Dinorfina

As dinorfinas (Dyn) son unha clase de péptidos opiáceos que se orixinan a partir da proteína precursora prodinorfina. Cando a prodinorfina é cortada durante o seu procesamento pola proproteína convertase 2 (PC2), libéranse diversos péptidos activos: dinorfina A, dinorfina B e α/β-neoendorfina. A despolarización dunha neurona que contén prodinorfina estimula o procesamento pola PC2, o cal ocorre dentro de vesículas sinápticas na terminal presináptica. Ocasionalmente, a prodinorfina non se procesa completamente, o que leva á liberación da chamada “dinorfina grande”.  A “dinorfina grande” é unha molécula de 32 aminoácidos que contén dinorfina A e dinorfina B.

As dinorfinas A e B e a dinorfina grande conteñen todas unha alta proporción de residuos de aminoácidos básicos, especialmente lisina e arxinina (29,4 %, 23,1 % e 31,2 % de residuos básicos, respectivamente), así como moitos residuos hidrófobos (41,2 %, 30,8 % e 34,4 % de residuos hidrófobos, respectivamente). Aínda que as dinorfinas se atopan amplamente distribuídas no sistema nervioso central, teñen as maiores concentracións no hipotálamo, bulbo raquídeo, ponte de Varolio, mesencéfalo e medula espiñal. As dinorfinas almacénanse en grandes cantidades en vesículas de centro denso (de 80-120 nm de diámetro) que son considerablemente máis grandes que as vesículas que almacenan neurotransmisores. Estas grandes  vesículas de centro denso diferéncianse das pequenas vesículas sinápticas en que cómpre un estímulo máis intenso e prolongado para causar que estas grandes vesículas liberen o seu contido na fenda sináptica.  O almacenamento de vesículas de centro denso é característico do almacenamento dos péptidos opiáceos.

As primeiras pistas sobre a funcionalidade das dinorfinas procede dos traballos de Goldstein et al. sobre péptidos opiáceos. Este grupo de investigadores descubriron un péptido opiáceo endóxeno na glándula pituitaria porcina que era difícil de illar. Ao secuenciaren os 13 primeiros aminoácidos do péptido, crearon unha versión sintética do péptido cunha potencia similar á do péptido natural. Goldstein et al. aplicaron o péptido sintético ao músculo lonxitudinal do íleo do coello de Indias e atoparon que era un péptido opiáceo extraordinariamente potente. O péptido denominouse dinorfina (do grego dynamis, que signific 'poder') para salientar a súa potencia.

As dinorfinas exercen os seus efectos principalmente a través do receptor opiáceo κ (KOR), un receptor acoplado á proteína G. Identificáronse dous subtipos de KORs: K1 e K2. Aínda que o KOR é o receptor primario de todas as dinorfinas, os péptidos teñen afinidade tamén polo receptor opiáceo μ (MOR), o receptor opiáceo δ (DOR) e o receptor de glutamato tipo ácido N-metil-D-aspártico (NMDA). Diferentes dinorfinas mostran diferentes selectividades de receptor e potencias nos receptores. A dinorfina grande e a dinorfina A teñen a mesma selectividade polo KOR humano, pero a dinorfina A é máis selectiva para o KOR que para o MOR e o DOR que a dinorfina grande. A dinorfina grande é máis potente nos KORs que a dinorfina A. Tanto a dinorfina grande coma a dinorfina A son máis potentes e selectivas que a dinorfina B.

 Produción 

As dinorfinas prodúcense en moitas partes do sistema nervioso, incluíndo o hipotálamo, o corpo estriado, o hipocampo e a medula espiñal. Os padróns de expresión xénica dos Atlas do Cerebro de Allen en ratos, macacos e humanos poden verse aquí.

A dinorfina ten moitas accións fisiolóxicas diferentes, dependendo do seu sitio de produción.
 Por exemplo, a dinorrfina que se produce nas neuronas magnocelulares de vasopresina do núcleo supraóptico é importante para os padróns de actividade eléctrica cerebral. A dinorfina producida nas neuronas magnocelulares de oxitocina é un inhibidor con retroalimentación negativa da secreción de oxitocina.
 A dinorfina producida no núcleo arqueado e nas neuronas de orexina do hipotálamo lateral afecta o control do apetito.

 Analxesia 
A dinorfina é un modulador da resposta á dor. Han e Xie atoparon que inxectar dinomorfina no espazo subaracnoide da medula espiñal da rata producía unha analxesia dependente de dose que se mediu pola latencia do movemento do rabo. A analxesia era eliminada parcialmente polo antagonista opiáceo naloxona.

Han e Xie atoparon que a dinorfina era de 6-10 veces máis potente que a morfina por mol. Ademais, a tolerancia á morfina non reducía a analxesia inducida pola dinorfina. Ren et al. demostraron algunhas das complexidades relacionadas coa analxesia inducida pola dinorfina. Os autores encontraron que combinando niveis subanalxésicos de morfina e dinorfina A1-13, unha versión da dinorfina A que contiña só os primeiros 13 aminoácidos do péptido, na medula espiñal da rata tiña efectos aditivos. Porén, cando a dinorfina A1-13 se inxectaba na rexión intracerebroventricular do cerebro, tiña un efecto antagonista sobre a analxesia inducida por morfina.

Nun estudo de Lai et al. observouse que a dinorfina podería mesmo estimular a dor. Actuaba sobre o receptor de bradicinina e sobre o KOR. A tirosina N-terminal da dinorfina A é necesaria para activar os receptores opiáceos como KOR, pero non era necesaria para a unión a receptores de bradicinina. Lai et al. estudaron os efectos da dinorfina A2-13, que non contén a tirosina N-terminal. Baseándose nos resultados da dinorfina A2-13, propuxeron un mecanismo no cal a dinorfina A activa os receptores de bradicinina e así estimula a resposta da dor.

De acordo con este mecanismo, a dinorfina activa os receptores de bradicinina, o cal desencadea a liberación de ións calcio na célula a través de canles sensibles á voltaxe da membrana celular. Bloquear os receptores de bradicinina na rexión lumbar da medula espiñal revertía persistentemente a dor. Un sistema de múltiples vías podería explicar os efectos en conflito da dinorfina no sistema nervioso central.

Svensson et al. proporcionaron outro posible mecanismo polo cal a dinorfina podería causar dor na medula espiñal. Os autores atoparon que a administración de dinorfina A2-17 truncada, que non se une a receptores opiáceos, causa un incremento de proteína quinase activada por mitóxeno p38 fosforilada (MAPK) na microglía no corno dorsal da medula espiñal. A p38 activada vinculouse previamente coa liberación de prostaglandinas provocada por NMDA, o cal causa dor. Así, a dinorfina podería tamén inducir dor na medula espiñal a través da vía p38 non opiácea.

Outros estudos identificaron un papel para a dinorfina e a estimulación do receptor opiáceo kappa na dor neuropática. Demostrouse tamén que o sistema dinorfina-KOR é mediador da proliferación de astrocitos por medio da activación da MAPK p38 que era necesaria para os efectos de dor neuropática en resposts analxésicas. En conxunto, estes informes suxiren que a dinorfina pode orixinar múltiples efectos no receptor opiáceo kappa e por vías non opiáceas para modular as respostas analxésicas.

 Adicción 
A adicción á cocaína orixínase por cambios moleculares complexos que se producen no cerebro despois de múltiples exposicións á cocaína. As dinorfinas teñen un importante papel neste proceso. Aínda que unha soa exposición á cocaína non afecta os niveis de dinorfina cerebrais, as exposicións repetidas a esta droga incrementan as concentracións de dinorfina no corpo estriado e na substancia negra en ratas.

Un mecanismo molecular proposto para o incremento dos niveis de dinorfina implica a regulación transcricional por CREB (proteína que se une ao elemento de resposta a 3’, 5’-monofosfatos). Segundo o modelo proposto por Carlezon et al., o uso de cocaína aumenta a expresión de proteína quinase dependente de AMPc (PKA) e AMPc. A PKA causa a activación de CREB, o que incrementa a expresión de dinorfina no núcleo accumbens e no corpo estriado dorsal, áreas do cerebro importantes na adicción. A dinorfina fai diminuír a liberación de dopamina ao unirse a KORs nas terminacións nerviosas de dopamina.

 Cocaína 
Carlezon et al. realizaron varios experimentos para validar este modelo. Atoparon que, cando se inxectaba cocaína a ratos, preferían estar no lugar onde se lles inxectaba (mostrando unha forte preferencia de lugar) significativamente máis que os ratos control (inxectados con solución salina). Porén, en ratos que sobreexpresaban CREB baixo un promotor constitutivo, observouse aversión ao lugar. Isto indica que o aumento de CREB reverte os efectos positivos da cocaína. Unha análise de Northern blot feita varios días despois da sobreexpresión de CREB mostrou un marcado incremento do ARNm da dinorfina no núcleo accumbens.

O bloqueo dos KORs cun antagonista (norBNI) bloqueaba os efectos aversivos causados pola sobreexpresión de CREB. Así, o uso da cocaína parece levar finalmente a un incremento da transcrición do ARNm da prodinorfina. A dinorfina inhibe a liberación de dopamina, o cal podería explicar as propiedades reforzantes da cocaína.

Hai tamén evidencias que suxiren que o incremento da cantidade de dinorfina pode protexer as persoas da adicción á cocaína. De acordo cunha investigación feita na Universidade Rockefeller, o xene da dinorfina está presente en dúas versións: unha variación funcional de “alto rendemento” e outra de “baixo rendemento”. A variación funcional de alto rendemento do xene contén polimorfismos en rexións promotoras que se especula que causan que se produzan máis copias do ARNm da dinorfina, o que daría á xente que porta esta variación un “sistema de defensa integrado” contra a adicción a drogas.

 Estrés e depresión 

Land et al. describiron un mecanismo de disforia no cal o factor liberador de corticotropina (CRF) provoca a liberación de dinorfina. Mentres que os ratos control mostraban comportamentos aversivos en esposta a tests de natación forzada e descargas eléctricas nos pés, os ratos que carecían de dinorfina non mostraban ningún signo de aversión. Observaron que inxectar CRF orixinaba comportamentos aversivos nos ratos con xenes funcionais para a dinorfina incluso na ausencia de estrés, pero non naqueles que tiñan delecións no xene da dinorfina. A aversión ao lugar elimínase cando o receptor CRF2 era bloqueado cun antagonista.

En conxunto estes resultados fixeron que Land et al. chegasen á conclusión de que os elementos disfóricos do estrés ocorrían cando o CRF2 estimula a liberación de dinorfina e activa o KOR. Postularon tamén que esta vía podería estar implicada nun comportamento de busca de droga. En apoio disto, mostrouse previamente que o estrés pode restablecer o comportamento de busca de cocaína en ratos polo mecanismo do CRF.

A dinorfina tamén influencia a busca de droga e é necesaria para o restablecemento inducido polo estrés, pero non inducido por unha dose, da busca de cocaína. Posteriormente, Bruchas et al. identificaron un elemento augas abaixo desta vía e atoparon que a KOR activa p38, un membro da familia da proteína quinase activada por mitóxeno (MAPK), por fosforilación. A activación de p38 é necesaria para producir comportamentos dependentes de KOR.

Debido ao seu papel na mediación da disforia, a dinorfina tamén foi investigada en relación coa depresión. Newton et al. estudaron os efectos de CREB e a dinorfina sobre o desamparo aprendido (un modelo animal da depresión) en ratos. A sobreexpresión de CREB negativo dominante (mCREB) en ratos transxénicos tiña un efecto antidepresor (en canto ao comportamento), mentres que a CREB de tipo silvestre sobreexpresada causou un incremento de síntomas similares á depresión. Como se describiu previamente, CREB incrementa a transcrición da prodinorfina, o cal dá lugar a diferentes subtipos de dinorfinas. Newton et al. apoiaron este mecanismo, xa que mCREB foi colocalizada coa expresión diminuída de prodinorfina. Ademais, o antagonismo directo da dinorfina causou efectos simlares a antidepresivos semellantes aos observados coa expresión de mCREB. Así, a vía CREB-dinorfina regula o estado de ánimo así como as recompensas da cocaína.

Shirayama et al. usaron varios modelos de depresión animal en ratas para describir os efectos das dinorfinas A e B na depresión. Os autores atoparon que o desamparo aprendido incrementa os niveis de dinorfinas A e B no hipocampo e núcleo accumbens e que inxectar o antagonista de KOR norBNI induce a recuperación do desamparo aprendido. O estrés de inmobilización causa o incremento nos niveis de dinorfinas A e B no hipocampo e núcleo  accumbens. O estrés de natación forzada incrementa os niveis de dinorfina A no hipocampo. Shirayama et al. concluíron que ambas as dinorfinas A e B eran importanes na resposta ao estrés. Os autores propuxeron varios mecanismos para explicar os efectos do antagonista de KOR norBNI sobre o desamparo aprendido. Primeiro, os niveis incrementados de dinorfina bloquean a liberación de glutamato, un neurotransmisor implicado na plasticidade no hipocampo, que inhibe novas aprendizaxes.

O bloqueo dos efectos da dinorfina permitiría a liberación do glutamato e restaurar a plasticidade funcional no hipocampo, revertendo o fenómeno do desamparo aprendido. Ademais, o bloqueo da dinorfina potenciaría a sinalización da dopamina e así reduce os síntomas depresivos asociados co estrés. Os autores suxiren que os antagonistas de KOR poderían ser un posible tratamento para a depresión humana.

 Apetito e ritmos circadianos 
As dinorfinas son importantes para manter a homeostase por medio do control do apetito e dos ritmos circadianos. Przewlocki et al. atoparon que durante o día as dinorfinas aumentan de forma natural no lobo neurointermedio da glándula pituitaria (pituitaria NI) e están deprimidas no hipotálamo. Este padrón é o inverso pola noite. Ademais, os ratos privados de comida e auga, ou só de auga, tiñan niveis incrementados de dinorfina no hipotálamo durante o día. A deprivación só de auga tamén facía diminuír os niveis de dinorfina na pituitaria NI. Estes descubrimentos levaron a Przewlocki et al. a concluír que as dinorfinas son esenciais para o mantmento da homeostase.

A dinorfina considérase un estimulante do apetito. Varios estudos en ratas mostraron que o incremento dos niveis de dinorfina estimulan as ganas de comer. Os antagonistas opiáceos, como a naloxona, poden reverter os efectos da dinorfina elevada. Esta inhibición é especialmente forte en animais obesos ou aimais que teñen acceso a un alimento especialmente apetecible. Inui et al. atoparon que administrar dinorfina a cans incrementaba a inxestión tanto de comida coma de auga. A dinorfina xoga un papel no comportamento de alimentación de animais hibernantes. Nizeilski et al. examinaron os niveis de dinorfina no esquío de terra, que sofre períodos de alimentación excesiva e períodos de fame antes do inverno. Atoparon un incremento dos niveis de dinorfina  durante os períodos de fame. Berman et al. estudaron os niveis de dinorfina durante períodos de restrición de comida. Atoparon que mentres que a comida non alteraba a expresión da dinorfina B, incrementaba os niveis de dinorfina A en varias rexións do cerebro da rata (hipotálamo, núcleo accumbens e parte da estría terminal).

Investigacións recentes sobre ratos knockout para a dinorfina non atoparon diferenzas entre os knockouts e os animais de control na inxesta de comida, pero atoparon que se reducía o almacenamento de graxa en ratos knockout machos. Os ácidos graxos eran oxidados máis rapidamente nos animais knockout.

Outros estudos tamén mostraron que a inxestión de dietas altas en graxa incrementa a expresión xénica da dinorfina no hipotálamo. Así, a dinorfina pode causar unha sobreinxestión cando dispoñen dunha dieta alta en graxas. Morley & Levine foron os primeiros en describir o papel dos péptidos opiáceos na alimentación relacionada co estrés. No seu estudo os ratos tiñan o seu rabo apertado (o que causa estrés), o cal os  inducía a comer. A alimentación relacionada co estrés reducíase ao lles inxectar naloxona, un antagonista de péptidos opiáceos.

Mandenoff et al. propuxeron que, aínda que os opiáceos endóxenos non son necesarios para manter o peso corporal e o gasto de enerxía en circunstancias predicibles, quedan activados en condicións estresantes. Atoparon que os opiáceos endóxenos como a dinorfina, estimulan o apetito e fan diminuír o gasto de enerxía. En conxunto, os estudos antes mencionados suxiren un mecanismo evolutivo importante no cal se come máis alimento, almacénanse máis nutrientes e o organismo gasta menos enerxía durante os períodos de estrés.

 Regulación da temperatura 
Ademais do seu papel no control de peso, as dinorfinas regulan a temperatura corporal. Os péptidos opiáceos investigáronse primeiro en hipertermia, e atopouse que os agonistas do receptor opiáceo mu estimulaban esta resposta cando se inxectaban na rexión da substancia gris periacuedutal do cerebro. Xin et al. mostraron que a entrega de dinorfina A1-17 (un agonista do receptor KOR) por medio de microdiálise na rexión da substancia gris periacuedutal inducía a hipotermia en ratas. Atoparon tamén que a gravidade da hipotermia era proporcional á dose de dinorfina A1-17 administrada. A hipotermia podería previrse administrando o antagonista de KOR norBNI a ratas. Xin et al. hipotetizaron que mentres que os agonistas de MOR son mediadores da hipertermia, os agonistas de KOR, como a dinorfina, son mediadores da hipotermia.

Sharma e Alm descubriron que someter ratas á calor (38˚C) causaba que as dinorfinas fosen reguladas á alza no córtex cerebral, hipocampo, cerebelo e tronco cerebral. Ademais, a administración de inhibidores da óxido nítrico sintase (NOS) reducía os niveis de dinorfina A1-17 no cerebro e atenuaba os síntomas relacionados co estrés á calor. Sharma e Alm concluíron que a hipertermia incrementa os niveis de dinorfina, o cal pode causar danos e promover unha reacción ao estrés por calor. Ademais hipotetizaron que o óxido nítrico formaba parte deste mecanismo. Segundo Ansonoff et al. os efectos hipotérmicos producíanse a través do K1 (receptor opiáceo κ 1), pero non do K2. Os autores aplicaron un agonista de KOR a ratos knockout para K1, que eliminaba a resposta hipotérmica. Polo tanto, o K2 non parece exercer unha función no mecanismo hipotérmico.

 Importancia clínica 
Considérase xeralmente que os derivados da dinorfina teñen poucos usos clínicos posibles debido á duración moi curta da súa acción.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 


Categoría:Neurotransmisores
Categoría:Péptidos opiáceos