopresina en 1977. [11] La estructura de la proteína fue descubierta posteriormente por Land en 1982. Al secuenciar las cadenas de ADN complementarias que codificaban el ARNm de la hormona, Land describió la secuencia de aminoácidos de la proteína precursora. [12] Finalmente, un año después, Schmale, Heinsohn y Richter aislaron el gen precursor de AVP en ratas de su biblioteca genómica. Los investigadores utilizaron el mapeo de restricción y el análisis de secuencias de nucleótidos para descubrir los tres exones distintos del gen y los productos (vasopresina, neurofisina y glicoproteína) de los que cada uno era responsable. [13]
El gen AVP , de 1,85 kilobases de longitud , ubicado en el cromosoma 20 (20p13), contiene tres dominios funcionales, que incluyen AVP, neurofisina II (NP) y un glicopéptido C-terminal llamado copeptina . Mediante el uso de mapeo de restricción y secuenciación, se descubrió que el gen tenía estos dominios que se extendían por tres exones con dos secuencias intrónicas. El exón A codifica un supuesto péptido señal, la hormona vasopresina arginina, y el extremo N de la proteína transportadora NP. El exón B, que está separado del exón A con un intrón de 1 kilobase de longitud, codifica la porción media conservada de NP. Un intrón de 227 kilobases separa el exón B del exón C, que codifica el dominio final, que incluye el extremo C de NP y la glicoproteína. Se ha descubierto que la estructura de este gen se conserva generalmente en todas las especies, incluidos los chimpancés, los monos Rhesus, los perros, las vacas, los ratones, las ratas, los pollos, los peces cebra y las ranas. [13]
La región promotora del gen AVP consiste en un elemento E-box ubicado 150 residuos aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción, que se une a las proteínas de reloj de mamíferos CLOCK y BMAL1 involucradas en la generación de ritmos circadianos en el núcleo supraquiasmático (SCN) . [14] Los knockouts de los genes BMAL1 y CLOCK en el SCN ( Bmal -/- y clk -/- ) eliminan la ritmicidad en la expresión del ARNm de AVP , lo que confirma que la unión de los heterodímeros de proteína al elemento E-box es necesaria para el patrón circadiano intrínseco del gen AVP . [15] Además del elemento E-box, la región promotora del gen AVP también contiene un sitio del elemento de respuesta al AMP cíclico (cAMP) (CRE) que está involucrado en la regulación de la expresión génica. Los ritmos diarios en la fosforilación de la proteína de unión a CRE ( CREB ) respaldan una contribución de este elemento a la ritmicidad circadiana de la expresión del gen. [14] [16] La regulación mediada por CRE/CREB del gen AVP se activa a través de la activación de AMPc de las vías de señalización de Ras, que culmina en la fosforilación de la quinasa MAP del factor de transcripción CREB. [14]
La transcripción del gen AVP para producir ARNm de AVP tiene ritmos diarios, con niveles máximos de ARNm durante el día subjetivo y alcanzando su punto más bajo en la noche del sujeto. Este ritmo está regulado por la unión de proteínas circadianas a la caja E, junto con la regulación transcripcional de otros elementos, incluido el CRE en la región promotora. [14]
La AVP es conocida principalmente por su papel como un indicador circadiano de salida en los mamíferos. [15] [17] El producto más común de la AVP es la vasopresina, que es una hormona neurohipofisaria que es importante en los mecanismos y procesos homeostáticos, como los ritmos EEG corticales . Sus otros productos son la neurofisina II y la copeptina. La AVP se produce en un tipo específico de neuronas llamadas neuronas magnocelulares (MCN), que se encuentran en el hipotálamo . [17] En los mamíferos, el gen AVP también se transcribe en el núcleo supraquiasmático, donde su expresión está bajo el control del TTFL circadiano. [18] Está bien establecido que el producto final de la vasopresina se transporta desde el cuerpo celular a las terminales de la glándula pituitaria posterior, donde se libera al torrente sanguíneo como resultado de factores estresantes ambientales como la deshidratación. [19]
La regulación del gen AVP está controlada por el TTFL. En este sistema, la proteína per2 es transcrita y fosforilada por la enzima CK1E . La acumulación de esta proteína inhibe los factores de transcripción Clock y BMAL1 , de modo que no se crea ningún producto per adicional. [20] Al mismo tiempo, per2 inhibe los factores de transcripción que impulsan el gen AVP, de modo que se reduce su expresión y sus productos. [19] Se puede observar que la expresión de AVP está regulada por el TTFL en el SCN, pero no en el núcleo paraventricular del hipotálamo (PVH) y el núcleo supraóptico (SON) . [21]
La vasopresina es capaz de unirse a uno de los tres receptores de vasopresina: AVPR1A , AVPR1B y AVPR2 . Cuando la vasopresina se une a AVPR1A, un receptor acoplado a proteína G (GPCR), se activa la fosfolipasa C (PLC). [22] [23] Esta vía típicamente regula la vasoconstricción. Cuando la vasopresina se une a AVPR1B, un GPCR, se estimula el sistema de segundo mensajero fosfatidilinositol-calcio. AVPR1A y AVPR1B son GPCR que estimulan a PLC para promover la producción de DAG que activa PKC e IP3 y estimula la liberación de iones de calcio del retículo endoplásmico . Esta vía de señalización es importante para regular la homeostasis y la cantidad de agua, glucosa y sales dentro de la sangre a través de la liberación y almacenamiento de ACTH . [24] Cuando la vasopresina se une a AVPR2, se estimula otro GPCR, la adenilil ciclasa . Esta vía del segundo mensajero implica la regulación de la ADH, o vasopresina, en los riñones, que tiene un importante propósito diurético al retener agua y manipular las concentraciones de desechos tóxicos solubles y urea en la orina. [25]
En las ratas, el gen AVP es importante para la regulación de varios procesos asociados con el sistema excretor y las células musculares lisas. El gen AVP y la vasopresina arginina se encuentran comúnmente colocalizados con la oxitocina porque la transmisión sináptica de la oxitocina regula la expresión del ARNm de AVP . [26]
En un estudio realizado por Greenwood y colegas, los investigadores descubrieron que la expresión del gen AVP en ratas está regulada por la proteína 3 similar a la 1 de unión al elemento sensible al AMPc (CREB3L1) . CREB3L1 se activa cuando se escinde y cuando el gen AVP se transloca desde el Golgi al núcleo. [27] Además, los niveles de ARNm de CREB3L1 se corresponden con mayores cantidades de transcripción del gen AVP en el hipotálamo después de una deficiencia de sodio y como consecuencia del ritmo diurno en el SCN. [27] Tanto las formas de longitud completa como las constitutivamente activas de CREB3L1 (CREB3L1CA) inducen la expresión de construcciones de reportero de luciferasa-promotor de AVP de rata, mientras que un mutante dominante negativo reduce la expresión. A partir de este estudio, los investigadores concluyeron que CREB3L1 es un regulador de la transcripción del gen AVP en el hipotálamo y específicamente dentro del PVH y el SON.
La vasopresina arginina estimula el proceso de fosforilación de la acuaporina 2 (AQP2) del tejido renal, lo que contribuye al aumento general de la permeabilidad al agua en las células de los túbulos colectores del tejido. La fosforilación de la AQP2 conduce a la activación de la vía de señalización de la proteína quinasa A , que amplifica la permeabilidad al agua mediante la estimulación del equivalente de rata de la proteína transportadora de urea 1. [28]
Las funciones de la vasopresina la hacen útil para una variedad de aplicaciones médicas importantes. Dado que desempeña un papel en la regulación de muchas funciones fisiológicas, como la regulación de la excreción de agua y sodio, el volumen sanguíneo, la vasoconstricción y la respuesta al estrés , la vasopresina puede ser útil en el tratamiento de afecciones relacionadas con estas funciones. [29] Estas aplicaciones incluyen el tratamiento de la enuresis nocturna , la diabetes insípida y la hemofilia A. [ 30] Además, se utiliza para tratar algunas formas de shock, incluido el shock séptico y el shock vasodilatador . También se utiliza durante la cirugía para disminuir la pérdida de sangre. [31]