Dinorfina

Dinorfinas (Dyn) son una clase de péptidos opioides que surgen de la proteína precursora prodinorfina. Cuando la prodinorfina se escinde durante el procesamiento mediante la proproteína convertasa 2 (PC2), se liberan múltiples péptidos activos: dinorfina A, dinorfina B y α/β-neoendorfina. La despolarización de una neurona que contiene prodinorfina estimula el procesamiento de PC2, que ocurre dentro de las vesículas sinápticas en la terminal presináptica. En ocasiones, la prodinorfina no se procesa por completo, lo que provoca la liberación de la "gran dinorfina". "Big Dynorphin" es una molécula de 32 aminoácidos que consta de dinorfina A y dinorfina B.

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 hidrofóbicos. (41,2%, 30,8% y 34,4% de residuos hidrófobos, respectivamente). Aunque las dinorfinas se encuentran ampliamente distribuidas en el SNC, tienen las concentraciones más altas en el hipotálamo, la médula, la protuberancia, el mesencéfalo y la médula espinal. Las dinorfinas se almacenan en vesículas grandes (80-120 nm de diámetro) de núcleo denso que son considerablemente más grandes que las vesículas que almacenan neurotransmisores. Estas grandes vesículas de núcleo denso se diferencian de las pequeñas vesículas sinápticas en que se necesita un estímulo más intenso y prolongado para que las vesículas grandes liberen su contenido en la hendidura sináptica. El almacenamiento de vesículas de núcleo denso es característico del almacenamiento de péptidos opioides.

Las primeras pistas sobre la funcionalidad de las dinorfinas provinieron de Goldstein et al. 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 a la del péptido natural. Goldstein et al. Aplicamos el péptido sintético al músculo longitudinal del íleon de Guinea y descubrimos que era un péptido opioide extraordinariamente potente. El péptido se llamó dinorfina (del griego dynamis, que significa poder) para describir su potencia.

Las dinorfinas ejercen sus efectos principalmente a través del receptor opioide κ (KOR), un receptor acoplado a proteína G. Se han identificado dos subtipos de KOR: K1 y K2. Aunque KOR es el receptor principal de todas las dinorfinas, los péptidos tienen cierta afinidad por el receptor opioide μ (MOR), el receptor opioide δ (DOR) y el glutamato de tipo ácido N-metil-D-aspártico (NMDA). receptor. Diferentes dinorfinas muestran diferentes selectividades y potencias de receptor 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 KOR que para MOR y 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.

Producción

La dinorfina se produce en muchas partes diferentes del sistema nervioso, incluidos el hipotálamo, el cuerpo estriado, el hipocampo y la médula espinal. Aquí se pueden ver los patrones de expresión genética de los Allen Brain Atlases en ratones, macacos y humanos.

La dinorfina tiene muchas acciones fisiológicas diferentes, dependiendo de su sitio de producción.

• Por ejemplo, la disnorfina que se hace en las neuronas de vasopresina magnocelular del núcleo supraóptico es importante en el patrón de la actividad eléctrica. Dynorfina producida en neuronas de oxitocina magnocelular es un inhibidor negativo de la secreción de oxitocina.
• Dynorfina producida en el núcleo arcuato y en las neuronas orexinas del hipotálamo lateral afecta el control del apetito.

Analgesia

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 la rata producía una analgesia dosis dependiente que se midió mediante la latencia del movimiento de la cola. La analgesia fue parcialmente eliminada por el antagonista opioide naloxona.

Han y Xie descubrieron que la dinorfina es entre 6 y 10 veces más potente que la morfina por mol. Además, la tolerancia a la morfina no redujo la analgesia inducida por dinorfina. Ren et al. demostró algunas de las complejidades relacionadas con la analgesia inducida por dinorfina. Los autores descubrieron que la combinación de niveles subanalgésicos de morfina y dinorfina A_1-13, una versión de dinorfina A que contiene sólo los primeros 13 aminoácidos del péptido, en la médula espinal de rata tenía 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 la morfina.

Un estudio de Lai et al. descubrió que la dinorfina en realidad podría estimular el dolor. El grupo descubrió que actúa sobre el receptor de bradicinina y sobre KOR. La tirosina N-terminal de la dinorfina A es necesaria para activar receptores opioides como el KOR, pero no es necesaria para unirse a los receptores de bradicinina. Lai y col. 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 bradiquinina y, por tanto, estimula la respuesta al dolor.

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. El bloqueo de los receptores de bradicinina en la región lumbar de la médula espinal revirtió el dolor persistente. Un sistema de vías múltiples podría ayudar a explicar los efectos contradictorios de la dinorfina en el SNC.

Svensson y cols. proporcionó otro posible mecanismo por el cual la dinorfina podría causar dolor en la médula espinal. Los autores descubrieron que la administración de dinorfina A_2-17 truncada, que no se une a los receptores opioides, provoca un aumento de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) p38 fosforilada en la microglía del asta dorsal del médula espinal. La p38 activada se ha relacionado previamente con la liberación de prostaglandinas provocada por NMDA, que causa dolor. Por 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 de la estimulación de los receptores opioides kappa y dinorfina en el dolor neuropático. Este mismo grupo también demostró que el sistema dinorfina-KOR media la proliferación de astrocitos mediante la activación de p38 MAPK que era necesaria para los efectos del dolor neuropático en las respuestas analgésicas. En conjunto, estos informes sugieren que la dinorfina puede provocar múltiples efectos en las vías tanto de los opioides Kappa como de los no opioides para modular las respuestas analgésicas.

Adicción

La adicción a la cocaína es el resultado de cambios moleculares complejos en el cerebro después de múltiples exposiciones a la cocaína. Se ha demostrado que las dinorfinas son una parte importante de este proceso. Aunque una sola exposición a la cocaína no afecta 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.

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 3', 5'-monofosfato). Según el modelo propuesto por Carlezon et al., el consumo de cocaína aumenta la expresión de AMPc y de la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA). La PKA conduce a la activación de CREB, que aumenta la expresión de dinorfina en el núcleo accumbens y el cuerpo estriado dorsal, áreas del cerebro importantes en la adicción. La dinorfina disminuye la liberación de dopamina al unirse a los KOR en las terminales nerviosas de dopamina.

Cocaína

Carlezón et al. Realizó varios experimentos para validar este modelo. Descubrieron que, cuando a los ratones se les inyectaba cocaína, preferían estar en el lugar donde les inyectaban (mostraron una mayor preferencia de lugar) significativamente más que los ratones de control (a los que se les inyectaba solución salina). Sin embargo, en ratones que sobreexpresaban CREB bajo un promotor constitutivo, se observó aversión al lugar. 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 en el ARNm de dinorfina en el núcleo accumbens.

El bloqueo de los KOR con un antagonista (norBNI) bloqueó los efectos aversivos causados por la sobreexpresión de CREB. Por lo tanto, el consumo de cocaína parece conducir en última instancia a un aumento en la transcripción del ARNm de prodinorfina. La dinorfina inhibe la liberación de dopamina, lo que podría explicar las propiedades reforzantes de la cocaína.

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 "alto rendimiento" y una de "bajo rendimiento". La variación funcional de alto rendimiento del gen contiene polimorfismos en las regiones promotoras que se especula que hacen que produzca más copias de ARNm de dinorfina, lo que daría a las personas portadoras de esta variación un "sistema de defensa incorporado" contra la adicción a las drogas.

Estrés y depresión

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. Mientras que los ratones de control mostraron comportamientos aversivos en respuesta a pruebas de nado forzado y golpes en los pies, los ratones que carecían de dinorfina no mostraron tales signos de aversión. Observaron que la inyección de CRF provocaba comportamientos aversivos 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.

Estos resultados juntos llevaron a Land et al. concluir que los elementos disfóricos del estrés ocurren cuando CRF2 estimula la liberación de dinorfina y activa KOR. El grupo postuló además que esta vía podría estar implicada en el comportamiento de búsqueda de drogas. En apoyo de esto, se demostró previamente que el estrés puede restablecer el comportamiento de búsqueda de cocaína en ratones a través de un mecanismo CRF.

También se ha demostrado que la dinorfina influye en el comportamiento de búsqueda de drogas y es necesaria para el restablecimiento de la búsqueda de cocaína inducida por el estrés, pero no inducida por la estimulación primaria. Un elemento posterior de esta vía fue identificado posteriormente por Bruchas et al. Los autores descubrieron que KOR activa p38, un miembro de la familia de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK), mediante fosforilación. La activación de p38 es necesaria para producir comportamientos dependientes de KOR.

Debido a su papel en la mediación de la disforia, la dinorfina también se ha investigado en relación con la depresión. Newton y cols. Estudió los efectos de CREB y dinorfina sobre 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 provocó un aumento de los síntomas similares a los de la depresión. Como se describió anteriormente, CREB aumenta la transcripción de prodinorfina, lo que da lugar a diferentes subtipos de dinorfina. Newton y cols. apoyó este mecanismo, ya que el mCREB se colocalizó con una expresión disminuida de prodinorfina. Además, el antagonismo directo de la dinorfina provocó efectos antidepresivos similares a los observados con la expresión de mCREB. Por tanto, la vía CREB-dinorfina regula el estado de ánimo y las recompensas de la cocaína.

Shirayama et al. utilizaron varios modelos de depresión animal en ratas para describir los efectos de las dinorfinas A y B en la depresión. Los autores encontraron que la impotencia aprendida aumenta los niveles de dinorfinas A y B en el hipocampo y el núcleo accumbens y que la inyección del antagonista KOR norBNI induce la recuperación de la impotencia aprendida. El estrés por inmovilización provoca aumentos en los niveles de dinorfinas A y B en el hipocampo y el núcleo accumbens. El estrés por natación forzada aumenta los niveles de dinorfina A en el hipocampo. Shirayama et al. Concluyó que tanto las dinorfinas A como B eran importantes en la respuesta al estrés. Los autores propusieron varios mecanismos para explicar los efectos del antagonista KOR norBNI sobre la indefensión aprendida. En primer lugar, el aumento de los niveles de dinorfina bloquea la liberación de glutamato, un neurotransmisor implicado en la plasticidad del hipocampo, lo que inhibiría nuevos aprendizajes.

Bloquear los efectos de la dinorfina permitiría la liberación de glutamato y restauraría la plasticidad funcional en el hipocampo, revirtiendo el fenómeno de la impotencia aprendida. Además, bloquear la dinorfina mejoraría la señalización de la dopamina y así reduciría los síntomas depresivos asociados con el estrés. Los autores sugieren que los antagonistas de KOR podrían tener potencial en el tratamiento de la depresión en humanos.

Apetito y ritmos circadianos

Las dinorfinas son importantes para mantener la homeostasis mediante el control del apetito y los ritmos circadianos. Przewlocki et al. descubrieron que, durante el día, las dinorfinas se elevan naturalmente en el lóbulo neurointermedio de la pituitaria (NI pituitaria) y se deprimen en el hipotálamo. Este patrón se invierte por la noche. Además, los ratones privados de comida y agua, o de agua sola, tenían niveles elevados de dinorfina en el hipotálamo durante el día. La privación de agua por sí sola también disminuyó los niveles de dinorfina en la pituitaria NI. Estos hallazgos llevaron a Przewlocki et al. concluir que las dinorfinas son esenciales para mantener la homeostasis.

Se ha implicado que la dinorfina es un estimulante del apetito. Varios estudios en ratas han demostrado que el aumento de los niveles de dinorfina estimula la alimentación. Los antagonistas de opioides, como la naloxona, pueden revertir los efectos de los niveles elevados de dinorfina. Esta inhibición es especialmente fuerte en animales obesos o que tienen acceso a alimentos especialmente atractivos. Inui et al. descubrió que la administración de dinorfina a los perros aumentaba tanto su ingesta de alimentos como de agua. La dinorfina desempeña un papel en la conducta alimentaria de los animales en hibernación. Nizeilski et al. examinaron los niveles de dinorfina en la ardilla terrestre, que sufre períodos de alimentación excesiva y períodos de inanición antes del invierno. Descubrieron que los niveles de dinorfina aumentaban durante los períodos de hambruna. Berman et al. estudiaron los niveles de dinorfina durante períodos de restricción alimentaria. El grupo descubrió que, si bien la comida no alteraba la expresión de dinorfina B, 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 en ratones knockout para dinorfina no encontraron diferencias entre los animales knockout y los de control en la ingesta de alimentos, pero encontraron que el almacenamiento de grasa se redujo en los ratones knockout machos. Los ácidos grasos se oxidaron más rápidamente en los animales knockout.

Los estudios también han demostrado que la ingestión de una dieta rica en grasas aumenta la expresión genética de la dinorfina en el hipotálamo. Por lo tanto, la dinorfina puede provocar que se coma en exceso cuando se dispone de una dieta rica en grasas. Morley &erio; Levine fue el primero en describir el papel de los péptidos opioides en la alimentación relacionada con el estrés. En su estudio, a los ratones les pellizcaron la cola (provoca estrés), lo que los indujo a comer. La alimentación relacionada con el estrés se redujo mediante la inyección de naloxona, un antagonista del péptido opioide.

Mandenoff y cols. propusieron que, aunque los opioides endógenos no son necesarios para mantener el peso corporal y el gasto energético en circunstancias predecibles, se activan en condiciones estresantes. Descubrieron que los opioides endógenos, como la dinorfina, estimulan el apetito y disminuyen el gasto energético. En conjunto, los estudios anteriores sugieren un importante mecanismo evolutivo en el que un organismo consume más alimentos, se almacenan más nutrientes y gasta menos energía durante momentos de estrés.

Regulación de temperatura

Además de su función 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. Xin et al. demostraron que la administración de dinorfina A_1-17 (un agonista de KOR) mediante microdiálisis en la región PAG inducía hipotermia en ratas. Los autores encontraron 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. Xin et al. 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 descubrieron que someter a ratas a calor (38˚C) provocaba una regulación positiva de las dinorfinas en la corteza cerebral, el hipocampo, el cerebelo y el tronco del encéfalo. Además, los autores encontraron 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 concluyeron que la hipertermia aumenta los niveles de dinorfina, lo que puede causar daños y promover una reacción al estrés por calor. Además, plantearon la hipótesis de que el óxido nítrico era parte de este mecanismo. Ansonoff y cols. 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 knockout para K1, lo que eliminó la respuesta hipotérmica. Por tanto, K2 no parece tener ningún papel en el mecanismo hipotérmico.

Importancia clínica

En general, se considera que los derivados de dinorfina son de poco uso clínico debido a su muy corta duración de acción.