La monocrotalina ( MCT ) es un alcaloide de pirrolizidina que está presente en plantas del género Crotalaria . Estas especies pueden sintetizar MCT a partir de aminoácidos y pueden causar daños al hígado , los pulmones y los riñones en varios organismos. Los factores de estrés iniciales se liberan intracelularmente tras la unión de MCT a los receptores BMPR2 y se inducen niveles elevados de fosforilación de MAPK, lo que puede causar cáncer en el Homo sapiens . Los MCT pueden desintoxicarse en ratas mediante oxidación , seguida de conjugación con glutatión e hidrólisis .
MCT se produce en las semillas de ciertas especies del género Crotalaria , por ejemplo, Crotalaria spectabilis y Crotalaria mucronata . [1] El MCT es una sustancia química con propiedades pesticidas y, por lo tanto, sirve como mecanismo de defensa para defenderse de los depredadores. Sin embargo, también puede provocar el envenenamiento de mamíferos y aves. [2]
La mariposa Utetheisa ornatrix también se beneficia del MCT al usarlo como protección. Las larvas de la mariposa se alimentan casi exclusivamente de semillas de Crotalaria , donde se acumula MCT en sus cuerpos. De esta manera, están protegidas de depredadores como las arañas por el resto de sus vidas (incluso después de convertirse en mariposas). [3]
MCT es una sustancia tóxica aguda. La toxicidad del MCT depende de la dosis y puede dañar tanto los órganos como el material genético ( genotoxicidad ). Los órganos a los que se dirigirá son el hígado ( hepatotoxicidad ), los riñones ( nefrotoxicidad ) y los pulmones (neumotoxicidad). El MCT se clasifica en la categoría 3 de toxicidad por ingestión oral y en la categoría 2 de toxicidad por carcinogenicidad según la Agencia Europea de Sustancias Químicas (ECHA). [4]
Los estudios concluyeron que la ingestión de MCT provocará necrosis centrolobulillar, fibrosis pulmonar y aumento del nitrógeno ureico en sangre . Estas conclusiones se basan en los modelos que se utilizaron durante estos estudios, ya que estos efectos fueron causados en ratas en lugar de en humanos. Durante los estudios también se concluyó que los ratones son más resistentes al MCT que las ratas, lo que significa que sobrevivieron a los experimentos más ratones que ratas. [5] [6] [7]
La biosíntesis de MCT implica la condensación de ácido monocrotálico (MCA), que se deriva de la L -isoleucina , y de retronecina , que se deriva de la putrescina .
MCA se forma a partir de L -isoleucina y un sintetizador de propionato de origen incierto. [8]
La retronecina se sintetiza a partir de L -arginina mediante una vía de varios pasos que involucra intermediarios de putrescina y espermidina :
La putrescina se convierte en espermidina mediante la adición de un grupo propilamino de la S -adenosilmetioninamina descarboxilada (4: espermidina sintasa ). La espermidina y otra molécula de putrescina reaccionan para formar la homospermidina simétrica con pérdida de 1,3-diaminopropano (5: homospermidina sintasa ).
La oxidación (probablemente catalizada por 6: diaminooxidasas dependientes de cobre) a 4,4'-iminodibutanal da como resultado la ciclación de pirrolizidina-1-carbaldehído, que se reduce a 1-hidroximetilpirrolizidina (probablemente catalizada por 7: alcohol deshidrogenasa ). Para formar el producto final retronecina, la 1-hidroximetilpirrolizidina se desatura e hidroxila respectivamente mediante enzimas desconocidas. [9]
Luego, MCA y retronecina se condensan para formar MCT mediante un mecanismo desconocido:
El hígado desintoxica el MCT en ratas mediante reacciones de biotransformación divergentes . Estas reacciones proceden de la siguiente manera:
En ratas, el MCT se oxida primero mediante la enzima de biotransformación citocromo P450 (CYP) para formar deshidro MCT. En esta reacción de la fase 1, se introduce un enlace doble carbono-carbono a partir de un enlace simple carbono-carbono.
Después de la reacción de la fase 1, el intermedio oxidado puede sufrir hidrólisis para formar ácido monocrotálico y dihidropirolizina o realizar una transferencia de grupo con glutatión para formar MCA y una dihidropirolizina conjugada con glutatión (conjugación GS). Estos metabolitos son más hidrófilos que los MCT y, por lo tanto, los riñones podrían excretarlos más fácilmente, lo que resulta en una menor exposición de los MCT al hígado. Por tanto, las reacciones de la fase 2 se clasifican como reacciones desintoxicantes durante la biotransformación de MCT en ratas.
Durante las reacciones de la fase 2, el deshidro MCT puede reaccionar con macromoléculas biológicas nucleófilas (NuS), que es un intermedio tóxico. La adición de dichas moléculas puede provocar citotoxicidad . El deshidro MCT también puede sufrir una mayor toxificación después de la hidrólisis, ya que la dihidropirolizina puede oxidarse aún más a 7-dihidro-1-hidroximetil-5H-pirrolizina (DHP). Este intermediario puede unirse al ADN, lo que puede causar genotoxicidad . [10]
Tenga en cuenta que las rutas de biotransformación pueden diferir según el organismo estudiado. [11]
MCT se agrega y activa el receptor sensor de calcio (CaSR) de las células endoteliales de la arteria pulmonar para desencadenar daño endotelial y, en última instancia, induce hipertensión pulmonar . MCT se une al dominio extracelular del CaSR (receptor sensor de calcio). De este modo, se mejora el ensamblaje de CaSR y desencadena la movilización de la señalización del calcio y daña las células endoteliales de la arteria pulmonar. Además, MCT potencia este efecto al unirse al receptor de proteína morfogenética ósea tipo II (BMPR2), que es un receptor transmembrana . Se produce una inhibición de BMPR2 que a su vez induce un bloqueo de la activación del receptor BMPR1 mediante fosforilación . La inhibición de este proceso altera los procesos de diferenciación celular y osificación. La interferencia con estos receptores induce hipertensión arterial pulmonar.
MAPK es una proteína quinasa activada por mitógenos que se activa tras la activación de BMPR2. La proteína quinasa, a su vez, fosforila p38 mediante una cascada reforzada de señales intracelulares. También activa p21 que tiene un papel regulador en el ciclo celular. Sin embargo, la administración de MCT inhibe este proceso mediante un bloqueo de BMPR2. Se liberan citocinas como el TNF-α que provocan la activación de mecanismos de inflamación , atrayendo a los neutrófilos, entre otros. Además, las óxido nítrico sintasas inducibles (iNOS) se regulan positivamente ante el estrés celular inducido por MCT, mientras que la NOS endotelial (eNOS) se regula negativamente. La citocina TGF-β (también liberada por los macrófagos mediante quimiotaxis durante reacciones de inflamación en un circuito de retroalimentación positiva con TNF-α) es un factor de crecimiento transformante que se regula positivamente como resultado del aumento de iNOS, lo que contribuye a la proliferación de la arteria pulmonar. Los niveles elevados de iNOS también estimulan la actividad de caspasa-3, lo que aumenta los niveles de apoptosis . [12]