Las dinorfinas ( Dyn ) son una clase de péptidos opioides que surgen de la proteína precursora prodinorfina . Cuando la prodinorfina se escinde durante el procesamiento por la proproteína convertasa 2 (PC2), se liberan múltiples péptidos activos: dinorfina A , dinorfina B y α / β-neoendorfina . [1] La despolarización de una neurona que contiene prodinorfina estimula el procesamiento de PC2, que ocurre dentro de las vesículas sinápticas en la terminal presináptica . [2] Ocasionalmente, la prodinorfina no se procesa por completo, lo que lleva a la liberación de "dinorfina grande". La "dinorfina grande" es una molécula de 32 aminoácidos que consta tanto de dinorfina A como de dinorfina B. [3]
La dinorfina A, la dinorfina B y la dinorfina grande contienen una alta proporción de residuos de aminoácidos básicos, en particular lisina y arginina (29,4 %, 23,1 % y 31,2 % de residuos básicos, respectivamente), así como muchos residuos hidrófobos (41,2 %, 30,8 % y 34,4 % de residuos hidrófobos, respectivamente). [4] Aunque las dinorfinas se encuentran ampliamente distribuidas en el SNC, tienen las concentraciones más altas en el hipotálamo , el bulbo raquídeo , la protuberancia , el mesencéfalo y la médula espinal . [5] Las dinorfinas se almacenan en vesículas de núcleo denso grandes (80-120 nm de diámetro) que son considerablemente más grandes que las vesículas que almacenan neurotransmisores . Estas vesículas de núcleo denso de gran tamaño se diferencian de las vesículas sinápticas pequeñas en que se necesita un estímulo más intenso y prolongado para que las vesículas grandes liberen su contenido en la hendidura sináptica . El almacenamiento en vesículas de núcleo denso es característico del almacenamiento de péptidos opioides. [6]
Las primeras pistas sobre la funcionalidad de las dinorfinas surgieron de Goldstein et al. [7] en su trabajo con péptidos opioides. El grupo descubrió un péptido opioide endógeno en la pituitaria porcina que resultó difícil de aislar. Al secuenciar los primeros 13 aminoácidos del péptido, crearon una versión sintética del péptido con una potencia similar al péptido natural. Goldstein et al. [7] aplicaron el péptido sintético al músculo longitudinal del íleon de Guinea y descubrieron que era un péptido opioide extraordinariamente potente. El péptido se denominó dinorfina (del griego dynamis , que significa poder) para describir su potencia. [7]
Las dinorfinas ejercen sus efectos principalmente a través del receptor opioide κ (KOR), un receptor acoplado a la proteína G. Se han identificado dos subtipos de KOR: K1 y K2. [3] Aunque KOR es el receptor principal para todas las dinorfinas, los péptidos tienen cierta afinidad por el receptor opioide μ (MOR), el receptor opioide δ (DOR) y el receptor de glutamato de tipo N-metil-D-aspártico ( NMDA ). [6] [8] Diferentes dinorfinas muestran diferentes selectividades y potencias de receptores en los receptores. La dinorfina grande y la dinorfina A tienen la misma selectividad para el KOR humano, pero la dinorfina A es más selectiva para el KOR sobre el MOR y el DOR que la dinorfina grande. La dinorfina grande es más potente en los KOR que la dinorfina A. Tanto la dinorfina grande como la dinorfina A son más potentes y más selectivas que la dinorfina B. [9]
La dinorfina se produce en muchas partes diferentes del sistema nervioso, incluido el hipotálamo , el cuerpo estriado , el hipocampo y la médula espinal . Aquí se pueden ver los patrones de expresión genética de los atlas cerebrales de Allen en ratones, macacos y humanos.
La dinorfina tiene muchas acciones fisiológicas diferentes, dependiendo de su sitio de producción. [ cita requerida ]
Se ha demostrado que la dinorfina es un modulador de la respuesta al dolor. Han y Xie descubrieron que la inyección de dinorfina en el espacio subaracnoideo de la médula espinal de ratas producía una analgesia dependiente de la dosis, que se midió mediante la latencia del movimiento de la cola. [10] La analgesia se eliminó parcialmente con el antagonista opioide naloxona . [10]
Han y Xie descubrieron que la dinorfina era de 6 a 10 veces más potente que la morfina por mol. [10] Además, la tolerancia a la morfina no redujo la analgesia inducida por dinorfina. [10] Ren et al. demostraron algunas de las complejidades relacionadas con la analgesia inducida por dinorfina. [11] Los autores descubrieron que la combinación de niveles subanalgésicos de morfina y dinorfina A 1-13 , una versión de dinorfina A que contiene solo los primeros 13 aminoácidos del péptido, en la médula espinal de la rata tuvo efectos aditivos. Sin embargo, cuando se inyectó dinorfina A 1-13 en la región intracerebroventricular (ICV) del cerebro, tuvo un efecto antagonista sobre la analgesia inducida por morfina.
Un estudio de Lai et al. descubrió que la dinorfina podría estimular el dolor. [8] El grupo descubrió que actúa sobre el receptor de bradicinina así como sobre el KOR. La tirosina N-terminal de la dinorfina A es necesaria para activar los receptores opioides como el KOR, pero no es necesaria para unirse a los receptores de bradicinina. [8] Lai et al. estudiaron los efectos de la dinorfina A 2-13 que no contenía la tirosina N-terminal. Basándose en los resultados de la dinorfina A 2-13 , los autores propusieron un mecanismo en el que la dinorfina A activa los receptores de bradicinina y, por lo tanto, estimula la respuesta al dolor. [8]
Según este mecanismo, la dinorfina activa los receptores de bradicinina, lo que desencadena la liberación de iones de calcio en la célula a través de canales sensibles al voltaje en la membrana celular. [8] El bloqueo de los receptores de bradicinina en la región lumbar de la médula espinal revirtió el dolor persistente. [8] Un sistema de vías múltiples podría ayudar a explicar los efectos conflictivos de la dinorfina en el SNC.
Svensson et al. proporcionaron otro posible mecanismo por el cual la dinorfina podría causar dolor en la médula espinal. [12] Los autores encontraron que la administración de dinorfina A 2-17 truncada , que no se une a los receptores opioides, causa un aumento en la proteína quinasa activada por mitógeno p38 fosforilada (MAPK) en la microglia en el asta dorsal de la médula espinal. La p38 activada se ha vinculado previamente a la liberación de prostaglandina evocada por NMDA , que causa dolor. [13] Por lo tanto, la dinorfina también podría inducir dolor en la médula espinal a través de una vía p38 no opioide.
Otros estudios han identificado un papel para la estimulación de los receptores opioides kappa y dinorfina en el dolor neuropático. [14] Este mismo grupo también demostró que el sistema dinorfina-KOR media la proliferación de astrocitos a través de la activación de p38 MAPK que era necesaria para los efectos del dolor neuropático en las respuestas analgésicas. [15] En conjunto, estos informes sugieren que la dinorfina puede provocar múltiples efectos tanto en las vías opioides kappa como en las no opioides para modular las respuestas analgésicas.
La adicción a la cocaína es el resultado de cambios moleculares complejos en el cerebro tras múltiples exposiciones a la cocaína. [16] Se ha demostrado que las dinorfinas son una parte importante de este proceso. Aunque una única exposición a la cocaína no afecta a los niveles de dinorfina en el cerebro, las exposiciones repetidas a la droga aumentan las concentraciones de dinorfina en el cuerpo estriado y la sustancia negra en ratas. [17]
Un mecanismo molecular propuesto para el aumento de los niveles de dinorfina implica la regulación transcripcional por CREB (proteína de unión al elemento de respuesta al 3', 5'-monofosfato). Según el modelo propuesto por Carlezon et al., el uso de cocaína aumenta la expresión de AMPc y de la proteína quinasa dependiente de AMPc ( PKA ). [18] La PKA conduce a la activación de CREB, que aumenta la expresión de dinorfina en el núcleo accumbens y el estriado dorsal, áreas cerebrales importantes en la adicción. [18] La dinorfina disminuye la liberación de dopamina al unirse a los KOR en las terminales nerviosas de dopamina. [19]
Carlezon et al. [18] realizaron varios experimentos para validar este modelo. Encontraron que, cuando a los ratones se les inyectaba cocaína, preferían estar en el lugar donde se les inyectaba (mostraban una preferencia de lugar más fuerte) significativamente más que los ratones de control (inyectados con solución salina). Sin embargo, en los ratones que sobreexpresaban CREB bajo un promotor constitutivo, se observó aversión al lugar. [18] Esto indica que el aumento de CREB revierte los efectos positivos de la cocaína. El análisis de transferencia Northern varios días después de la sobreexpresión de CREB mostró un marcado aumento del ARNm de dinorfina en el núcleo accumbens. [18]
El bloqueo de los KOR con un antagonista (norBNI) bloqueó los efectos aversivos causados por la sobreexpresión de CREB. [18] Por lo tanto, el consumo de cocaína parece conducir en última instancia a un aumento de la transcripción del ARNm de la prodinorfina. La dinorfina inhibe la liberación de dopamina, lo que podría explicar las propiedades reforzantes de la cocaína. [20]
También hay evidencia que sugiere que mayores cantidades de dinorfina pueden proteger a los humanos de la adicción a la cocaína. Según una investigación de la Universidad Rockefeller, el gen de la dinorfina está presente en dos versiones: una variación funcional de “alta producción” y otra de “baja producción”. [21] La variación funcional de alta producción del gen contiene polimorfismos en las regiones promotoras que se especula que hacen que produzca más copias del ARNm de la dinorfina, lo que daría a las personas portadoras de esta variación un “sistema de defensa incorporado” contra la adicción a las drogas. [21]
Land et al. describieron por primera vez un mecanismo de disforia en el que el factor liberador de corticotropina (CRF) provoca la liberación de dinorfina. [22] Mientras que los ratones de control mostraron conductas aversivas en respuesta a pruebas de natación forzada y descargas eléctricas en los pies, los ratones que carecían de dinorfina no mostraron tales signos de aversión. Observaron que la inyección de CRF provocó conductas aversivas en ratones con genes funcionales para la dinorfina incluso en ausencia de estrés, pero no en aquellos con deleciones del gen de la dinorfina. La aversión al lugar se eliminó cuando el receptor CRF2 se bloqueó con un antagonista. [22]
En conjunto, estos resultados llevaron a Land et al. a concluir que los elementos disfóricos del estrés ocurren cuando CRF2 estimula la liberación de dinorfina y activa KOR. [22] El grupo postuló además que esta vía podría estar involucrada en la conducta de búsqueda de drogas. En apoyo de esto, se demostró previamente que el estrés puede restablecer la conducta de búsqueda de cocaína en ratones a través de un mecanismo CRF. [23]
También se ha demostrado que la dinorfina influye en la conducta de búsqueda de drogas y es necesaria para la reanudación de la búsqueda de cocaína inducida por estrés, pero no por estimulación. [24] [25] Más tarde, Bruchas et al. identificaron un elemento secundario de esta vía. [26] Los autores descubrieron que KOR activa p38, un miembro de la familia de las quinasas de proteínas activadas por mitógenos (MAPK), a través de la fosforilación. La activación de p38 es necesaria para producir conductas dependientes de KOR. [26]
Debido a su papel en la mediación de la disforia , la dinorfina también se ha investigado en relación con la depresión . Newton et al. [27] estudiaron los efectos de CREB y dinorfina en la indefensión aprendida (un modelo animal para la depresión) en ratones. La sobreexpresión de CREB negativo dominante (mCREB) en ratones transgénicos tuvo un efecto antidepresivo (en términos de comportamiento), mientras que la sobreexpresión de CREB de tipo salvaje causó un aumento en los síntomas similares a la depresión. [27] Como se describió anteriormente, CREB aumenta la transcripción de prodinorfina, lo que da lugar a diferentes subtipos de dinorfina. [18] Newton et al. [27] apoyaron este mecanismo, ya que el mCREB se colocalizó con una expresión disminuida de prodinorfina. Además, el antagonismo directo de la dinorfina causó efectos similares a los antidepresivos similares a los observados con la expresión de mCREB. [27] Por lo tanto, la vía CREB-dinorfina regula el estado de ánimo y las recompensas de la cocaína.
Shirayama et al. [28] utilizaron varios modelos animales de depresión en ratas para describir los efectos de las dinorfinas A y B en la depresión. Los autores encontraron que la indefensión aprendida aumenta los niveles de dinorfinas A y B en el hipocampo y el núcleo accumbens y que la inyección del antagonista de KOR norBNI induce la recuperación de la indefensión aprendida. El estrés por inmovilización provoca aumentos en los niveles de dinorfinas A y B en el hipocampo y el núcleo accumbens. [28] El estrés de natación forzada aumenta los niveles de dinorfina A en el hipocampo. Shirayama et al. [28] concluyeron que tanto las dinorfinas A como las B eran importantes en la respuesta al estrés. Los autores propusieron varios mecanismos para explicar los efectos del antagonista de KOR norBNI en la indefensión aprendida. Primero, el aumento de los niveles de dinorfina bloquea la liberación de glutamato , un neurotransmisor involucrado en la plasticidad en el hipocampo, lo que inhibiría el nuevo aprendizaje. [28]
El bloqueo de los efectos de la dinorfina permitiría la liberación de glutamato y restablecería la plasticidad funcional en el hipocampo, revirtiendo el fenómeno de la indefensión aprendida. Además, el bloqueo de la dinorfina mejoraría la señalización de la dopamina y, por lo tanto, reduciría los síntomas depresivos asociados con el estrés. [28] Los autores sugieren que los antagonistas de KOR podrían tener potencial en el tratamiento de la depresión en humanos.
Las dinorfinas son importantes para mantener la homeostasis a través del control del apetito y los ritmos circadianos . Przewlocki et al. [29] encontraron que, durante el día, las dinorfinas se elevan naturalmente en el lóbulo neurointermedio de la pituitaria (pituitaria NI) y se deprimen en el hipotálamo. Este patrón se invierte por la noche. [29] Además, los ratones privados de comida y agua, o de agua sola, tuvieron niveles aumentados de dinorfina en el hipotálamo durante el día. [29] La privación de agua sola también disminuyó los niveles de dinorfina en la pituitaria NI. [29] Estos hallazgos llevaron a Przewlocki et al. [29] a concluir que las dinorfinas son esenciales para mantener la homeostasis.
La dinorfina se ha implicado como un estimulante del apetito. Varios estudios [30] en ratas han demostrado que aumentar los niveles de dinorfina estimula la alimentación. Los antagonistas opioides, como la naloxona , pueden revertir los efectos de la dinorfina elevada. [31] Esta inhibición es especialmente fuerte en animales obesos o animales que tienen acceso a alimentos particularmente atractivos. [32] Inui et al. [33] encontraron que la administración de dinorfina a perros aumentó tanto su ingesta de comida como de agua. La dinorfina juega un papel en el comportamiento alimentario de los animales que hibernan. Nizeilski et al. [34] examinaron los niveles de dinorfina en la ardilla terrestre, que atraviesa períodos de alimentación excesiva y períodos de inanición antes del invierno. Encontraron que los niveles de dinorfina aumentaron durante los períodos de inanición. Berman et al. [35] estudiaron los niveles de dinorfina durante los períodos de restricción alimentaria. El grupo descubrió que, si bien la comida no altera la expresión de dinorfina B, sí aumenta los niveles de dinorfina A en varias regiones del cerebro de ratas ( hipotálamo , núcleo accumbens y núcleo del lecho de la estría terminal).
Investigaciones recientes sobre ratones knock-out de dinorfina no encontraron diferencias entre los animales knock-out y los de control en la ingesta de alimentos, pero encontraron que el almacenamiento de grasa se redujo en los ratones knock-out machos. [36] Los ácidos grasos se oxidaron más rápidamente en los animales knock-out. [36]
Los estudios también han demostrado que la ingestión de una dieta rica en grasas aumenta la expresión genética de la dinorfina en el hipotálamo. [37] Por lo tanto, la dinorfina puede causar un exceso de comida cuando se dispone de una dieta rica en grasas. [37] [38] Morley y Levine fueron los primeros en describir el papel de los péptidos opioides en la alimentación relacionada con el estrés. En su estudio, se pellizcó la cola de los ratones (provoca estrés), lo que indujo a comer. La alimentación relacionada con el estrés se redujo inyectando naloxona, un antagonista de los péptidos opioides. [38]
Mandenoff et al. [32] propusieron que, aunque los opioides endógenos no son necesarios para mantener el peso corporal y el gasto de energía en circunstancias predecibles, se activan en condiciones de estrés. Descubrieron que los opioides endógenos, como la dinorfina, estimulan el apetito y reducen el gasto de energía. En conjunto, los estudios anteriores sugieren un importante mecanismo evolutivo en el que se ingiere más comida, se almacenan más nutrientes y se gasta menos energía por parte de un organismo durante períodos de estrés.
Además de su papel en el control del peso, se ha descubierto que las dinorfinas regulan la temperatura corporal. Los péptidos opioides se investigaron por primera vez en la hipertermia , donde se descubrió que los agonistas de MOR estimulan esta respuesta cuando se inyectan en la región gris periacueductal (PAG) del cerebro. [3] Xin et al. [39] demostraron que la administración de dinorfina A 1-17 (un agonista de KOR) a través de microdiálisis en la región PAG indujo hipotermia en ratas. Los autores descubrieron que la gravedad de la hipotermia era proporcional a la dosis de dinorfina A 1-17 administrada. La hipotermia podría prevenirse administrando el antagonista de KOR norBNI a la rata. [39] Xin et al. [39] plantearon la hipótesis de que mientras que los agonistas de MOR median la hipertermia, los agonistas de KOR, como la dinorfina, median la hipotermia.
Sharma y Alm [40] descubrieron que someter ratas a calor (38˚C) provocó que las dinorfinas se regularan positivamente en la corteza cerebral, el hipocampo, el cerebelo y el tronco encefálico. Además, los autores descubrieron que la administración de inhibidores de la óxido nítrico sintasa (NOS) reducía los niveles de dinorfina A1-17 en el cerebro y atenuaba los síntomas relacionados con el estrés por calor. Sharma y Alm [40] concluyeron que la hipertermia aumenta los niveles de dinorfina, lo que puede causar daño y promover la reacción al estrés por calor. Además, plantearon la hipótesis de que el óxido nítrico era parte de este mecanismo. Ansonoff et al. [41] descubrieron que los efectos hipotérmicos están mediados por K1 (receptor κ-opioide 1), pero no por K2. Los autores aplicaron un agonista de KOR a ratones knock out de K1, lo que eliminó la respuesta hipotérmica. Por lo tanto, K2 no parece tener un papel en el mecanismo hipotérmico.
Los derivados de la dinorfina generalmente se consideran de poco uso clínico debido a su muy corta duración de acción. [42]