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Neuroquímica de la transmisión nerviosa

NEUROQUÍMICA DE LA TRANSMISIÓN NERVIOSA

TEMA 1: GENERALIDADES

1. Generalidades y conceptos

1.1 Características de las células nerviosas

Las células nerviosas son capaces de recibir, almacenar y transmitir señales, funciones no exclusivas de estas células; y característicamente son las únicas capaces de integrar las señales. En su estructura se diferencian tres zonas diferenciables:

• El soma, parte donde reside la maquinaria biosintética de neurotransores de gran tamaño, las enzimas implicadas en la síntesis y de gradación de neurotransmisores, etc. En consecuencia posee orgánulos tales como el núcleo, ribosomas, retículo endoplásmico, aparato de Golgi y numerosas mitocondrias.

• Las dendritas son prolongaciones de soma donde normalmente se reciben las señales nerviosas, sin embargo no tienen la exclusividad de esta función, pudiendo recibir también el soma y el axón.

• El axón presenta una serie de características moleculares y estructuras subcelulares que permiten la transmisión del potencial de acción. En las sinapsis químicas al final de axón destaca un ensanchamiento denominado terminal axónico, donde residen vesículas que permiten la sinápsis (transmisión de información de una célula a otra).

1.2 Otras células del tejido nervioso

En el tejido nervioso además de células nerviosas tenemos células gliales, agrupadas en cuatro tipos tanto por sus características como por sus funciones:

1. Los astrocitos dan soporte físico y metabólico a las células nerviosas, pudiendo intervenir en la síntesis y degradación de los propios neurotransmisores. Para ello presentan moléculas tales como transportadores, que permiten el transporte de los neurotransmisores al citosol, y enzimas, para metabolizarlas. A su vez el metabolismo puede generar precursores que pasen a las neuronas.

2. Los ependimocitos tapizan todas las cavidades del sistema nervioso central e intervienen en la formación más o menos activa en el intercambio de sustancias entre el líquido cefaloraquídeo y el líquido intersticial.

3. Los oligodendrocitos forman la vaina de mielina, que provoca que se den potenciales de acción saltatorios, de gran velocidad.

4. Por último, la microglía constituye el sistema inmune del sistema nervioso central, estando implicado tanto en la defensa como en la reparación de este tejido.

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1.3 Transmisión de información

Una neurona recibe el impulso y lo transmite, de forma que esta arquitectura define a una célula presináptica y postsináptica. Esta transmisión puede seguir dos estrategias:

• Sinapsis física o eléctrica, caracterizada por uniones estrechas (membranas muy unidas), donde el agente de transmisión es una corriente de iones entre las membranas. Esta transmisión es rápida, no mantenida, bidireccional y siempre estimuladora.

• Sinapsis química, donde aparece un espacio o brecha sináptica que aisla eléctricamente una célula respecto de la otra. Esta sinapsis requiere neurotransmisores para la transmisión de la señal, que tras ser liberados se unirán a receptores específicos provocando un cambio iónico por apertura o cierre de un canal. Este sinapsis es más lenta, mantenida, permite la amplificación de la señal, es unidireccional y puede ser facilitadora e inhibidora, en función de los receptores a los que se une el neurotransmisor en cuestión.

Sinapsis eléctricas Sinapsis químicas

Distancia entre célula post y presináptica pequeña Distancia entre célula post y presináptica grande

Hay continuidad entre las membramas plasmáticas Las membranas plasmáticas están separadas por la brecha sináptica

Los componentes morfológicos son las uniones estrechas Los componentes morfológicos son zonas activas (engrosamientos de la membrana presináptica) y receptores postsinápticos

Los agentes de transmisión son los iones Los agentes de transmisión son los neurotransimisores

Transmisión rápida y sin dilación (refractariedad) Periodo refractario de 1-5 ms

Puede ser bidireccional La transmisión es unidireccional

Los estímulos son siempre facilitadores Los estímulos pueden ser facilitadores o inhibitorios

2. Presinapsis en sinapsis químicas 1. Toda neurona presináptica tiene la maquinaria biosintética para el neurotransmisor que

libera, diferenciándose a este respecto dos tipos de neurotransmisores:

a) Neurotransmisores de molécula pequeña o propiamente dichos, que se sintetiza en el terminal. Esto implica la presencia de enzimas y precursores en el terminal.

b) Los neurotransmisores de molécula grande se sintetizan en el soma.

2. Tras la síntesis, los neurotransmisores se almacenan en vesículas. Para ello se requiere una serie de proteínas que internen los diferentes neurontransmisores en las mismas vesículas desde el citosol. Se pueden diferenciar dos tipos de vesículas:

a) Vesículas de neurotransmisores de molécula pequeña, pequeños y poco densos.

b) Vesículas de neurotransmisores de gran tamaño, que son internados en el soma y transportados hata el terminal. Estas vesículas son grandes y densas.

3. Al llegar un potencial de acción a una presinapsis ha de darse un cambio en las características de la membrana neuronal que generen una despolarización, que a su vez produce la apertura de canales de Ca2+, aumentando de esta forma los niveles de Ca2+

intracelulares (que pasan de 0,1 μM a 10-50 μM).

De esta forma, en el terminal nervioso hay zonas activas donde las vesículas están dispuestas a la liberación del neurotransmisor, una vez llega el potencial de acción, de forma que están

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ancladas al citoesqueleto (actina). Para la liberación de estos neurotransmisores ha de darse una serie de eventos: (1) se liberan las vesículas del citoesqueleto, (2) se mueven hacia la membrana neuronal presináptica, (3) se funde la membrana vesicular con la membrana plasmática, produciendo de esta forma la exocitosis del neurotransmisor mediante la formación de un poro de fusión (cada vesícula crea un quantum de transmisión), y (4) por último un proceso endocítico recupera la vesícula de la membrana neuronal, que puede lisarse o reciclarse.

2.1 Aspectos moleculares de la presinapsis: Liberación de neurotransmisores

En las zonas activas del terminal hay muchos canales de Ca2+ dependientes de voltaje que localizan la presencia del catión. A su vez, el Ca2+ que entra en la célula con la llegada del potencial de acción activa a unas kinasas dependientes de Ca2+/ Calmodulina que fosforilan a las sinapsinas (proteínas encargadas del anclaje de las vesículas al citoesqueleto), con lo que se liberan las vesículas. Tras esto viene el transporte de las vesículas hacia el final del terminal, con la participación de la Rab3A y la Rab3G, GTPasas que hidroliza GTP para obtener la energía necesaria para el transporte de la vesícula a gran velocidad.

A continuación, en el anclaje entre la membrana vesícular y la zona activa intervienen las proteínas SNARE:

• Las v-SNARE son proteínas presentes en la membrana vesicular como sinaptobrevina, sinaptofisina y sinaptotagmina (esta interviene tanto en la exocitosis como en la endocitosis).

• Las t-SNARE están presentes en la membrana del terminal, como la sintaxina y la SNAP25.

De esta forma con la interacción de la sinaptobrevina como v-SNARE y la sinaxina y SNAP25 como t-SNARE se acercan la membrana vesicular con la terminal, y finalmente entre en juego la sinaptotagmina, que en presencia de Ca2+ forma el poro de fusión.

La liberación de neurotransmisores en cuántica, cada vesícula produce un potencial cúantico y el potencial de acción final es la suma de todos los potenciales cuánticos

2.2 Aspectos moleculares de la presinapsis: Endocitosis

El entrelazado entre las SNARE es muy estable, y para la endocitosis en primer lugar habraá que desentralazarlas. Para ello se requiere la función de una proteína soluble, la SNAP, de forma que las SNARE en general sirven de receptores para la SNAP, que a su vez sirve de receptor para la NSF, una ATPasa que emplea la hidrólisis de ATP para romper la interacción entre las SNARE, posibilitando la endocitosis.

En este punto la sinaptotagmina facilita la incorporación de la AP2 a la vesícula aún abierta, una proteína adaptadora de clatrina. De esta forma funciona como receptor de clatrina, que a su vez recubre la vesícula formando una fosa cubierta unida a la membrana. Ahora entra en juego la dinamina que forma un anillo de constricción alrededor del cuello de la vesícula, favoreciendo así la liberación de la vesícula de la membrana plasmática, lo que permite obtener vesículas libres cubiertas, que posteriormente perderan la cáscara de clatrina, y podrán reciclarse o degradarse.

2.3 Aspectos moleculares de la presinapsis: Final de la señalización

El neurotransmisor liberado se une a receptores postsinápticos que traducen la información

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de la neurona presináptica a la postsináptica, produciendo una respuesta en los canales postsinapticas de la célula diana. Los neurotransmisores tienen una función breve y concisa, y por tanto tras actuar deben desaparecer, lo que implica la existencia de estrategias de limpieza de la brecha, que a su vez dependen del tamaño de los neuortransmisores:

1. En los neurotransmisores pequeños destacan tres procesos:

a) La recaptura por la propia neurona que lo libera, lo que implica la existencia de proteínas transportadoras específicas que se activan con la unión del neurotransmisor que es introducido en el terminal. Tras esto pueden darse dos vías:

i. La unión a proteínas transportadores de la vesícula, y por tanto el reciclaje de la molécula.

ii. El metabolismo intracelular, que requiere enzimas que metabolicen específicamente el neurotransmisor.

b) El metabolismo a nivel de la hendidura sináptica por proteínas que faciliten la degradación extraclular.

c) Por último el metabolismo intraglial, para el cual los astrocitos tienen transportadores específicos así como el aparato enzimático correspondiente.

2. Para los neurotransmisores grandes no hay recaptura, la degradación siempre es a nivel extracelular por enzimas proteolíticas.

3. Neurotransmisores y neuromoduladores El principio de Dale afirma que una neurona sólo produce un determinado neurotransmisor,

sin embargo en las neuronas se encuentran dos tipos de vesículas:

• Pequeñas y claras, con neurotransmisores de molécula pequeña.

• Grandes y densas, con neuropéptidos.

De esta forma con una estimulación de baja frecuencia (aumento de los niveles de Ca2+

moderado y muy localizado) sólo se liberan las vesículas pequeñas ,mientras que con estimulaciones de alta frecuencia (que conllevan mayores niveles de Ca2+) se liberan ambos tipos de vesículas. Esta diferencia en la liberación es acorde con la función de cada tipo de transmisor, el papel esencial de señalización lo llevan a cabo los neurotransmisores, y los neuromoluladores realizan una modulación de la acción de los neurotransmisores (potenciando o inhibiendo su acción).

3.1 Características de los neurotransmisores

Destacan cinco:

1. Tienen origen neuronal, y por tanto las neuronas han de tener las enzimas que intervienen en la síntesis a partir de precursores. Estas enzimas a su vez sirven de marcadores específicos de los diferentes tipos neurales, por ejemplo la Tyr hidroxilasa es marcador de neuronas que liberan catecolaminas.

2. Son amacenados en el terminal de la propia neurona que los produce, desde donde son liberados ante un aumento de Ca2+.

3. Los neurotransmisores se unen a receptores específicos presentes en la membrana

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postsináptica.

4. Tras su función se inactivan metabólicamente o son retirados.

5. Los efectos de los neurotransmisores son reproducibles experimentalmente.

3.2 Esquema de neurotrasmisores y neuromoduladores

• Los neurotrasmisores se dividen en:

◦ Aminas biógenas, que controlan todas las funciones animales:

▪ Acetilcolina (ACh).

▪ Histamina.

▪ Monoaminas, las más relevantes en los patrones emocionales:

✔ Serotonina (5-HT), la más relacionada con las emociones.

✔ Catecolaminas, de mayor a menor importancia en el sistema nervioso central, y de menor a mayor importancia en el periférico:

✗ Dopamina (DA), la catecolamina más importante del sistema nervioso central, y la menos en el sistema nervioso periférico.

✗ Noradrenalina (NA).

✗ Adrenalina (A).

◦ Aminoácidos:

▪ GABA.

▪ Glutamato.

▪ Glicina.

▪ Taurina.

▪ Aspartato.

• Destacan por otro lado las siguientes sustancias neuroactivas:

◦ Neuropéptidos.

◦ NO y CO, gases que no se unen a receptores de membrana.

4. Postsinapsis en sinapsis químicas Una vez liberado el neurotransmisor se une a receptores específicos y realiza una acción

breve y precisa, pudiendo ser la respuesta a nivel de estos receptores de dos tipos:

• Facilitadora (activadora).

• Inhibitoria.

Las diferentes arquitecturas de sinapsis presentan característicamente estos tipos de respuesta:

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1. Las sinapsis axodendríticas suelen ser activadoras o facilitadoras.

2. Las sinapsis axoaxónicas son moduladoras, es decir modulan la acción de la neurona postsináptica.

3. Las sinapsis axosomáticas son generalmente inhibitorias.

Además en el sistema nervioso periférico en general las sinapsis constan de una neurona presináptica y de una neurona postsnáptica, mientras que en el sistema nervioso central una neurona presináptica puede contactar con miles de neuronas presinápticas, generando tanto respuestas inhibitorias como excitatorias.

En cualquier caso, como consecuencia de la acción de los neurotransmisores sobre los receptores aparece un mensaje eléctrico que conlleva cambios en el potencial de membrana debido a la apertura de ciertos canales eléctricos. De esta forma, es la acción específica sobre diferentes tipos de receptores la que define los tipos de respuesta:

• La apertura de canales de Ca2+ o Na+ determina respuestas facilitadoras.

• La apertura de canales de Cl- y K+ determina respuestas inhibitorias.

4.1 Receptores

Existen dos tipos de receptores:

1. Receptores ionotrópicos, en los cuales el receptor está asociado físicamente a un canal iónico o forma parte de él.

2. Receptores metabotrópicos, receptores acoplados a segundos mensajeros que ponen en marcha una serie de procesos enzimáticos que a su vez producen esos segundos mensajeros.

En lo referente a las diferencias, fundamentalmente la acción de los receptores ionotrópicos es muy rápida, poco mantenida en el tiempo y de limitada amplificación; mientras que la acción de los metabotrópicos es más lenta, mantenida y de gran amplificación.

A) Receptores ionotrópicos

En general se dividen en tres tipos:

1. Receptores de estructura pentamérica, cada una de cuyas subunidades tiene una cadena con cuatro pasos transmembrana, y los grupos N-t y C-t extracelulares; precisamente la unión del agonista se da en la región N-t. Dentro de este grupo están los receptores de acetilcolina nicotínicos, los receptores de GABAA, los receptores de glicina, algunosreceptores de serotonina...

2. Receptores de estructura tetramérica, cada una de cuyas subunidades tiene tres pasos transmembrana (con un loop situado en segundo lugar que sólo atraviesa la hemimembrana

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Ilustración 1: Receptores ionotrópicos


interna). Tiene el N-t extracelular y el C-t intracelular, y los agonistas se unen o bien a la región N-t o al loop extracelular entre los pasos transmembrana tres y cuatro. Pertenecen a este grupo los receptores típicos de glutamato (NMDA, kainato...).

3. Receptores de estructura trimérica, con tan sólo dos hélices transmembrana con los grupos N-t y C-t intracelulares; en consecuencia la unión del agonista se da por necesidad en el loop extracelular. Son los receptores típicos de los sistemas purinérgicos, como los P2X (receptores de ATP).

Entre los monómeros de estas estructuras se forman canales, cuyos aminoácidos definen con su carga la selectividad iónica del canal.

B) Receptores metabotrópicos

Siempre son receptores monoméricos compuestos por una cadena polipeptídica con siete pasos transmembrana, el grupo N-t extracelular y el C-t intracelular; a nivel de la región N-t los aminoácidos están glicosilados, lo que favorece la estabilidad de la proteína en la membrana. Una serie de aminoácidos concretos forman los loop extracelulares donde se unen los agonistas, e intracelularmente destaca la región entre los pasos cinco y seis (tercer loop intracelular), y la región C-t, donde tiene lugar la interacción con la proteína G; además, estas regiones (tercer loop intracelular y C-t) son sensibles a fosforilación, pudiendo cambiar de este modo la actividad del receptor.

Las proteínas G siempre están asociadas al receptor, se trata de estructuras triméricas (αβγ) con sus tres constituyentes proteicos en interacción cuando el receptor está inactivo, pero que se disocian en la subunidad α (que además pasará de unir GDP a GTP) y el dímero βγ con su activación. Existen diferentes tipos de proteína G en función del segundo mensajero que producen y su situación:

1. La proteína Gs con la activación del correspondiente receptor estimula la producción de AMPc como segundo mensajero. Con la unión de la subunidad αs a GTP, se une a la adenilato ciclasa (AC), una proteína anclada a la membrana plasmática de 12 pasos transmembrana que resulta de este modo activada, y cataliza la formación de AMPc y 2 PPi a partir de ATP. A su vez el AMPc se une a la proteína PKA, desembocando la activación de esta kinasa capaz de fosforilar diferentes sustratos:

a) Proteínas asociadas a canales iónicos, provocando de este modo cambios en el potencial de membrana.

b) Proteínas asociadas a vesículas sinápticas.

c) Enzimas que intervienen en la biosíntesis de neurotransmisores.

2. La proteína Gi, con su activación desencadena la disminución de la actividad de la adenilato ciclasa, disminuyendo de este modo los niveles de AMPc y por ende la actividad de la PKA activada, así como la fosforilación de sus sustratos. Debido al comportamiento antagónico de estas dos proteínas G se suelen colocalizar.

3. La proteína Gq al ser activada estimula la producción de DAG e IP3. Esto se debe a que esta proteína activa a la fosfolipasa C (PLC) que cataliza la hidrólisis de fosfoinosítidos generando DAG (que queda unido a la membrana) e IP3 (hidrosoluble), que a su vez tendrá receptores en el retículo endoplásmico (RE) que constituyen canales de Ca2+, aumentando de este modo los niveles de Ca2+ intracelulares.

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Por otro lado la activación de la proteína Gq también implica la fosforilación de proteína sustratos por dos vías: (1) por u lado el DAG sólo, o con concurso de Ca2+ activa la PKC, kinasa soluble en el citosol e inactiva, que a de ser llevada a la membrana para su activación, y por otro (2) el aumento de los niveles de Ca2+ producido por la acción del IP3 posibilita que el catión se una a la calmodulina provocando así la fosforilación de proteínas sustrato.

4. Por último, el dímero βγ parece ser responsable de la producción del segundo mensajero ácido araquidónico. De este modo el dímero βγ activa la fosfolipasa A2, presente en la membrana, que favorece la escisión de los fosfoinosítidos de membrana generando ácido araquidónico, que a su vez se oxida en tres sistemas diferentes:

a) 12-lipooxigenasa, dando 12-HPETE (prostaglandinas).

b) 5-lipooxigenasa, dando 5-HPETE (leucotrienos), ambos (5-HPETE y 12-HPETE) eicosanoides liposolubles.

c) Ciclooxigenasa, que genera PAG y tromboxanos.

La amplificación de las señales es muy importante en los receptores metabotrópicos, de esta forma la unión de un neurotransmisor a un receptor activa de 10 a 20 proteínas G, que activan las correspondientes adenilato ciclasas en un paso sin amplificación, generando cada una numerosas moléculas de AMPc, posteriormente en otro paso sin amplificación se activan las PKA, que sin embargo si son capaces de fosforilar numerosos sustratos.

4.2 Vías de transducción

A) Proteína kinasas

Son enzimas encargadas de fosforilar las proteínas sustrato con intermediación de segundos mensajeros (que los activan):

1. La PKA es la diana del AMPc, tiene cuatro subunidades, dos catalíticas y dos reguladoras; en ausencia de AMPc los dos pares de subunidades están asociados, de forma que la PKA está inactiva, pero en presencia de AMPc, un nucleótido cíclico se une a cada subunidad reguladora, dejando libre el par de subunidades catalíticas, activas. Estas subunidades catalíticas tienen actividad Serin/ Treonin kinasa, provocando así la respuesta.

2. La PK dependiente de Ca2+/ Calmodulina (PKCC) está compuesta por una sola subunidad con un dominio regulador y un dominio catalítico asociados, que se disocian, quedando expuesta la región catalítica, con la unión de Ca2+/ Calmodulina.

3. La PKC tiene como segundo mensajero el DAG, el Ca2+ y la fosfatidil serina (PS), y como el caso anterior se trata de un monómero con un dominio catalítico y regulador.

B) Proteína fosfatasas

Una vez dada la respuesta es necesario volver al punto de inicio, para ello intervienen proteína fosfatasas (PPasas), que desfosforilan el residuo Serina/ Treonina fosforilado. Estas proteína fosfatasas están estrictamente reguladas:

• La proteína Inhibidor-1 regula la actividad de la fosfoproteína fosfatasa 1 (PPasa 1). Para que el inhibidor-1 esté activo a de estar fosforilado, de esta forma la PKA fosforila al inhibidor-1, que a su vez inhibe la PPasa 1 en un buclo de retroalimentación positiva, perimiento que el efecto de la PKA sobre las proteínas dianas sea más duradero.

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• Por otro lado proteína Calcineurina (regulada por los niveles de Ca2+) favorece la desfosforilación de inhibidor-1, con lo que media la activación de la PPasa 1, y de este modo la desfosforilación de las proteínas sutrato.

C) Acción en el núcleo

La acción de PK puede dar respuestas que impliquen la fosforilación de factores de transducción, que acabarán provocando cambios permanentes (tales como síntesis de proteínas). De esta forma podemos diferenciar en función de a donde llegue la respuesta:

• Cuando la acción de las PK se restringe al citosol se da respuestas que regulan cambios como los emocionales.

• Cuando la actividad de las PK llega al núcleo regula la plasticidad del sistema nervioso, que engloba procesos como la memoria, el aprendizaje, la ontogenia del SNC...

Por su parte los receptores ionotrópicos regulan principalmente procesos motores y de percepción.

D) El óxido nítrico (NO)

El gas óxido nítrico es un segundo mensajero importante en procesos de aprendizaje y memoria. Se produce por la activación de la óxido nítrico sintasa (NOS), que a su vez necesita la acción de proteínas dependientes de Ca2+/ Calmodulina.

Los receptores NMDA de glutamato están implicados en el aprendizaje y la memoria dado que permiten permeación de Ca2+, que se une a la calmodulina, y acaba activando la NOS que genera el NO. Posteriormente el NO difunde a través de las membranas funcionando como un mecanismo transcelular de acción retrógrada; de esta forma, en la célula presináptica el NO actúa a través del GMPc, que a su vez abre proteínas canal.

E) Receptores metabotrópicos que cambian el potencial sin segundos mensajeros

Los receptores muscarínicos colinérgicos está, como todos los demás, a proteínas G de forma tal que con la activación el dímero βγ activa canales rectificadores de K+.

5. Receptores presinápticos Existen receptores en la membrana presináptica que pueden tener características diferentes a

las que se encuentran en la correspondiente postsinapsis, por ejemplo los receptores presinápticos de dopamina son más sensibles que los postsinápticos. Como sucede con los postsinápticos pueden implicar respuestas facilitadoras (aumentando el potencial de membrana hasta un valor aproximado del potencial de acción) o inhibidoras (disminuyendo el potencial de membrana, alejándolo por tanto del umbral de exitación). Los receptores presinápticos se pueden agrupar en dos conjuntos:

• Autoreceptores, sensibles al propio receptor que libera la neurona.

• Heteroreceptores , sensibles a un neurotransmisor diferente no liberado por la neurona que los presenta.

De hecho hay muchos tipos de autoreceptores y heteroreceptores a nivel de la presinapsis que modulan la acción de las neuronas, aumentando o disminuyendo la liberación, contrando el tiempo de liberación, e incluso regulando la síntesis de los mismos neurotransmisores.

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Esto replantea de que depende el efecto de los neurotransmisores en la brecha:

1. Por un lado de los mismos receptores a los que se una, pudiéndose unir un mismo neurotransmisor a receptores que producen respuestas activadoras o inhibitorias.

2. Y por otro a la concentración de neurotransmisor, como es el caso de la noradrenalina (NA), que a alta concentración activa los receptores α, inhibitorios y presinápticos, con lo que desciende la liberación de NA; y a baja concentración se une a los receptores β, activadores. Esto constituye un modo de homeostasis del organismo, autoregulando los niveles del neurotransmisor.

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TEMA 2: SISTEMA COLINÉRGICO

1. Generalidades de la acetilcolina La acetilcolina (ACh) fue el primer neurotransmisor descubierto (aproximadamente en el

1907), en el órgano eléctrico del pez torpedo, está cargado positivamente y no es ni un aminoácido ni un derivado.

En el sistema nervioso periférico la acetilcolina es el neurotransmisor presente en las sinapsis neuromusculares, mientras que en el sistema nervioso central en el núcleo basal de Meynert se encuentran la mayoría de los somas neuronales colinérgicos, estándo presente también el sistema colinérgico en interneuronas de otras regiones (neuronas que comienzan y acaban en una misma región).

1.1 Especificidad de isómeros

La molécula de acetilcolina es muy flexible, siendo capaz de rotar a través de los enlaces τ1, τ2 y τ3, generalmente lo hace a través del enlace τ2, definiendo de este modo dos conformaciones:

• Una forma cis, con mayor afinidad por los receptores nicotínicos.

• Una forma trans, con mayor afinidad por los receptores muscarínicos.

1.2 Síntesis de acetil-CoA y recaptura de colina

Se sintetiza en el terminal nervioso a partir del acetil-CoA (originado en el ciclo de Krebs a partir de glucosa) que proviene de la mitocondria, y la colina, mediante la acción de la enzima citosólica colina-acetil transferasa, y en un solo paso. En este sentido parece ser que un aumento de los niveles de Ca2+ favorece la salida de acetil-CoA de la mitocondria.

Por tanto la glucosa en las mitocondrias es necesaria para la biosíntesis de acetilcolina. Por otra parte, la colina es una molécula esencial (no se puede biosintetizar), y viene de la dieta (atraviesa la barrera hematoencefálica), la fosfatidilcolina de la membrana, y casi en un 50% de la recaptura, pues en la brecha sináptica la acetilcolina es hidrolizada a acetato y colina, que obviamente es recapturada. Aunque la

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Ilustración 2: Flexibilidad de la acetilcolina

Ilustración 3: Acetilcolina


membrana plasmática constituye un depósito de colina, sólo es usado cuando hay mucha demanda, y un uso desmesurado de acetilcolina puede tener efectos deletereos relacionadas con enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer. La afinidad de la enzima por los sustratos (acetil-CoA y colina) es elvada, por tanto en última instancia el factor limitante para síntesis del neurotransmisor es la colina, precursor limitante, cuyos niveles son por tanto capaces de controlar la producción del neurotransmisor.

En lo referente a la recaptura de colina, este precursor entra en las neuronas colinérgicas a través de dos transportadores:

1. Un transportador de alta afinidad dependiente de simporte de Na+ (que también cotransporta Cl-). Tiene una KM de 1-5 μM/l, por enzima de la cual se satura.

2. Un transportador de baja afinidad, no saturable, y no dependiente de Na+ ni específico de neuronas colinérgicas, que aunque puede transportar la colina principalmente transporta la propia acetilcolina. Tiene una KM de 100 μM/l.

Además, una vez producida la acetilcolina en el terminal es capaz de inhibir a la enzima responsable de su síntesis, la colina acetil transferasa en un feed back negativo.

1.3 Almacenamiento vesicular de acetilcolina

Una vez sintetizada la acetilcolina en el citosol, se introduce en vesículas secretoras en contra de gradiente, para lo cual se requiere un transportador vesicular de acetilcolina (TV ACh), un transportador de 12 pasos transmembrana que realiza un cotransporte de tipo antiporte con la entrada de una molécula de acetilcolina por la salida de dos H+; por tanto este transportador requiere la existencia de un gradiente electroquímico definido por altas concentraciones de H+ en el interior vesicular respecto al citosol. Para ello se necesita la presencia de una ATPasa que bombea H+ al interior vesicular, con el correspondiente gasto de ATP. Consecuentemente la vesículina, una molécula de carga negativo presente en el interior de las vesículas permite la electroneutralidad.

De esta forma el interior de las vesículas alcanza una concentración de acetilcolina de unos 50-100 μM/l. Existen dos subpoblaciones de estas vesículas de acetilcolina:

• Vesículas pequeñas y densas, que contienen el neutransmisor reción formado y están presentes en la zona activa (cercanas a la membrana terminal), y por tanto son las primeras en liberarse.

• Vesículas grandes y poco densas, que constituyen el pool de reserva. De esta manera su función principal es suministrar acetilcolina, para ello están más alejadas de la membrana y por tanto no se suelen liberar con un potencial de acción.

En cualquier caso, con la llegada de potenciales de acción al terminal y la dinámica de liberación vesicular se expulsa al exterior celular toda la vesícula, que incluye acetilcolina, vesiculina y ATP. La acetilcolina se une a los correspondientes receptores, ejerce su acción y debe ser rápidamente degradada.

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Ilustración 4: Almacenamiento y recaptura de acetilcolina


1.4 Terminación de la señalización: acetilcolinesterasas

La acetilcolinesterasa cataliza la hidrólisis de acetilcolina a acetato y colina, fenómeno necesario para la terminación de la respuesta sináptica. Como ya se ha dicho, la colina puede ser recapturada, pero también puede ser degradada a betaína, que a continuación pasará a serina.

La acetilcolinesterasa es una enzima globular que puede encontrarse en forma de dímero unido por puentes disulfuro, tetrámero de dímeros unidos por fuerzas de Van der Waalls, pero concretamente en la brecha sináptica suele encontrarse en forma de tríos de tetrámeros asociados iónicamente a colas de colágeno, definiendo una estructura de 12 unidades catalíticas

En el ciclo catalítico de la acetilcolinesterasa cabe destacar los siguientes acontecimientos:

1. Existen una interacción iónica de la enzima y la acetilcolina, esto se debe a la atracción electrostática entre la carga positiva del N de la acetilcolina y la carga negativa del carboxilo de un glutamato específico de la acetilcolinesterasa. Además la enzima también tiene un lugar de unión catiónico con se une a la carga negativa del carboxilo de la acetilcolina.

2. La enzima posteriormente pasará a tener una unión esteárica con el neurotransmisor, debido al ataque nucleofílico del OH de una serina sobre el O carbonílico de la acetilcolina. Esto desemboca en la fomación de un complejo inestable enzima-acetilcolina que termina con la liberación de colina y la acetilación de la enzima en su resto serina.

3. Por última la enzima acilada sufrirá hidrólisis, recuperando la actividad y liberando acetato.

Esta enzima es muy eficiente, capaz de hidrolizar unas 5000 moléculas de acetilcolina en un segundo (turn over), y cualquier disminución en su actividad tiene importantes efectos deletéreos:

• Provoca importantes alteraciones en la transmisión colinérgica debido a que disminuye sustancialmente la presencia del precursor limitante, la colina.

• La acetilcolina permanece más tiempo de lo debido en la brecha, dando una estimulación incontrolada que provoca tetanización.

Esto sucede por ejemplo debido a la acción de los organofosforados, que fosforilan el OH de la serina, pero también puede tener persepectivas terapéuticas, y de este modo la galantina es un agonista de los receptores nicotínicos y un inhibidor de las anticolinesterasas que aumenta la transmisión colinérgica que se ve mermada en la enfermedad de Alzheimer.

2. Receptores colinérgicos Los receptores de acetilcolina se agrupan en dos conjuntos:

1. Receptores ionotrópicos, también denominados nicotínicos, de acción rápido y cuyo principal agonista farmacológico es la nicotina. Se localizan en la sinapsis muscular esquelética, en las sinapsis preganglionares del sistema nervioso autónomo, y en el sistema nervioso central en general en terminales presinápticas de glutamato, serina,

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Ilustración 5: Acetilcolinesterasas


dopamina..., modulando la secreción de estos neurotransmisores como heteroreceptores.

2. Receptores metabotrópicos, también denominados muscarínicos, sensibles a la amina terciaria muscarína y de 10 a 1000 veces más abundantes que los nicotínicos. Se localizan en las sinapsis postganglionares, en la musculatura lisa y en el sistema nervioso central.

2.1 Receptores nicotínicos

Estos receptores tienen una esctructura pentamérica formada por diferente combinación de subunidades en el sistema nervioso periférico, 2αβγδ, y en el sistema nervioso central, tan sólo con subunidades α y β. En cualquier caso las cinco subunidades tienen cuatro hélices transmembrana con los dominios C-t y N-t hacia el medio extracelular, y en conjunto sus pasos transmembrana M2

tapizan el canal definiendo un canal de Na+; por tanto son siempre activadores. Cabe destacar gran homología entre las subunidades, donde destaca la presencia de restos serina y treoninca en el paso M2.

La parte más voluminosa del canal es la extracelular con 6,5 nm,la transmembrana tiene 3 nm y la interna 2 nm, y en estas regiones destaca la presencia de tres anillos hidrofóbicos flanqueando el paso M2:

1. A nivel citosólico.

2. A nivel hidrofóbico, en la membrana.

3. A nivel de la membrana externa.

Estos anillos tienen carga negativa debido a la presencia de residuos glutamato y aspartato que configuran un filtro de selectividad de carga, limitando la entrada de cationes. Por su parte, el diámetro del poro (la distancia entre los pasos M2) delimita el tamaño de los iones que pueden entrar. En conjunto la estructura constituye un canal selectivo para Na+, sin embargo alteraciones en la estructura puede cambiar esta selectividad, de esta forma los receptores con la subunidad α7

limitan menos el tamaño de los iones, y facilitan la entrada de Ca2+.

A) Isoformas de los receptores nicotínicos

Los agonistas colinérgicos y los antagonistas competitivos se unen a las subunidades α, siendo el resto estructurales. Se han descrito hasta 10 subunidades α (α1-α10) y 3 subunidades β (β2-β4), que potencialmente pueden generar numerosas permutaciones de receptores, aunque no todos son funcionales. En el sistema nervioso central la estequiometría es 2α3β, estando muy restringida la presencia de las subunidades γδ, e incluso se ha visto que estas subunidades α y β, pueden ser algo diferentes, por ejemplo poseyendo cinco pasos transmembrana. Además en el sistema nervioso no aparecen α1,característico de las sinapsis neuromusculares, y la isoformas más frecuente poseen α4 y β2, siendo también destacables α5 y el resto de subunidades β (β3 y β4).

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Ilustración 6: Estructura de los receptores nicotínicos


B) Activación de los receptores nicotínicos

Con la unión del ligando al receptor hay un pequeño cambio conformacional que deja en evidencia el segundo lugar de unión para el segundo ligando. Tras la unión de los dos ligandos tendrá lugar la activación del receptor, tendrá lugar una isomerización en la que parece que desciende el paso M2 hacia la zona citosólica, permitiendo la entrada de Na+ a favor de gradiente, provocando una despolarización que genera una señal de activación.

2L + R ↔ LR + L ↔ L2R ↔ L2R*

Tras la activación viene la disociación de los ligandos (a lo que contribuye el descenso de los niveles de acetilcolina desplazando el equilibrio hacia la misma disociación) que implica la inactivación del canal (su cierre), pero parece ser que se dan varios ciclos de activación/ inactivación (isomerización) (es decir varios pasos consecutivos de L2R ↔ L2R*), en los cuales el canal se abre y cierra con los ligandos unidos, llegando un momento en el que el receptor se desensibiliza, y permanece cerrado aunque tenga unido el ligando. Esto plantea el siguiente esquema de unión de ligando sobre el receptor desensibilizado, y por tanto incapaz de activarse (pasar a L2R*):

2L + R' ↔ LR' + L↔ L2R

Y en conjunto la unión de los dos esquemas se debe a reacciones en vertical, más lentas, que hace referencia a isomerizaciones unimoleculares del receptor (R ↔ R', siendo el R' el receptor desensibilizado):

La constante R'/R mide la velocidad de isomerizaciones moleculares que dan lugar a la inactivación del receptor, y una vez el receptor se ha desensibilizado permance un tiempo en este estado hasta pasar a ser activo. Esta desensibilización se produce por fosforilación por tres proteín kinasas:

• La PKA, que actúa sobre las subunidades γ y δ.

• La PKC, capaz de fosforilar las subunidades α y δ.

• Y tirosin kinasas (TK), que fosforilan restos de las subunidades β, γ y δ.

C) Implicaciones de los receptores nicotínicos

Estos receptores tienen una respuesta rápida, de 1 a 2 ms, lo que implica que la nicotina como agonista produzca una activación rápida del sistema colinérgico relacionado con el control motor y la memoria a corto plazo, con lo que a priori cabria pensar que la nicotina tiene efectos beneficiosos, y en este sentido tiene efectos clínicos sobre los enfermos de Párkinson, para la coordinación motora, o para la memoria y el aprendizaje en la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo estos receptores también se localizan como heteroreceptores en el sistema nervioso central en neuronas dopaminérgicas, peptidérgicas, serotoninérgicas, gabaérgicas, glutamatérgicas..., y es la facilitación en la liberación de dopamina lo que lleva a la dependencia.

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K/2 K

2L + R ↔ LR + L ↔ L2R ↔ L2R*

↕ K'/2 ↕ K´ ↕

2L + R' ↔ LR' + L ↔ L2R'


2.2 Receptores muscarínicos

Son receptores de respuesta lenta (de 100 a 200 ms), con siete pasos transmembrana con el N-t extracelular y el C-t citosólico (potencialmente fosforilable para su regulación), y de gran homología entre sus diferentes tipos, salvo en el tercer loop intracelular (i3), donde reside la especificidad de respuesta del receptor, estos, la región de interacción con las diferentes proteínas G. En función de su especificidad se diferencian dos familias de receptores muscarínicos:

1. Una familia compuesta por los receptores M2 y M4, que al ser activados (por una molécula de acetilcolina) acaban generando una respuesta inhibitoria.

2. Una familia compuesta por los receptores M1, M3 y M5, que generan respuestas activadoras.

A) Receptores muscarínicos inhibitorios: M2 y M4

En general se les atribuyen dos acciones que constituyen una respuesta inhibitoria:

1. Debido a su acoplamiento con proteína Gi inactivan la adenilato ciclasa. Estos receptores están coolocalizados con receptores β adrenérgicos que estimulan la adenilato ciclasa, y en conjunto se produce un balance activador e inhibidor capaz de regular la actividad de la enzima.

2. Además actúan a través de la apertura de canales rectificadores de K+, que implican un aumento de la hiperpolarización de membrana que se aleja del umbral de despolarización, dificultando la formación de potenciales de acción.

B) Receptores muscarínicos activadores: M1, M3 y M5

Están acoplados a la proteína Gq, que a su vez activa la PLCβ (fosfolipasa Cβ), relacionada con la producción de los segundos mensajeros DAG e IP3, consecuentemente el DAG activa a la PKC que a su vez conlleva la activación de la PLD2 (fosfolipasa D2) responsable de la hidrólisis de fosfatidilcolina en colina y más DAG, provocándose de este modo un feed back positivo. En cualquier caso, lo más destacable del efecto activador es la apertura de lo canales de Ca2+ por el IP3

con el consiguiente aumento de los niveles del catión, que a su vez tendrá consecuencias:

1. Activa los canales dependientes de Ca2+ de K+ y Cl-, en por tanto un feed back negativo.

2. Favorece la fosforilación de proteínas dependientes de Ca2+/Calmodulina.

3. Por último, el Ca2+ activa la PLA2 (fosfolipasa A2), que a partir de la hidrólisis de fosfolípidos de membrana produce ácido araquidónico, que a su vez se metaboliza a eicosanoides, prostaglandinas o tromboxanos, capaces de activar la guanidil ciclasa (GC). Esta enzima genera como mensajero intracelular GMPc, que actúa directamente sobre canales iónicos.

A modo de conclusión se produce una activación importante neuronal, generalmente postsináptica.

C) Función e implicaciones de los receptores muscarínicos

Los receptores muscarínicos están ampliamente distribuidos en el sistema nervioso central a una proporción muy superior a los nicotínicos, siendo sobretodo destacable su presencia en el estriado, el hipocampo y la corteza (salvo para M5, menos extendido y estudiado).

Con esta distribución se les relaciona con funciones como la memoria y el aprendizaje,

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localizados en la región hipocampal, y el control motor y postural, sobretodo en el estriado donde inhiben al sistema dopaminérgico. En este sentido en condiciones normales hay un equilibrio entre el sistema colinérgico y dopaminérgico, que se ve alterado en las dos principales afecciones motoras neurodegenerativas:

• En la enfermedad de Párkinson sobreviene una destrucción del sistema dopaminérgico, origen del desequilibrio en la coordinación que causa ausencia de movimiento, temblores... Como abordaje terapéutico se usa bloqueantes muscarínicos o agonistas dopaminérgicos, como la L-DOPA.

• En el corea de Huntington disminuyen los niveles de acetilcolina, provocando ausencia de inhibición sobre el sistema dopaminérgico y de este modo su hiperactividad, que se manifiesta con temblores coriónicos.

3. Vías nerviosas colinérgicas En primates el 90% de todos

los somas neuronales colinérgicos del sistema nervioso central parten de núcleo basal de Meynert, en roedores destacan otros núcleos.

Las inervaciones son principalmente en corteza, hipocampo y tálamo, con diferentes funciones. También hay receptores colinérgicos en el estriado, como hemos visto, pero en esta región no hay inervaciones, sino interneuronas locales (soma y axón en la misma área). Además, en la corteza piriforme de roedores (no en primates) también se encuentran interneuronas colinérgicas.

En el siguiente esquema se muestran las principales vías colinérgicas en roedores:

Nombre Localización de los cuerpos celulares Áreas invervadas

Ch1 Parte del septum medial (ms) Sobretodo el hipocampo, y en menor medida el tálamo

Ch2 Parte del núcleo vertical de la banda diagonal (td)

Sobretodo el hipocampo, y en menor medida el tálamo

Ch4 Parte del núcleo basal de Meynert (bas) Corteza cerebral y amígdala, y en menor medida el tálamo

Ch5 Parte del núcleo pedunculopontino del tronco del encéfalo (tpp)

Sobretodo el tálamo y en menor medida la corteza

Ch6 Parte del núcleo del tegmento dorsolateral (dltn)

Sobretodo el tálamo, al núcleo del rafe y en menor medida la corteza

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Ilustración 7: Relación entre el sistema dopaminérgico y colinérgico en el estriado

Ilustración 8: Vías colinérgicas


3.1 Funciones de las vías colinérgicas

Se ha destacado la inervación en tres regiones: el hipocampo, la corteza y el tálamo, donde este sistema neurotransmisor tendrá diferentes funciones.

A) Proyecciones al hipocampo y a la corteza

Sobretodo las proyecciones al hipocampo están relacionados con el aprendizaje y la memoria.

B) Proyecciones al tálamo

Estas proyecciones están relacionadas con el control del sueño y la vigilia, de hecho el sistema colinérgico activa el sueño REM.

De esta manera, durante el sueño REM el encefalograma pasa de alto a bajo voltaje y hay atonia muscular, pues bien, en ambos procesos está involucrado el sistema colinérgico en dos vías diferentes:

1. En lo referente a la atonía muscular entra en juego la vía descendiente. En la protuberancia hay interneuronas colinérgicas (activadas por neuronas serotoninérgicas) que activan neuronas glutamatérgicas que se proyectan al bulbo raquídeo, donde activan neuronas glicinérgicas (inhibitorias), que a su vez invervan motoneuronas colinérgicas en la médula, provocándose de este modo la atonía.

Interneu. ACh (Protuberancia) →+ Neu. Glut. → + Neu. Glici. (Bulbo) →- Motoneu.

2. En lo referente al cambio a bajo voltaje del encefalograma participa la vía ascendente. En la misma protuberancia parten neuronas colinérgicas (activadas por las mismas neuronas serotoninérgicas) e invervan el tálamo, donde a su vez activan neuronas gabaérgicas, (inhibitorias) últimas responsables del cambio en el encefalograma del sueño REM.

Neu. ACh (Protuberancia) → + Neu. GABA (tálamo)

4. Patologías relacionadas con el sistema colinérgico Destaca la miastemia gravis y los efectos la toxina botulínica:

• La miastemia gravis es una enfermedad autoinmune que destruye los receptores nicotínicos de la placa motora.

• La toxina de Clostridium botulinum, usada en clínica como Botox, inhibe la liberación de acetilcolina actuando a nivel de las proteínas de la membrana presináptica provocando parálisis flácida del músculo liso.

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Ilustración 9: Acetilcolina y sueño REM


TEMA 3: CATECOLAMINAS I – DOPAMINA

1. Generalidades de las aminas biógenas Las aminas biógenas son neurotransmisores derivados de aminoácidos entre los que se

encuentran las catecolaminas (dopamina, adrenalina y noradrenalina), la serotonina y la histamina:

• Las catecolaminas tienen como precursor aminoácídico la tiroxina.

• La serotonina viene del triptófano.

• El precursor de la histamina es la L-histidina.

En general todas las aminas biógenas regulan actividades vegetativas. Comenzamos estudiando las catecolaminas.

1.1 Las catecolaminas

Son aminas con un grupo catecol (3-4 dihidroxibenceno). Destacan tres importantes neurotransmisores:

• La dopamina.

• La noradrenalina.

• La adrenalina.

2. Generalidades del sistema dopaminérgico La dopamina es el neurotransmisor por excelencia en

invertebrados, y se encuentra ampliamente distribuido en el sistema nervioso central (en mayores niveles que cualquier otra catecolamina).

2.1 Biosíntesis de dopamina

A) Síntesis de DOPA a partir de tirosina – Formación del grupo catecol

La dopamina inicia su síntesis a partir de la L-tirosina, aminoácido en gran concentración en los depósitos tisulares, con origen en la dieta y que atraviesa la barrera hematoencefálica gracias al transportador de aminoácidos neutros. En las neuronas catecolaminérgicas es sutrato de la tirosina hidroxilasa (TH), que como su nombre indica hidroxila el aminoácido para formar el grupo catecol, generando L-3, 4 dihidroxifenilananina (L-DOPA). La tirosina hidroxilasa tiene una KM de 2 μM/l, por tanto se satura a concentraciones fisiológicas, o dicho de otra forma, siempre está saturada, y por tanto la presencia del precursor aminoacídico no define la regulación de la síntesis del neurotransmisor, sino que lo hará la actividad de la enzima. En este sentido caben destacar dos estrategias para el aumento de la actividad enzimática:

1. El grado de reducción de la enzima. Esto es, la enzima a de estar reducida para catalizar la hidrólisis, y para ello es fundamental el papel del cofactor BH4 (tetrahidrobiopteridina).La

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Ilustración 10: Grupo catecol

Ilustración 11: Dopamina


enzima actúa en su forma reducida (THH2) para generar L-DOPA a partir de L-tirosina, y en la catálisis revierte a la forma oxidada (TH), por tanto un segundo ciclo catalítico implica la acción de la BH4, que permite la reversión a la forma enzimática activa, y por tanto reducida (THH2):

THH2 + L-Tyr → L-DOPA + TH

TH + BH4 → THH2 + BH2

En un ulterior paso es necesaria la recuperación de BH4 a patir del cofactor oxidado, BH2, gracias a poder reductor:

BH2 + NADPH + H+ → BH4 + NADP+

Como se ha dicho, dada la gran afinidad de la enzima por su sustrato, en la síntesis de L-DOPA no es limitante la presencia de tirosina, sino la de la actividad enzimática, que en este caso se correlaciona con la concentración de la enzima reducida, THH2, para cuya formación es un requisito el cofactor BH4, cuyos niveles son por tanto secuendariamente limitantes. En este sentido, a medida que se producen catecolaminas la propia L-DOPA, así como la dopamina presentan un efecto regulador sobre la acción de la tiroxina hidroxilasa en dos sentidos:

a) Los grupos catecoles, presentes en estas formas moleculares, son capaces de oxidar el BH4 a BH2, limitando así la presencia de tiroxina hidroxilasa reducida (THH2).

b) La L-DOPA compite con la TH por la unión con BH4.

2. La fosforilación de la enzima. Para su unión a BH4 (previa a su reducción por el mismo cofactor), la TH a de pasar de baja afinidad (TH) a alta afinidad (TH*). Pues bien, esto constituye un punto de regulación alostérica por fosforilación debido a que la forma de alta afinidad (TH*) es la forma fosforilada de la enzima. Para esta fosforilación se requieren una serie de protein kinasa, cuya actividad está bajo el control del impulso nervioso que llega al terminal:

a) Con la llegada del potencial de acción al terminal se abren canales de Ca2+ dependientes de voltaje, entre Ca2+ que se une a calmodulina y desencadena la activación de protein kinasas dependientes de Ca2+/ Calmodulina.

b) En última instancia la llegada el impulso nervioso provoca la liberación de neurotransmisores gracias al aumento de los niveles de Ca2+, y estos neurotransmisores a través de autoreceptores (como receptores muscarínicos M1, M3 o M5, o incluso receptores dopaminérgicos) es capaz de activar la adenilato ciclasa, que produce AMPc,

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Ilustración 12: Síntesis de catecolaminas


mensajero intracelular que en última instancia se une y activa la PKA.

Sin embargo este sistema también permite atenuaciones mediante diversas estrategias:

a) La presencia de autoreceptores dopaminérgicos inhibitorios disminuye la actividad de la adenilato ciclasa, con lo que baja los niveles de AMPc, la acción de la PKA, y por ende la fosforilación de la tiroxina hidroxilasa y su niveles en forma reducida.

b) Estos autoreceptores dopaminérgicos también abren canales de K+, produciendo una hiperpolarización que aleja del umbral de despolarización al terminal, y por tanto dificultan que se

den los potenciales de membrana, implicados en la fosforilación de la tiroxina hidroxilasa. Por tanto en estas condiciones no se dan los potenciales de acción y no entra Ca2+ en el terminal.

c) Estos sistemas de regulación a través de autoreceptores son a corto plazo. En un nivel superior de regulación se pueden dar regulación a largo plazo para la síntesis de catecolamias, que implica modificaciones en la transcripción nuclear que impliquen cambios en la concentración de la tiroxina hidroxilasa.

B) Síntesis de dopamina a partir de DOPA

Una vez sintetizada la L-DOPA, la DOPA descarboxilasa elimina el grupo carboxilo propio del aminoácido precursor generando dopamina. La DOPA descarboxilasa es una enzima no específica que descarboxila todos los aminoácidos aromáticos, y dada su concentración y su KM, su acción no constituye un paso limitante.

2.2 Almacenaje, secreción y recaptura de dopamina

Una vez sintetizada en el citosol, la dopamina a de ser rápidamente almacenada en vesículas debido a la presencia citosólica de MAO (monoamina oxidasa). Unos transportadores específicos de monoaminas, el VMAt1 y el VMAt2, conduce en contra de un gradiente entre 10 y 100 veces superior el neurotransmisor dentro de las vesículas, empleando como medio energético un antiporte con H+, que son bombeados al interior vesicular por una ATPasa. La dopamima tiene carga positiva debido al grupo amino, por ello son necesarios dos componentes de las vesículas para estabilizar la carga:

• Cromoproteínas.

• ATP con el cual la dopamina se encuentra formando sales, a razón de 4 DA/ 1 ATP o incluso

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Ilustración 13: Regulación de la tiroxina hidroxilasa


8DA/ 1 ATP.

En consecuencia la liberación de las vesículas de dopamina va acompañada de una liberación de ATP y cromoproteínas.

Una vez liberada la dopamina a la brecha ejercerá su acción en receptores presinápticos y postsinápticos, tras lo cual deberá ser retirada. Para ello encontramos transportadores específicos de dopamina, los DAT, tanto a nivel presináptico en neuronas dopaminérgicas como en astrocitos. Su principal función es limpiar la hendidura de dopamina, conduciéndola de este modo al interior neuronal o glial. Existen dos tipos de DAT, ambos presentes en todos los terminales dopaminérgicos y en la glía asociada:

1. Los DAT de alta afinidad, cuya KM es de μM y por tanto funciona rápidamente pero se satura a baja concentración.

2. Los DAT de baja afinidad, de mayor KM y con función a mayores concentraciones.

Ambos transportadores tienen 12 pasos transmembrana, con el C-t y el N-t intracelulares y lugares de glicosilación en el segundo loop extracelular que definen el anclaje a la membrana. Su unión a la dopamina está mediada por residuos concretos:

• La carga negativa del carboxilo de residuos aspartato se une al grupo amino.

• El grupo hidroxilo de una serina interacciona con el grupo catecol.

Una vez dada la interacción entre neurotransmisor y transportador, propiciada por la citada unión, se realiza un simporte de Na+ y Cl-, en el que las tres moléculas (Na+, Cl- y DA) entran al interior celular.

Además los DAT tienen lugares de fosforilación que permiten la sincronía entre la actividad neuronal y la actividad del transportador. De esta forma con la llegada del potencial de acción, como se vio anteriormente se acaban activando una serie de proteín kinasas (PK dependiente de Ca2+/ Calmodulina y PKA, entre otras) que actuarán a diversos niveles de la molécula:

• Su dominio N-t es sensible a la fosforilación por PKA y PKC (que también es susceptible de actuar en su segundo loop).

• Su dominio C-t es sensible a la fosforilación por PKA y PK2 (dependiente de Ca2+/ Calmodulina).

La sincronía se basa en que con estas modificaciones el transportador es afuncional, y por tanto cuando se está dando exocitosis de dopamina no hay recaptura, y tras la liberación, con la repolarización de la membrana se dá la desfosforilación proteína, y por ende su activación y la consecuente recaptura de dopamina.

Muchos fármacos, como la cocaína, actúan a nivel de los transportadores aumentando la presencia del dopamina en la brecha.

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Ilustración 14: DAT


2.3 Degradación y reciclaje de dopamina

Una vez en el interior neuronal o glial, tras la recaptura, la dopamina podrá seguir dos caminos:

• Metabolismo tanto glial como neuronal.

• Reciclaje en las neuronas, esto es, la entrada directa en las vesículas a través del antiporte de los VMAt.

La degradación de dopamina se puede dar mediante dos rutas:

1. La primera comienza con la acción de la MAO, de la cual existen dos subtipos diferentes tanto inmunológicamente como en su preferencia por sustrato. Concretamente sobre la dopamina actúa la MAO B, presente de forma preferenicial en glía y curiosamente en neuronas serotoninérgicas, a nivel citosólico, concretamente ligada a la membrana externa mitocondrial. En cualquier caso la MAO realiza una desaminación oxidativa, transformando la monoamina en cuestión en el aldehido correspondiente, y en este caso la dopamina en 3,4- Dihidroxifenilacetaldehido.

Dopamina → 3, 4- Dihidroxifenilacetaldehido

Posteriormente la 3,4- Dihidroxifenilacetaldehido es oxidada por la aldehido desidrogenasa, generándose así el ácido correspondiente, en este caso el ácido 3,4- dihidroxifenilacético o DOPAC, metabolito por excelencia en ratas.

3,4-Dihidroxifenilacetaldehido → Ácido 3,4- Dihidroxifenilacético

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Ilustración 15: Metabolismo de la dopamina


Por tanto, para evaluar la actividad de las neuronas dopaminérgicas el cálculo del turnover de dopamina se realiza mediante el cociente [DOPAC]/ [DA]. Volviendo al metabolismo, el último paso de esta vía es la acción de la catecol metil transferasa (COMT), que metila un OH del grupo catecol generándo ácido homovalínico (HVA), principal metabolito de la dopamina en primates (siendo por tanto el turnover de dopamina en estas especies [HVA]/ [DA]). Esta enzima ocupa una porción extracelular, por tanto implica un paso extracelular de la vía.

Ácido 3,4- Dihidroxifenilacético → Ácido homovalínico

2. La segunda vía al parecer no acontece en neuronas. Se inicia con la metilación del OH del grupo catecol en posición tres de la dopamina, generando 3- Matoxitiramina (MTA).

Dopamina → 3- MatoxitiraminaEsta a su vez es sustrato de la MAO, dando el aldehido correspondiente, el 3- Matoxi- 4 -Hidroxifenil- Acetaldehido.

3- Matoxitiramina → 3- Matoxi- 4 -Hidroxifenil- Acetaldehido

Por último, la 3- Matoxi- 4 -Hidroxifenil- Acetaldehido es sustrato de la aldehido deshidrogenasa dando ácido homovalínico.

3- Matoxi- 4 -Hidroxifenil- Acetaldehido → Ácido homovalínico

3. Receptores de dopamina Existen dos familias de receptores de dopamina:

1. La familia D1, compuesta por los receptores D1 y D5, facilitadores, que activan la adenilato ciclasa. Como todos los receptores acoplados a proteína G presentan 7 pasos transmembrana y el dominio N-t extracelular y glicosilado para dar estabilidad. Esta familia presenta característicamente el tercer loop intracelular, I3, muy corto y un dominio C-t extremadamente largo, con el cual interaccionan con la proteína Gs. Sus principales lugares de fosforilación son los loop intracelulares I2 e I3.

Los diferentes subtipos de esta familia tienen particularidades características:

a) D1 aveces está acoplado a DARP-32, una fosfatasa que al ser fosforilada a través de la acción de D1 incrementa su actividad.

b) D3 tiene una gran afinidad por los fármacos psicoactivos o antipsicóticos.

c) D5 tiene mucha más afinidad que D1 por la dopamina.

2. La familia D2, compuesta por los receptores D2, D3 y D4, que inhiben la adenilato ciclasa. Como los anteriores con 7 pasos transmembrana y lugares de glicosilación el dominio N-t extracelular, pero característicamente tienen un loop intracelular I3 largo, con el cual interaccionan y activan la Gi. Se diferencian dos subtipos en esta familia:

a) Los D2S (small), con menos de 29 aminoácidos en el loop I3.

b) Los D2l (large), con más de 29 aminoácidos en el loop I3.

Entonces los receptores de dopamina regulan la actividad de la adenilato ciclasa, y por tanto la presencia de PKA funcionales, lo que permite a su vez dos tipos de respuestas:

• Respuestas a corto plazo y rápido, mediante la fosforilación de proteínas.

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• Respuestas permanentes, si el sustrato a fosforilar es un factor de transcripción, y por tanto media respuestas génicas. Estos respuestas génicas pueden a su vez llevar a más respuestas indirectas, como la acción de factor de transcripción en la producción de más receptor.

3.1 Receptores y autoreceptores

Entre los receptores presentes en las regiones dopaminoceptivas (regiones donde se proyecta el axón de las neuronas dopaminérgicas) hay tanto receptores de la familia D1 como de la familia D2, pero los autoreceptores son al parecer todos D2, y en función de su localización concreta en la célula mediarán diferentes procesos:

• Cuando son activados en la zona somatodendrítica atenúan la formación del potencial de acción.

• Cuando son activados en el terminal provocan una disminución de la síntesis y liberación de dopamina, dado que median la inactivación de la PKA, una de las proteínas responsables de la fosforilación de la tiroxina hidroxilasa.

3.2 Dinámica de receptores de dopamina

La presencia y la sensibilidad de los receptores de dopamina presenta gran plasticidad, y por tanto en función del grado de actividad dopaminérgica cambiará notablemente el número de receptores y su sensibilidad:

• Si aumenta la actividad de las neuronas dopaminérgicas disminuye el número de receptores y su sensibilidad.

• Si baja la actividad dopaminérgica aumenta su número e incrementa su sensibilidad.

Así, en afecciones como la enfermedad de Párkinson en la que disminuye la actividad dopaminérgica el número de receptores y su sensibilidad serán altos, y en el caso contrario, como pueden ilustrar los individuos que se dopan continuamente, disminuye el número de receptores y su sensibilidad. Esto plantea interesantes abordajes experimentales: si lesionamos un lado de la vía nigroestriatal habrá rotación hacia el lado lesionado o ipsilateral, si a este individuo se le administran agonistas dopaminérgicos (de D1 y D2), como apomorfna, la rotación se invertirá, estos es, será contralateral, pues estos agonistas encontrarán receptores más sensibles y más numerosos en el lado lesionado. La administración de antagonistas vuelve a generan una rotación ipsilateral, pues en el lado lesionado siguen sin llegar agonistas, y por tanto su actividad es superada por la poca actividad dopaminérgica que subsista en el lado intacto. Sin embargo la adminsitración de anfetaminas estará precedida de rotación ipsilateral, pues actúan a nivel de la recaptura y la liberación.

A) Plasticidad de receptores en la enfermedad de Parkinson

En los individuos con Párkinson por tanto tienen mayores niveles de receptores D1 y D2, además de presentar el DAT disminuido, lo que conduce a mayores concentraciones de dopamina en la brecha y por más tiempo.

B) Plasticidad de receptores en la esquizofrenia

En los individuos con esquizofrenia DAT y D1 son normales, si embargo D2 presenta altos niveles.

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3.3 Dopamina y coordinación motora

El movimiento está modulado por los sistemas dopaminérgicos en los ganglios basales, donde diferenciamos dos vías con la presencia característica de una de las dos familias de receptores dopaminérgicos:

1. Los receptores facilitadores D1 activan la vía directa de coordinación motora, que viaja por los ganglios basales hasta la corteza donde inicia el movimiento.

2. Los receptores inhibidores D2 activan la vía indirecta (por desinhibición), que también asciende a la corteza, pasando por los ganglios basales, donde produce paralización del movimiento.

Por tanto alteraciones en el equilibrio D1/ D2 provocará disquinesias:

• Si hay hiperactividad de los receptores D1 en estas vías se dan movimientos espasmódicos, característicos del Corea de Hungtinton.

• La hiperactividad de los receptores D2 provoca ausencia de movimiento, característica del Párkinson.

4. Psicofarmacología de los circuitos dopaminérgicos Los sistemas dopaminérgicos están implicados en el control motor, en las emociones, la

secreción de hormonas a nivel hipotalámico e hipofisiario, y en la toma de alimento y agua. Por tanto, alteraciones en estos sistemas producen afagia, adipsia, disquinesia, alteraciones endocrinas y disfunciones en los comportamientos emocionales, según la siguiente relación:

• Un aumento de la acción del sistema dopaminérgico produce manía.

• Un descenso del tono dopaminérgico desemboca en depresión.

Característicamente el transtorno bipolar o maniaco-depresivo involucra las dos etapas recurrentes. Todas estas implicaciones habrán de ser tenidas en cuenta en el espectro de acción de los fármacos.

1. Existen fármacos que impiden el transporte de tirosina, limitando los niveles del precursor. Este fenómeno también acontece en algunas afecciones, así en la fenilcetonuria aumentan las concentraciones de fenilalanina, que compite con el transportador de aminoácidos neutros de la barrera hematoencefálica, bajan los niveles de dopamina y se da depresión; o cuando el aporte de tirosina y triptófano es limitado en la dieta.

2. Otros fármacos se sirven del paso limitante que conforma la catálisis de la tiroxina hidroxilasa, concretamente la α-metiltirosina compite por la tiroxina hidroxilasa disminuyendo la síntesis relativa de dopamina.

3. Algunos fármacos tienen como diana el transportador vesicular de monoaminas o VMAt, que introduce monoaminas como la dopamina a las vesículas, a salvo de la acción de las MAOs. Como estos transportadores no son específicos, si se administra cualquier monoamina, como reserpina o tetrabenacina, baja el transporte de dopamina al interior vesicular, que por tanto queda en el citosol y es sustrato de las MAO. Esto causa patrones de depresión, y por tanto estos fármacos se utilizan como antipsicóticos, tranquilizantes...

a) La reserpina se une irreversiblemente al VMAt, y por tanto tienen una acción drástica, lo que explica su uso en esquizofrénicos.

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b) La tetrabenacina se une reversiblemente.

4. Hay fármacos que bloquean o estimulan la liberación de dopamina. Entre estos fármacos destacan las anfetaminas. Concentraciones menores de anfetaminas impiden la recaptación de dopamina, aumentando su tiempo de acción en la brecha.

5. También se utilizan agonistas dopaminérgicos para estimular la coordinación motora o como antidepresivos.

6. Típicamente las drogas actúan a nivel de la recaptación de dopamina. Así, la cocaína y las anfetaminas se unen a receptores de dopamina y los bloquean, aumentando las concentraciones y el tiempo de permanencia en la hendidura sináptica. Sin embargo diferencias de acción en estos fármacos implican efectos diferentes:

a) La cocaína es estimulante y causa euforia.

b) Las anfetaminas son sólo estimulantes.

7. Por último también se utilizan inhibidores del metabolismo, donde destacan los iMAO, inhibidores de la MAO que inhiben la degradación de dopamina, serotonina y noradrenalina.

5. Vías dopaminérgicas De dos áreas situadas en el mesencéfalo, por encima del pedúnculo cerebral, parten casi

todas las vías nerviosas de dopamina, tanto ascendentes, descendentes como locales; estas dos áreas son:

1. El área tegmental ventral.

2. La sustancia nigra, que debe su nombre al color de la neuromelanina, un polímero de dopamina. Se diferencian dos partes:

a) La región dorsal, denominada pars compacta, característica por tener los núcleos celulares muy compactos.

b) La región ventral o pars reticulata, con más espacio entre los domas, de forma que se diferencian las dendritas, dando al conjunto un aspecto reticular.

Existen dos clasificaciones para las vías dopaminérgicas: la clasificación de Fuxe, y la clasificación en función de las prolongaciones.

5.1 Clasificación de Fuxe

A) Vías ascendentes

1. Vía nigroestriatal, que parte de la sustancia nigra (A9) e inerva los ganglios basales. Tanto la vía nigroestriatal como la mesolímbica presentan muchos autoreceptores (familia D2) y son haloperidol positivo (el halperidol es un agonista), y en general muy sensibles a agonistas y antagonistas. La función de esta vía es modular la coordinación motora y el comportamiento postural; sus alteraciones se manifiestan como disquinesias.

2. Vía mesolímbica, que parte del área tegmental ventral (A10) y se proyecta al núcleo accumbens y a los tubérculos olfatorios. Como la nigroestriatal presenta muchos autoreceptores, es haloperido positiva y en general es muy sensible a agonistas y antagonistas. Esta vía regula el comportamiento postural y estereotipado (motor

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repetitivo), además está implicado en los sistemas de recompensa, en sus proyecciones al sistema límbico. De esta manera, ante una situación atractiva se libera dopamina en el núcleo accumbens definiendo la recompensa. Cabe destacar que los opioides modulan esta vía.

3. Vía mesolímbico cortical, que parte del área tegmental ventral (A10) y se proyecta a todo el sistema límbico (amígdala, septum, hipocampo...) y a la corteza cerebral. A diferencia de la mesolímbica y la nigroestriatal tiene pocos autoreceptores, es haloperidol negativa y tiene poca sensibilidad a agonistas o antagonistas; además se caracteriza por su alto turnover (velocidad). La vía mesolímbico cortical modula las funciones del lóbulo frontal, regulando las entradas nerviosas que llegan al cerebro así como los procesos neurocognitivos, sobretodo atención y memoria, y las emociones. De esta forma un exceso de la función de esta vía promueve la atención y la memoria, pero puede llegar a causar esquizofrenia o ansiedad, y un bloqueo dificulta la atención y la memoria pero genera depresión (anedonia, anergia...).

4. Vía mesotalámica, que parte del área tegmental ventral (A10) y inerva la habénula.

B) Vías descendentes

1. Vía diencefalo espinal, nace en la zona diencefálica (hipotálamo y tálamo) e inerva los ganglios de la médula espinal, controlando las salidas del sistema nervioso autónomo.

2. Vía mesocerúlea, nace en la sustancia nigra y el área tegmental ventral e inerva el locus ceruleus, la principal núcleo noradrenérgico. Regula inhibitoriamente los sistemas noradrenérgicos.

3. Vía mesocerebelar, parte de la sustancia nigra y el área tegmental ventral e inerva las células de Purkinje, produciendo activación.

4. Vía vagal, inerva las vísceras torácicas.

C) Vías locales

Estas vías nacen y mueren en la misma región. Se caracterizan por ser similares a la mesolímbico cortical, esto es poca presencia de autoreceptores, halperidol negativa, poca sensibilidad a agonistas y antagonistas, pero presenta sin embargo un turnover medio.

1. Vía incertohipotalámica, nace en la zona medial del incerto y proyecta al POA y al hipotálamo.

2. Vía tuberoinfundibular, parte del núcleo arcuato a la eminencia media del hipotálamo, el área que interviene en el control endocrino del individuo En el hipotálamo se da una regulación inhibitoria sobre las células lactotropcas (liberadoras de prolactina), de hecho la dopamina también se denomina prolactotastina (factor inhibidor de prolactina), así como regulación de la liberación de otros factores hipotalámicos, como el LHRH y el TRH.

3. Vía tuberohipofisal, del núcleo arcuato del hipotálamo a la neurohipófisis, donde controla negativamente la liberación de angiotensina y MSH.

4. Por último también destacan interneuronas a nivel hipotalámico.

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5.2 Vías en función de su prolongación

A) Sistemas ultracortos

1. Vías del sistema retiniano, que va den de la capa plexiforme a la retina.

2. Vías dopaminérgicas del bulbo olfatorio.

B) Sistemas intermedios

1. Vía tuberohipofisal, que va del núcleo arcuato (en el hipotálamo) al lóbulo intermedio de hipotálamo.

2. Vía incertohipotalámica,que nace en la zona medial del incerto y proyecta al POA y al hipotálamo.

3. Vía periventricular medular.

C) Sistemas largos

Compone las vías que parten del área tegmental ventral (A8, A9) y la sustancia nigra (A10).

6. Alteraciones de las vías dopaminérgicas Si lesionamos las vías dopaminérgicas del sistema nervioso central, dadas sus funciones, se

observan las siguientes patologías:

1. Adipsia, pues el centro de la sed está en el hipotálamo.

2. Afagia, dado que el centro de la saciedad también está en el hipotálamo.

3. Aciensia, por las alteraciones en el control del movimiento.

4. Anhedonia, es decir falta de placer y motivación.

Por el contrario, una hiperactividad en estas vías produce euforia, humor e hiperactividad social.

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TEMA 4: CATECOLAMINAS II – NORADRENALINA

1. Generalidades del sistema noradrenérgico

1.1 Biosíntesis, almacenamiento y liberación de noradrenalina

La noradrenalina es una catecolamina, y por tanto tiene la ruta de síntesis común con la dopamina hasta la misma dopamina. Por tanto su precursor aminoacídico es la tirosina, que por la acción de la tiroxina hidroxilasa pasa a DOPA (3,4- dihidroxifenilalanina), que a su vez será descarboxilada por la DOPA descarboxilasa, generándose dopamina. En este punto actúa la dopamina β hidroxilasa, que hidroxila la cadena lateral de la dopamina en posición β formando noradrenalina; esta enzima tiene notables requerimientos catalíticos: ácido ascórbico (reducido), O2 y Cu2+ (a razón de 2 mol de Cu2+/ 1 mol de enzima), por tanto en presencia de quelantes de Cu2+ no se sintetiza noradrenalina. Esta enzima se encuentra ligada a las membranas vesiculares, y soluble en la luz vesicular, por tanto la producción de noradrenalina no se da en el citosol, sino que es vesicular. Secuencialmente los transportadores vesiculares de monoaminas, VMAt internalizan la dopamina en las vesículas donde se forma la noradrenalina, incluso algunos autores sostienen que la síntesis se da paralela al transporte. Como sucedía con la dopamina, la noradrenalina en el interior vesicular está formando sales con ATP, y también hay presencia de cromoproteínas, ambos fenómenos con la función del estabilizar electrostáticamente la carga de las vesículas, dada la carga positiva de las catecolaminas. En consecuencia con la exocitosis de la noradrenalina se libera además del neurotransmisor, cromoproteínas, ATP y la dopamina β hidroxilasa.

Pero, al igual que en el sistema dopaminérgico, el control principal de la síntesis se da a nivel de la tiroxina hidroxilasa, cuya actividad está regulada por sus niveles, su grado de fosforilación y su grado de reducción.

1.2 Receptores del terminal presináptico

La existencia de receptores en el terminal presináptico es crucial para el funcionamiento de la misma terminal presináptica. Estos pueden ser:

1. Autoreceptores, tanto activadores como inhibidores:

a) Receptores α2, que al ser inhibidores con su activación disminuyen la liberación de

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Ilustración 16: Síntesis de catecolaminas


noradrenalina, están situados a nivel somatodendrítico y tienen baja sensibilidad a la noradrenalina (es decir requieren para su acción altas concentraciones del neurotransmisor).

b) Receptores β2, activadores, cuya respuesta por tanto implica un aumento de la liberación de la misma noradrenalina. Están situados tanto a nivel somatodendrítico como terminal y son muy sensibles a la noradrenalina.

2. Heteroreceptores, de diversa naturaleza:

a) Heteroreceptores colinérgicos, tanto nicotínicos, y por tanto activadores, como muscarínicos en sus subtipos inhibidores (M2 y M4). Obviamente los nicotínicos aumentan la liberación de noradrenalina y los muscarínicos M2 y M4 la bajan.

b) Heteroreceptores dopaminérgicos de la familia D2, y que por tanto disminuyen la liberación de noradrenalina.

c) Heteroreceptores de angiotensina, cuya activación facilita la liberación del neurotransmisor.

d) Heteroreceptores de opioides, que al ser siempre inhibidores, su respuesta siempre implica el descenso de la liberación de noradrenalina.

1.3 Recaptura y limpieza de noradrenalina

Una vez ha sido liberada la noradrenalina ha de ser retirada de la brecha. Para ello se utilizan dos estrategias.

1. En torno al 40% presenta metabolismo extracelular.

2. El restante 60% es recapturado por el transportador de noradrenalina, denominado NET.

El NET tiene características similares al DAT (transportador de dopamina), se trata de una proteína de doce pasos transmembrana, con el C-t y el N-t intracelulares, y cuya unión a la molécula a transportador se debe a una serina para el grupo catecol y un aspartato para el grupo amino. Funcionan bajo el mismo principio, acoplados a un simporte de Na+ y Cl-. Y como también se observa en el DAT existen dos variantes del NET:

• Los NET de baja afinidad, presentes en astrocitos y en los terminales noradrenérgicos, de gran capacidad.

• Los NET de alta afinidad, presentes exclusivamente en los terminales noradrenérgicos, de baja capacidad y por tanto saturables.

1.4 Degradación y recilcaje de noradrenalina

Una vez recapturada, la noradrenalina puede reciclarse en los terminales nerviosos, con lo que pasaría directamente a través del VMAt a una vesícula de secreción, o entrar en una vía de degradación, tanto en las células nerviosas como en las gliales. Sin embargo estos dos tipos celulares presentan predominantemente diferentes vías de degradación:

1. En las neuronas la noradrenalina sufre desaminación oxidativa al ser sustrato de la MAO A (forma mayoritaria en las neuronas noradrenérgicas), generándose de este modo 3, 4- Dihidroxifenilglicoaldehido.

Noradrenalina → 3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido

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En el 3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido esta ruta se divide en dos subrutas:

a) La vía de oxidación, en la que el aldehido del 3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido es oxidado por la aldehido deshidrogenasa al ácido correspondiente, el ácido 3,4- dihidroximandélico.

3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido → Ácido 3, 4- dihidroximandélico

Esta vía termina con la acción de la catecol metil transferasa (COMT) sobre el ácido 3, 4- dihidroximandélico, en cuyo hidroxilo en posición 3 forma un grupo metoxi, generándose así el ácido 3- metoxi- 4-hidroximandélico o ácido vanilmandélico (VMA).

Ácido 3, 4- dihidroximandélico → Ácido 3- metoxi-4 hidroximandélico

b) La vía de reducción, donde el aldehido del 3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido es reducido a un hidroxilo del DOPEG por la aldehido reductasa.

3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido → DOPEG

Y por último el DOPEG es metilada en el hidroxilo en posición 3 de su grupo catecol por la catecol metil transferasa (COMT), formándose el MOPEG.

DOPEG → MOPEG

2. En la glía se da la vía extraneuronal, que se inicial con la metilación de la catecol metil transferasa (COMT) sobre la noradrenalina, generando una monoamina con el correspondiente grupo metoxi denominada normetanefrina.

Noradrenalina → normetanefrina

Posteriormente la normetanefrina sufre una desaminación oxidativa debido a la acción de la MAO (tanto A como B), generándose el aldehido correspondiente, 3- metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido.

Normetanefrina → 3- metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido

Como sucedía con el 3, 4- dihidroxifenilglicoaldehido en la vía neuronal, en esta vía el 3-metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido supone el punto de división de la ruta en dos subrutas, una de oxidación y otra de reducción:

a) La vía de oxidación en la que el grupo aldehido de la 3- metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido es sustrato de la aldehido deshidrogenasa, formándose el ácido correspondiente, de nuevo el ácido 3- metoxi- 4- hidroximandélico o ácido vanilmandélico.

3- metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido → ácido 3- metoxi 4- hidroximandélico

b) Y la vía de reducción en la que el grupo aldehido de la 3- metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido es sustrato de la aldehido reductasa, formándose el grupo hidroxilo del MOPEG.

3- metoxi- 4- hidroxi- fenilglicoaldehido → MOPEG

En cualquier caso en el sistema nervioso central la ruta metabólica es mayoritariamente por la vía de reducción, con concurso de la aldehido reductasa, y por tanto el principal metabolito del sistema noradrenérgico es el MOPEG. En el sistema nervioso periférico es mayoritariamente la oxidación,y por tanto el metabolito principal a este nivel es el ácido vanilmandélico.

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2. Receptores noradrenérgicos Estos receptores tienen afinidad tanto por la adrenalina como por la noradrenalina, y se

agrupan en tres grandes familias:

1. La familia α1 media procesos activadores generalmente postsinápticos. Están acoplados a la proteína Gq, y por tanto activan a la la PLC (fosfolipasa C), produciendo de este modo los mensajeros intracelulares IP3 y DAG. A su vez se diferencian diferentes receptores de esta familia en función de su afinidad por agonistas y su respuesta:

a) Los receptores α1A, con mayor afinidad por la noradrenalina que por la adrenalina. Están presentes en los vasos deferentes y en el cerebro.

b) Los receptores α1B, también con mayor afinidad por la noradrenalina que por la adrenalina. Se encuentran en el hígado (relacionados con la glucogenolísis) y el cerebro.

c) Los receptores α1C, con la misma afinidad por la noradrenalina que por la adrenalina, y que además de activar a la PLC también activan a la PLA2 (fosfolipasa A2). Están presentes en el bulbo olfatorio.

d) Los receptores α1D, también con la misma afinidad por la noradrenalina que por la adrenalina, y que además de activar la PLC activan la PLD (fosfolipasa D). Presentan la misma distribución que los receptores α1A, por tanto vasos deferentes y cerebro.

2. La familia α2 media procesos inhibitorios tanto presinápticos como postsinápticos. Actúan a varios niveles, están acoplados a proteína Gi, y por tanto disminuyen la actividad de la adenilato cilclasa, bajando en última instancia los niveles de AMPc; bajan la permeabilidad de los canales de Ca2+, y facilitan la apertura de los canales de K+ (sobretodo los presinápticos). Se han descrito tres receptores en esta familia, los receptores α2A, α2B y α2C, todos ellos con algo más de afinidad por la noradrenalina que por la adrenalina. Presentan la siguiente distribución:

a) El receptor α2A se encuentra en la aorta y el cerebro.

b) El receptor α2B se localiza en el hígado y el riñón, y por tanto no se distribuye por el cerebro.

c) El receptorα2C se localiza exclusivamente en el cerebro.

3. Por último la familia β está compuesta por receptores facilitadores tanto presinápticos como postsinápticos. Están acoplados a la proteína Gs, y en consecuencia actúan activando la adenilato ciclasa, aumentando los niveles de AMPc. Los tres receptores de esta familia se caracterizan por tener más afinidad por el isoproterenol que por la noradrenalina o la adrenalina:

a) Los receptores β1 tienen la misma afinidad por la noradrenalina que por la adrenalina, y en cualquier caso menor que por el isoproterenol. Se distribuye en el corazón y el cerebro.

b) Los receptores β2 tienen más afinidad por el isoproterenol que por la adrenalina, y a su vez mas que por la noradrenalina. Se localiza en el pulmón y el cerebro.

c) Los receptores β3 tienen más afinidad por el isoproterenol que por la adrenalina, y carecen de afinidad por la noradrenalina. Estos receptores no existen en el cerebro, y tan sólo se han descrito sistémicamente en la grasa parda.

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2.1 Estructura general de los receptores de noradrenalina

Todos los receptores de noradrenalina son receptores metabotrópicos, y por tanto tienen siete pasos transmembrana, el dominio C-t intracelular y el dominio N-t extracelular y glicosilado. La unión con los agonistas competitivos tiene lugar en unos residuos serina y aspartato presentes en el segundo loop extracelular, entre los pasos transmembrana cuatro y cinco. Además de estas características generales destacan algunas específicas para las familias α2 y β:

1. La familia α2 se caracteriza estructuralmente por tener un dominio C-t intracelular muy largo, así como el tercer loop intracelular, i3, corto. Como en el resto de receptores noradrenérgicos los lugares de fosforilación son los loop intracelulares i2 e i3.

2. La familia β presenta un dominio C-t intracelular extremadamente largo y un tercer loop intracelular i3 largo. Obviamente sus lugares de fosforilación también son los loop intracelulares i2 e i3.

2.2 Desensibilización de los receptores de noradrenalina

Cuando estos receptores están sometidos a hiperactividad sufren desensibilización y descenso en su número. Existen dos tipos de desensibilización, ambos implicados en la desensibilización de los receptores noradrenérgicos, y ambos relacionados con procesos de fosforilación intracelulares:

1. La desensibilización homóloga se produce cuando el receptor está durante largo tiempo sometido a la acción de un agonista, y por tanto es la que supone la respuesta la la hiperactividad. En el caso de los receptores noradrenérgicos la fosforilación viene de proteínas directamente activada por la proteína G (GPCR), como por ejemplo la βARK. Esta fosforilación en la desensibilización homóloga a un proceso de secuestro de receptores, que a su vez podrán degradarse en la vía lisosomal o reciclarse, volviendo a la membrana.

2. La desensibilización heteróloga de un receptor se produce cuando dicha desensibilización es la respuesta de la acción sobre otro receptor. Para el caso que nos ocupa se debe a la fosforilación por PKA y/o PKC, debida a la activación en general de heteroreceptores.

3. Vías nerviosas noradrenérgicas El locus ceruleus es el núcleo noradrenérgico más

importante del cerebro, está situado en la porción alta de la protuberancia y de él parten casi todas las vías de noradrenalina del sistema nervioso central. Presenta unos 2.000 somas de neuronas del sistema noradrenérgico que confieren a la región un color oscuro debido a la polimerización de L-DOPA en neuromelanina. Se distinguen dos vías princpales noradrenérgicas:

1. El haz tegmental dorsal, que proyecta:

a) Ascendentemente hacia el cerebelo por un lado, y a las zonas más rostrales del sistema límbico (hipocampo, amígdala y septum medial) y toda la corteza cerebral por otro. Esta es la vía más importante de este sistema, y controla procesos

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Ilustración 17: Vías noradrenérgicas


cognitivos, de alerta..., concretamente la amígdala está principalmente inervada por neuronas noradrenérgicas, controlando el miedo y la ansiedad.

b) Descendentemente hacia la médula espinal, donde controla los ganglios del sistema nervioso autónomo.

2. El tracto tegmental ventral, que proyecta:

a) Ascendentemente hacia el hipotálamo, y a partir de aquí las vías noradrenérgicas se unen a las dopaminergicas y forman el haz prosencefálico medial, relacionado con procesos de recompensa. La inervación del hipotálamo controla la toma de alimento por inervación del centro de la saciedad, y además participa en la regulación neuroendocrina del mismo hipotálamo, es decir la liberación de factores hipotalámicos; en este sentido las neuronas de noradrenalina tienen receptores de hormonas, con lo que destaca una relación recíproca con las hormonas.

b) Descendentemente inerva casi todos los ganglios simpáticos de la médula espinal, además de las astas medulares (donde controla la nocicepción).

3.1 Funciones de las vías noradrenérgicas

Destacan las siguientes funciones:

1. Modulación de los estados de miedo, ansiedad y alerta, debido a haz tegmental dorsal ascendente en su inervación del límbico, y sobretodo de la amígdala. De esta manera, estados de miedo, ansiedad o incluso fobias implican hiperactividad del locus ceruleus en circuitos que inervan la amígdala.

Si se dan descargas suaves en el locus ceruleus a un animal, este entra en alerta (abre los ojos, presenta movimientos estereotipados...); si se incrementan las descargas se llega a una respuesta de pánico o miedo, y el animal retuerce las manos, se arranca los pelos... En estas experiencias vemos que el locus ceruleus está relacionado con las funciones de alerta y defensa, y por tanto implicará respuestas somatosensoriales con aferencias subsiguientes de la corteza al estriado como cambios en la actividad pulmonar, cardiaca, diametro de los vasos...

2. La noradrenalina también tiene un papel importante como bloqueante del sueño. Neuronas noradrenérgicas de la protuberancia hacen sinapsis inhibitorias con interneuronas colinérgicas (que en una vía descendente provocaban atonía muscular) y neuronas colinérgicas (que en una vía ascendente provocaban el paso del alto voltaje a bajo voltaje en el encefalograma, y por tanto el paso de sueño no REM a sueño REM) inductoras del sueño. Por tanto la actividad de la noradrenalina a este nivel es bloquear al paso al sueño REM, y a su vez su acción está controlada por unas neuronas GABAérgicas que regulan todo el proceso.

3.2 Vías noradrenérgicas y psicosis

Este sistema está también relacionado con las psicosis afectivas, y por ello el descenso del tono noradrenérgico es una diana que comparten ansiolíticos y antipsicóticos. Clásicamente la reserpina (que compite por el VMAt con la dopamina) se utilizaba para bajar la presión sanguínea, pero se observó que también provocaba cambios en el comportamiento emocional causando estados de depresión que se relacionaron con el descenso de los niveles de este neurotransmisor. Y a la inversa, el aumento del tono de noradrenalina se ha relacionado con estados psicóticos.

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Por tanto esto nos lleva a cambios en los patrones de actividad del locus ceruleus, que a su vez pueden deberse a varias causas:

• El aumento en la actividad del locus ceruleus puede deberse a hiposinsibidad de los autoreceptores α2 (presentes en soma o dendritas), a hipersensibilidad de los receptores postinápticos, principalmente α1, o a un incremento de la función de los sistemas activadores, como los basados en glutamato, acetilcolina o sustancia P.

• Un descenso en la actividad del locus ceruleus generalmente es producida por la sobreactividad del GABA, las endorfinas o la glicina.

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TEMA 5: CATECOLAMINAS III – ADRENALINA

1. Generalidades del sistema adrenérgico

1.1 Biosíntesis y metabolismo

La adrenalina tiene escasa importancia en el cerebro. Se forma a partir de la noradrenalina por la acción de una enzima citosólica feniletanolamina N- metiltransferasa, que dona al grupo amino de la primera un grupo metilo en presencia del donador de grupos metilo por excelencia, la S- adenosilmetionina (que en la catálisis pasa a S- adenosilhomocisteína). Por tanto, la síntesis comienza en la tirosina, que pasa a L-DOPA en un paso catalizado por la tiroxina hidroxilasa (cuya actividad está controlada por sus niveles de reducción y fosforilación); la L-DOPA es transformada a dopamina por la DOPA descarboxilasa, y aquí termina la ruta común entre dopamina y adrenalina. Posteriormente la dopamina pasa a noradrenalina en el interior vesicular (o en el mismo transporte) por la dopamina β hidroxilasa, y por último la feniletanolamina N- metiltransferasa cataliza la metilación que genera la adrenalina en el citosol, para la cual la noradrenalina ha de salir de las vesículas utilizando para ello el mismo transportador que utilizó para entrar en forma de dopamina, el VMAt. Aunque el último paso de su síntesis requiere la salida del precursor al citosol, la adrenalina tendrá que volver inmediatamente al interior vesical utilizando de nuevo el VMAt para evitar la acción de la MAO, que implicaría el comienzo de su metabolismo. Como sucedía con el resto de catecolaminas, dentro de las vesículas también la adrenalina forma sales con ATP, y la carga está estabilizada debido a cromoproteínas.

Una vez es secretada a la brecha, la limpieza de la hendidura se produce mayoritariamente por recaptura a través del mismo transportador que la noradrenalina (el NET) u otros diferentes, pero en general de gran afinidad. Estos transportadores se encuentran en el terminal de las neuronas adrenérgicas y en la glía, y una vez en el interior de estas células la adrenalina es metabolizada de forma similar a la noradrenalina, con concurso de la MAO y la COMT.

1.2 Receptores de adrenalina

Este neurotransmisor se une a en general a receptores postsinápticos de la noradrenalina, a saber, receptores α1, receptores α2, y β, donde concretamente los receptores β2 sólo tienen afinidad por la adrenalina.

2. Vías nerviosas adrenérgicas En el tronco cerebral existen tres núcleos adrenérgicos:

• El núcleo C1, ventral, de donde parten las vías ascendentes que llegan al tálamo ,al hipotálamo, al tracto solitario y al núcleo motor dorsal del vago.

◦ A nivel del hipotálamo la adrenalina controla la secreción de hormonas hipofisiarias, los centros de la sed y la

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Ilustración 18: Núcleos adrenérgicos


alimentación y los centros termoreguladores.

◦ En el núcleo motor dorsal del vago la adrenalina modula los mecanismos nerviosos que controlan la respiración y la presión arterial.

• Los núcleos C2 y C3, dorsomediales, de donde parten las vías descendentes que invervan la cadena lateral del sistema nervioso simpático y toda la sustancia gris de la médula.

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TEMA 6: SEROTONINA

1. Generalidades del sistema serotoninérgico El sistema serotoninérgico es la diana de casi todos los fármacos

que palían las alteraciones psiquiátricas como las psicosis, la depresión, la ansiedad..., se trata de un sistema de gran complejidad tanto periférico como central, y con un gran número de receptores. Clásicamente se conocía su papel a nivel periférico, donde la liberan las plaquetas por su acción en la agregación plaquetaria y vasoconstrictora, pero dado que es una molécula hidrofílica ya se sospechaba que su presencia en el cerebro se debía a síntesis in situ, donde actualmente se la relaciona estrechamente con los procesos cognitivos y emocionales.

1.1 Biosíntesis y almacenamiento de serotonina

La serotonina se sintetiza en las neuronas serotoninérgicas a partir de triptófano, precursor aminoácido que atraviesa la barrera hematoencefálica a través del transportador de aminoácidos aromáticos neutros, también utilizado por la tirosina (precursora de las catecolaminas), y con la cual compite. Por tanto, si no hay equilibrio en los niveles de tirosina y triptófano puede favorecerse el tono de las catecolaminas o de la serotonina, según el caso. Una vez el triptófano entra en las células serotoninérgicas es sustrato de la triptófano hidroxilasa, que cataliza la hidroxilación del grupo indol en posición 5 del aminoácido, generándose así el 5- hidroxitriptófano, precursor inmediato de la serotonina. Precisamente la formación del 5- hidroxitriptófano es el paso más importante de la síntesis de serotonina, y la enzima, la triptófano hidroxilasa es el marcador más importante de las neuronas serotoninérgicas. Para la catálisis requiere la presencia de cofactor tetrahidrobiopteridina o BH4 (reducido), y oxígeno molecular, O2, que tras la catálisis quedarán en forma del cofactor oxidado, BH2, y H2O. En conjunto queda el siguiente esquema:

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Ilustración 19: Serotonina

Ilustración 20: Síntesis de serotonina


Triptófano + O2 + BH4 → 5- hidroxitriptófano + H2O + BH2

La enzima está subsaturada, y por tanto cuanto más triptófano haya más serotonina se genera, y dado que los niveles de triptófano siguen un un ritmo circadiano, también lo hace la síntesis del neurotransmisor. Una diferencia esencial con las catecolaminas es que el 5- hidroxitriptófano no ejerce ningún control negativo sobre la acción de la enzima implicada en su catálisis, es decir, la triptófano hidroxilasa, aunque destacan ciertas homologías entre la tirosina hidroxilasa y la triptófano hidroxilasa, sobretodo en las regiones donde reside la actividad catalítica, la cadena carboxilo temporal y la posición central. Difieren notablemente no obstante en el dominio N-t, donde tiene lugar la unión del sustrato.

Una vez sintetizado el 5- hidroxitriptófano la aminoácido aromatico descarboxilasa, una enzima citosólica no específica, lo descarboxila, formando la indol alquil amina serotonina, también denominada 5- hidroxitriptamina (5- HT). La serotonina recién sintetizada ha de almacenarse rápidamente en vesículas, escapando así de la acción catalítica de la MAO,y para ello utiliza el transportador vesicular de monoaminas o VMAt, que se sirve de un gradiente electroquímico de H+ generado por una ATPasa. Una diferencia esencial entre las vesículas de las neuronas serotoninérgicas y de otras monoaminas como las catecolaminas es que no concienen ATP en su interior ni cromoproteínas para estabilizar la carga, sino una proteína denominada SBP.

1.2 Liberación y recaptura de serotonina

El proceso de exocitosis es típicamente dependiente de Ca2+. Una vez liberada en la brecha la serotonina se une a receptores específicos, tras lo cual deberá ser rápidamente retirada de la hendidura. Esto al parecer tendrá lugar exclusivamente por recaptura, y parece ser que que sólo existe la proteína de recaptura o SERT en las propias neuronas serotoninérgicas. Como el NET y el DAT, el SERT tiene 12 pasos transmembrana, y los grupos N-t y C-t intracelulares, y concretamente el N-t extremadamente largo. Presenta lugares de glicosilación en el segundo loop extracelular, y residuos susceptibles de fosforilación en las cadenas N-t, C-t y el segundo loop intracelular.

El SERT presenta importantes homologías tanto estructurales, sobretodo en los pasos transmembrana, como funcionales, con el DAT y el NET. Así, se trata de un receptor de alta afinidad, saturable, sensible a la temperatura y que realiza un simporte de Na+ y Cl-. Como los transportadores de catecolaminas su actividad está coordinada con la actividad neuronal debido a los procesos de fosforilación, con implicación de la PKA y la PK dependiente de Ca2+/ calmodulina, que se dan durante la despolarización y mantienen inactivos los transportadores. Con la repolarización se activarán las fosfatasas, que reactivaran los transportadores.

1.3 Reciclaje y metabolismo de serotonina

Una vez la serotonina es internada en las neuronas puede seguir dos vías:

• Volver a unirse al VMAt, y de este modo reciclarse en nuevas vesículas de secreción.

• O metabolizarse.

En el último caso, el metabolismo, la serotonina sigue rutas muy sencillas que comienzan con el concurso de la MAO A (con preferencia por la serotonina), que produce la desaminación oxidativa generándo así el metabolito 5- hidroxi indol acetaldehido.

Serotonina (5- hidroxitriptamina) → 5- hidroxi indol acetaldehido

A partir de este punto el 5- hidroxiacetaldehido puede seguir dos rutas diferentes:

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1. Una ruta oxidativa, donde la aldehido deshidrogenasa oxida el grupo aldehido del 5- hidroxi indol acetaldehido al ácido correspondiente, el ácido 5- hidroxi indol acético (5- HIAA), el metabolito más importante del ssitema nervioso central, que permite calcular el turnover del sistema serotoninérgico como el cociente entre 5- HIAA/ 5- HT.

2. O una ruta reductora, donde la aldehido reductasa con concurso de NADH reduce el aldehido del 5- hidroxi indol acetaldehido al grupo hidroxilo del 5- hidroxi triptofol, también un metabolito destacable del sistema nervioso central.

La decisión entre una vía u otra depende de la relación NAD+/ NADH, aunque a nivel general en función de este conciente es mayoritaria la ruta oxidativa.

2. Receptores de serotonina 1. Dentro de la familia 5- HT1, el más importante es el 5- HT1A, un receptor metabotrópico

acoplado a proteína Gi, por tanto inhibitorio, principalmente presináptico, a nivel tanto somatodendrítico en los núcleos del Rafe y a nivel terminal en todo el sistema límbico. Su activación implica dos respuestas principales:

a) Bloquea la actividad de la adenilato ciclasa, y por tanto disminuye la producción de AMPc. Esta respuesta se da sobretodo en los receptores presentes en el sistema límbico, y por tanto en los terminales nerviosos, donde disminuye la liberación y aumenta la recaptura de serotonina (al inactivar la adenilato ciclasa disminuyen los niveles de PKA activa, y por tanto se favorece que el SERT esté activo).

b) Facilita la apertura de canales de K+, implicados en la hiperpolarización de la membrana. Esto acontece principalmente a nivel somatondendrítico, en los núcleos del Rafe, y disminuye la síntesis de serotonina.

Otros receptores de la familia 5- HT1 se localizan en otras regiones donde actúan principalmente a través de inhibir la adenilato ciclasa, por ejemplo en los ganglios basales regulan la actividad motora del individuo.

2. Los 5- HT2 son receptores metabotrópicos activadores, acoplados a proteína Gq, y que por tanto activan PLC (fosfolipasa C) que producirá los segundos mensajeros DAG e IP3. Destacan los siguientes receptores:

a) El receptor 5- HT2A, localizado en corteza y estriado.

b) El receptor 5- HT2C, presente en los plexos coroideos donde regula el volumen y composición de los líquidos cefaloraquídeos.

3. La familia 5- HT3 incluye varios receptores ionotrópicos facilitadores, tanto heteroreceptores como postsinápticos, de estructura pentamérica (como los receptores nicotínicos) y que constituyen canales de cationes, permeando principalmente Ca2+, Na+ y K+. Se han descrito dos subunidades para estos receptores, la 5- HT3A y la 5- HT3B, al parecer la subunidad 5-HT3A es similar a la subunidad α de los receptores nicotínicos, y aunque clásicamente se pensaba que debían ser homodiméricos para ser funcionales, en la actualidad se acepta que existen combinaciones de las dos subunidades.

Se localizan en los núcleos del tronco encefálico (sobretodo en el área póstrema) y en la

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Ilustración 21: Ácido 5- hidroxi indol acético


médula espinal, en gran medida como heteroreceptores en neuronas GABAérgicas, dopaminérgicas, colinérgicas..., donde facilitan la liberación del neurotransmisor en cuestión:

a) En el área póstrema facilita la liberación de dopamina.

b) En la médula espinal median procesos nociceptivos, posiblemente facilitando la liberación de sustancia P.

4. Los receptores 5- HT4, 5-HT6 y 5- HT7 tienen mecanismos de acción similares, todos ellos son facilitadores debido a que están acoplados a proteína Gs, y por tanto activan la adenilato ciclasa e incrementan los niveles de AMPc.

a) La familia 5- HT4 se encuentra como heteroreceptor en neuronas dopaminérgicas en corteza e hipocampo, y por tanto facilita procesos cognitivos, sobretodo memoria a corto y largo plazo.

b) La familia 5- HT6 tiene gran importancia en el comportamiento emocional debido a que está presente en el núcleo accumbens, los núcleos olfatorios, el estriado, la corteza... Casi todos los fármacos psicotrópicos lo tienen como diana, y por ejemplo tienen gran afinidad por el LSD.

c) Los receptores 5- HT7 se localizan en el núcleo supraquiasmático hipotalámico, donde está implicada en la regulación de los ciclos circadianos.

2.1 Farmacología de los receptores de serotonina

1. Los receptores 5- HT1A están implicados de diferentes formas en el descenso de la síntesis y liberación y en al aumento de recaptura de serotonina, y en general al disminuir la serotonina baja la ansiedad. Así, los fármacos que potencien su acción son ansiolíticos. También se ha relacionado altos niveles de ansiedad con un aumento del tono dopaminérgico y noradrenérgico, sin embargo paradógicamente estos bajan regulando el sistema serotoninérgico.

2. La familia 5- HT2, tanto en su subtipo 5-HT2A como en el 5- HT2C, tiene implicaciones similares a los receptores 5- HT6, a saber, gran afinidad por fármacos psicotrópicos como el LSD, y por tanto su activación provoca sintomatología esquizofrénica (en los esquizofrénicos la serotonina y la dopamina están a niveles muy altos). Los fármacos que los tienen como diana, junto al mismo recptor 5- HT6, son antagonistas, se conocen como antipsicóticos atípicos y producen reducción de los síntomas psicóticos, anergia y anhedonia.

3. Los receptores 5- HT3 tienen gran importancia en los tratamientos de cáncer con quimioterapia. Estos tratamientos facilitan la liberación de serotonina por las células enterocromafines, que difunde a nivel central y activa los centros quimioreceptores a nivel hipotalámico, donde precisamente se encuentran los receptores 5- HT3, que desencadenan vómitos y nauseas. Por tanto estos receptores median la acción facilitador a de la serotonina sobre el centro hemético, y por tanto los fármacos coadministrados en estos tratamientos son antagonistas 5- HT3.

4. Los receptores 5- HT4 se encuentran como heteroreceptores, facilitando la liberación de dopamina en corteza y límbico, y su hiperactividad mediada por agonistas farmacológicos facilita los procesos cognitivos, como memoria a corto y largo plazo.

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2.2 Sistema serotoninérgico y depresión

En la depresión baja el tono del sistema serotoninérgico, pero también del noradrenérgico y el dopaminérgico. Para aumentar el tono de estos sistemas se utilizan iMAOs, que al disminuir su metabolismo aumenta los niveles de serotonina, dopamina y noradrenalina.

3. Vías serotoninérgicas Bajo el cuarto ventrículo existen nueve núcleos del Rafe donde se localizan casi todas las

neuronas serotoninérgicas, del B1 al B9:

• El B8 y el B9 integran los núcleos del Rafe mediales.

• El B6 y el B7 forman los núcleos de Rafe dorsales.

• Los núcleos del B1 al B5 son más caudales, y proyectan vías hacia el bulbo, la médula espinal (principalmente el B3) y el cerebelo.

Y desde estos núcleos se proyectan las diferentes vías serotoninérgicas:

1. Las vías ascendentes parten de los núcleos del Rafe mediales y dorsales, e inervan en general todas las estructuras del cerebro anterior:

a) Los núcleos del Rafe dorsales (B6 y B7) inervan áreas del control motor (sobretodo el estriado), el hipotálamo, tálamo y corteza.

b) Los núcleso del Rafe mediales (B8 y B9) inervan principalmente las estructuras límbicas, y además las áreas del control motor (destacando también el estriado), el hipotálamo, el tálamo y la corteza, como los dorsales.

Hay una importante interacción nerviosa entre los núcleos dorsales y mediales, que regulan su actividad, y además a ellos llegan aferencias de los principales sistemas moduladores:

a) De vías dopaminérgicas que parten del área tegmental ventral.

b) De vías colinérgicas con origen en el núcleo vestibular.

c) De vías noradrenérgicas del locus ceruleus.

2. La vía cerebelar parte de los núcleos caudales (B1 – B5) y se proyecta al cerebelo.

3. La vía propiobulbar, que parte también de los núcleos caudales (B1 – B5) y se proyecta al bulbo.

4. Por último la vía medulo espinal, que parte sobretodo de B3 e inerva la médula.

3.1 Núcleos del Rafe dorsales

Como ya se ha dicho incluye los núcleos B6 y B7, e inerva al estriado, el tálamo, el hipotálamo, la corteza, y en baja medida también el límbico. Sus fibras son muy finas, con varicosidades pequeñas, muy sensibles a neurotóxicos (si se administra el neurotóxico 5- 7- dihidroxitriptamina estas fibras pierden la función) y con gran presencia de los receptores 5- HT1A

(autoinhibitorios). Se denominan terminales tipo D (de dorsal).

1. En el estriado regula el comportamiento motor.

2. El el tálamo regula el flujo de las señales auditivas, táctiles y sensoriales implicadas en la sensación de dolor.

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3. En el hipotálamo participa en la regulación neuroendocrina, el control de los centros termoreguladores y de la ingesta, y dentro del núcleo supraquiasmático en la regulación circadiana.

4. En la corteza participa en la regulación del sueño/ vigilia.

3.2 Núcleos del Rafe mediales

Este grupo integra los núcleos B8 y B9, e inervan el sistema limbico, el estriado, el tálamo, el hipotálamo y la corteza. Sus fibras son gruesas, muy mielinizadas, con grandes varicosidades, resistentes a neurotóxicos y prácticamente exentas de autoinhibición; se denominan fibras M.

1. En el sistema límbico participan en el control de las emociones y de procesos cognitivos (sobretodo la memoria).

2. En la corteza modula procesos cognitivos (a diferencia de los dorsales, que controlaban el sueño/ vigilia)

3. En el hipotálamo, como los núcleos dorsales controlan la ingesta, la secreción hormonal y los ritmos circadianos (en el núcleo supraquiasmático).

3.3 Funciones de las vías serotoninérgicas

Los núcleos del Rafe tiene una descarga lenta y más o menos regular de 3 potenciales de acción/ segundo, debido a un periodo refractario largo. De esta forma mantienen el tono basal de actividad del sistema nervioso, a medida que aumenta el sueño baja la frecuencia de descarga, y en sueño REM se paraliza. Con esto coordina todas las actividades del sistema nervioso:

1. En cuanto a las funciones neuroendocrina, aumenta la liberación de ACTH, prolactina (PRL) y hormona de crecimiento (GH).

2. En lo referente a la ingesta alimentaria las implicaciones son complejas. Por un lado hay mucha bibliografía con PCP (inhibe la síntesis) y 5- 7- hidroxitriptamina (mata los terminales de las fibras D), y se ha descrito que tanto las alteraciones de los núcleos dorsales como mediales aumentan la toma de alimento. Funcionalmente estas vías activan el centro de la saciedad que inhibe al centro de la ingesta; con la disfunción de estas vías no se activa el centro de la saciedad, y por tanto no se inhibe el centro de la ingesta. Por otro lado se comprueba que si baja la recaptura de serotonina (aumentan los niveles de serotonina), o si se administran agonistas 5- HT2C disminuye la toma de alimento, habiendo un comportamiento anoréxico. La anorexia es más frecuente en hembras que en machos, y al parecer esto es debido a los niveles de estrogenos en interacción precisamente con el sistema serotoninérgico. Así los estrógenos modulan a la baja el número de SERT presentes en el cerebro.

3. También están implicados en la regulación de la sensación dolorosa a dos niveles:

a) Las vías que parten del núcleo del Rafe dorsal e inervan el tálamo controlan el flujo de señales sensoriales dolorosas.

b) La vía medulo espinal está implicada en la nocicepción gracias a receptores 5- HT3, donde modulan la liberación de sustancia P.

4. Controlan los ritmos circadianos debido a las aferencias del hipotálamo, concretamente el núcleo supraquiasmático por los núcleos del Rafe dorsales y mediales.

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5. Regulan los patrones sueño/ vigilia, debido a las aferencias del núcleo del Rafe dorsal a la corteza. Esto se debe a que en condiciones de actividad tranquila y reposada muestran baja actividad, y en fase REM la actividad cesa.

6. Modulan pautas comportamentales, de esta forma los núcleos del Rafe dorsales en sus inervaciones al estriado inhiben la actividad motora, y el general un aumento del tono serotoninérgico baja la conducta sexual.

7. En el hipotálamo los núcleos del Rafe dorsales producen un control de la temperatura en los centros termoreguladores, aumentándola a través de receptores 5- HT2 y reduciéndola a través de receptores 5- HT1A.

8. Por último el tono serotoninérgico modula los estados de ánimo y percepción, participando en la ansiedad, la depresión y la esquizofrenia.

a) En la esquizofrenia están relacionados sobretodo los receptores 5- HT6, con gran implicación además del sistema dopaminérgico.

b) La ansiedad se relaciona con un aumento del tono serotoninérgico, de esta forma agonistas 5- HT1A son ansiolíticos y agoniastas 5- HT2 son ansiogénicos.

c) En la depresión se observan alteraciones de los sistemas noradrenérgico y serotonérgico.

4. Glándula pineal En la glándula pineal la serotonina es precursora de melatonina. De esta forma, tiene lugar

la biosíntesis de serotonina a partir de triptófano, pero una vez sintetizada será sustrato de la 5- hidroxitriptamina- N- acetiltransferasa, que transfiere al grupo amino del neurotransmisor un grupo acetil, generando N- acetilserotonina. Posteriormente la 5- hidroxiindol- O- metiltransferasa transfiere un grupo metilo al hidroxilo del grupo indol de la N- acetilserotonina, generando melatonina. La melatonina tiene numerosas actividades, como antioxidante, hipnótica y sedante. En vertebrados tiene función reproductora como antiandrogénico, bajando el deseo sexual generalmente en animales con reproducción estacional.

Sus niveles aumentan en oscuridad y disminuyen en luz, esto se debe a que la primera enzima de su porción de ruta exclusiva, la 5- hidroxitriptamina- N- acetiltransferasa se activa por fosforilación de la PKA, controlada por el sistema noradrenérgico. Con la acción de la luz en la retina baja el tono del sistema noradrenérgico hacia la glándula pineal y viceversa, donde existen receptores α1 y β acoplados a Gs, y por tanto responsables de la activación de la adenilato ciclasa, y por tanto de la actividad de la PKA. Secuencialmente cuando hay baja el sistema noradrenérgico y por tanto la PKA no está activa, y no se sintetiza melatonina; por contra, en ausencia de luz la PKA está activa y facilita la ruta de formación de melatonina. Así, en animales con reproducción estacional son susceptibles al descenso de luz invernal que aumentan su tono de melatonina, con el consiguiente efecto gonadotrópico.

En los humanos con la oscuridad aumenta la melatonina, y por tanto explica su papel sedante e hipnótico.

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TEMA 7: HISTAMINA

1. Generalidades del sistema histaminérgico

1.1 Biosíntesis, almacenamiento y eliminación de la hendidura sináptica

A nivel periférico es producida por las glándulas grásticas, macrófagos y basófilos; y a nivel central es producida por neuronas histaminérgicas. Se trata de una amina con un grupo imidazol, sintetizada en un solo paso de descarboxilación a partir de la L- histidilna por la histidil descarboxilasa. A su vez L-histidina accede al sistema nervioso central por medio de transportador de aminoácidos aromáticos neutros, compitiendo por la entrada por la tirosina de las catecolaminas y el triptófano de la serotonina. Los niveles de histamina dependen de la cantidad de sustrato y de la actividad de la hitidil descargoxilasa, por tanto la enzima está en niveles subsaturantes y aumenta su eficacia catalítica al ser fosforilada por PKA. El producto de la ruta, la histamina, no ejerce ningún efecto directo en su producción, aunque si cabe destacar una acción indirecta por unión a autoreceptores presinápticos, concretamente a los H3, que controlan la descarga y producción de histamina.

A medida que se sintetiza la histamina debe ser inmediatamente introducida en vesículas para evitar su degradación, para ello se sirve del VMAt2, tal y como ya vimos con el resto de monoaminas, un transportador que realiza un simporte con H+ que a su vez implican la acción de una ATPasa.

En cuanto a la recaptura, no se le conoce transportador de recaptura en células nerviosas, por tanto en lo que a estas respecta ha de ser metabolizada en la brecha sináptica; si existe sin embargo un transportador de recaptura a nivel glial.

1.2 Metabolismo de la histidina

A nivel del sistema nervioso será sustrato de la Histamina metiltransferasa, que metilará en presencia de S- adenosin metionina al neurotransmisor en la posición 2 del grupo imidazol, generando así tele- metilhistamina.

Histamina + S- adenosil metionina → tele- metilhistamina + S- adenosil homocisteína

Ahora la tele- metilhistamina es sustrato de la MAO B, ligada a las membranas de las mitocondrias de la glía dando el tele- metilimidazol ácido acético (t- MIAA) (previo un paso de fomación del aldehido correspondiente, el tele- metilimidazol acetaldehido), el principal metabolito del sistema histaminérgico central. Por tanto el turnover del sistema, que mide la actividad de las neuronas histaminérgicas es el cociente entre tele- metilimidazol ácido acético/ histamina.

Tele- metilhistamina → tele- metilimidazol ácido acético

En el sistema nervioso periférico se da otra vía, que comienza con la acción de la diamino

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Ilustración 22: Síntesis y metabolismo de la histamina


oxidasa, que desamina oxidativamente al neurotransmisor formando imidazol ácido acético (IAA) (previo un paso de formación de imidazol acetaldehido). Sin embargo se ha visto que también hay imidazol ácido acético en el cerebro, para lo que se plantean dos hipótesis:

• El imidazol ácido acético podría atravesar la barrera hematoencefálica.

• Podría haber una transaminación de la histidina, que generaría imidazol pirúvico, y este el imidazol ácido acético. En este sentido el turnover más correcto para el sistema sería (tele- metilimidazol ácido acético + imidazol ácido acético)/ histidina.

Los propios metabolitos del sistema histaminérgico son capaces de regular la actividad GABAérgica:

1. El imidazo ácido acético en el sistema nervioso central aumenta el tono del sistema GABAérgico a través de dos estrategias:

a) Se une a los transportadores GABAérgicos, inhibiendo la recaptura del neurotransmisor inhibitorio.

b) También puede unirse a los mismos receptores de GABA generando cambios alostérico que aumentan la afindiad por las benzodiacepinas, que a su vez potencian la apertura de los receptores ionotrópicos de GABA (GABAA).

2. El tele- metilimidazol ácido acético baja la afinidad del receptor GABAA por las benzodiacepinas, disminuyendo por tanto la actividad GABAérgica.

1.3 Pools de histamina

En el organismo hay dos pools de histamina, debido a su presencia central y sistémica:

• Un pool de turnover lento y constante debido a la síntesis de los mastocitos.

• Un pool de turnover alto y con constante, correspondiente a la actividad neuronal.

2. Receptores de histamina Se han descrito cuatro tipos de receptores de histamina, todos ellos metabotrópicos:

• Dos despolarizantes y siempre postsinápticos, el H1 y H2:

◦ El receptor H1 está acoplado a proteína Gq/11, y por ende activa la PLC (fosfolipasa C) que rompe el PIP2 en DAG e IP3. Se encuentra en hipotálamo, tálamo y corteza.

◦ El receptor H2 está acoplado a proteína Gs, activa la adenilato ciclasa y se encuentra principalmente en corteza.

• Dos inhibidores, el H3 y H4:

◦ El receptor H3, situado tanto presináptico como postsináptico está acoplado a proteína Gi, siendo su respuesta la inhibición de la adenilato ciclasa, que a su vez baja los niveles de AMPc y consiguientemente bloquean la actividad de la PKA. Se trata de un receptor con múltiples implicaciones, a nivel presináptico modula a la baja la actividad de la hitidil descarboxilasa, disminuyendo la síntesis de histamina, y también se puede encontrar como heteroreceptor en otras neuronas monoaminérgicas y colinérgicas, disminuyendo en todas ellas la exocitosis; además tiene gran implicación en la retención de la memoria, pues potencia las rutas de las MAP kinasas y se encuentra en las células

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piramidales de CA3.

◦ El receptor H4 también está acoplado a proteína Gi, principalmente a nivel postsináptico, y se encuentra fundamentalmente en el hipocampo.

3. Vías histaminérgicas Los somas de las neuronas histaminérgicas se encuentran en los núcleos tuberomamilares

del hipotálamo posterior, y de ahí se proyectan vías ascendentes, hacia el cerebro anterior, y descendentes:

1. Las vías ascendentes inervan todos los núcleos del hipotálamo, el núcleo de la banda diagonal, el séptum lateral, el estriado, el cortex, el sistema límbico (con gran inervación del hipocampo y el núcleo accumbens) y la sustancia nigra en menos cantidad.

2. Las vías descendentes, que inervan el bulbo y la médula.

3.1 Funciones de las vías histaminérgicas

1. En la toma del alimento la histamina suprime el apetito activando el centro de la saciedad a través de receptores H1, de hecho pare que la leptina media su función a través de la histidina. Como ya vimos la serotonina por otro lado activa el núcleo del hambre.

2. En el hipotálamo regula la secreción de ACTH y β-endorfinas (sensación de placer), y la de hormonas hipofisiarias, como la oxitocina y la vasopresina.

3. También está implicada en los ciclos sueño/ vigilia. Hay una descarga muy grande a través de receptores H1 en las neuronas histaminérgicas al despertar, y a medida que aumenta la sensación de sueño se comprueba que disminuyen su actividad. Posiblemente esto se deba al efecto de neuronas GABAérgicas. Esto explica el efecto sedante e hipnótico de los antistamínicos, que como antagonistas bloquean los receptores H1 y la histamina no mantiene el estado de vigilia. Los antistamínicos de nueva generación no atraviesan la barrera hematoencefálica y su acción está restringida al sistema periférico.

4. También interviene en la función antinociceptiva, producida a través de los receptores H1,

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Ilustración 23: Receptores de histamina


y sobretodo los H2. Parece ser que la histamina media el efecto de la morfina, así los opioides como la morfina liberan histamina que se une a H2 y disminuyen la percepción dolorosa. En consecuencia tiene gran importancia en los efectos antinociceptivos del estrés. Además, como ya se sabe a nivel periférico está implicado en las sensaciones de dolor e inflamación

3.2 Implicaciones patológicas de la histamina

Actualmente se está estudiando la relación entre la histamina y determinadas patologías como el Alzheimer, el síndrome de Down, la esclerosis múltiple... en estas patologías puede actuar de varias maneras:

• Indirectamente, mediante cambios vasculares de la irrigación cerebral.

• Directamente, a través de su unión a receptores de NMDA, donde al parecer potencial la acción del glutamato, aumentando la respuesta, lo que en ciertas condiciones puede implicar excitotoxicidad.

Además, como ya se citó está implicado en procesos de aprendizaje (a través de receptores H1) y consolidación de la memoria (mediante receptores H3).

4. Farmacología del sistema histaminérgico 1. Los fármacos más utilizados que interaccionan con este sistema son los antihistamínicos

contra alergias, que debido al bloqueo de receptores H1 producen también respuestas de sedación.

2. Los antidepresivos tricíclicos, además de sus efectos en otros sistemas monoaminérgicos bloquean los receptores H1, y por tanto impiden la actividad del centro de la saciedad, y estimulan el apetito. En este sentido también se pueden utilizar fármacos antagonistas selectivos H3, que aumentan la liberación de histamina (impidiendo el bloqueo que ejerce H3), y por tanto estimulan la saciedad.

3. Se utilizan agonistas H3, disminuyen el tono histaminérgico, en alteraciones de sueño por sus efectos sedantes, y en desórdenes cognitivos por sus efectos en la consolidación de la memoria a través de las MAP kinasas.

4. En la epilepsia se utilizan antagonistas histaminérgicos.

5. Por último se emplean agonistas H2 para paliar la percepción del dolor.

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TEMA 8: NEUROTRANSMISORES AMINOACÍDICOS INHIBIDORES I – GABA

1. Generalidades de los neurotransmisores aminoacídicos Existen dos grandes grupos de neurotransmisores aminoácidos:

• Neurotransmisores aminoácidos inhibitorios, donde se encuentran el GABA y la glicina.

• Neurotransmisores aminoácidos excitatorios, con el glutamato,

2. Generaliades del sistema GABAérgico Fue descubierto en 1950 en el sistema nervioso central, donde presenta una gran ubiquidad y

grandes concentraciones, hasta tal punto que en el tálamo hablamos de concentraciones de μM/l, unas 1000 veces superior a las monoaminas. Se ha relacionado con muchas patologías, como la ansiedad, la esquizofrenia, los desórdenes de sueños, enermedades motoras (Parkinson, Huntington...), alcoholismo...

2.1 Biosíntesis, metabolismo y almacenamiento

El precursor del GABA es la glucosa, que entra como piruvato en el ciclo de Krebs, uno de cuyos intermediarios es el α-cetoglutarato. El α-cetoglutarato por la acción de la GABA transaminasa es transaminado en la mitocondria a ácido glutámico, que por la acción de la GAD (principal marcador de las neuronas GABAérgicas) es descarboxilada a GABA o γ- ácido aminobutírico.

En lo referente al metabolismo, el GABA es transaminado por la GABA transaminasa a succinil semialdehido, que a su vez será oxidado al ácido correspondiente por la succinil semialdehido deshidrogenasa, el ácido succínico, en un paso en el que a su vez se reduce una molécula de NAD a NADH+. El ácido succínico es un intermediario del ciclo de Krebs, y por tanto se integra en su paso correspondiente del ciclo anfibólico.

A medida que el GABA se metaboliza, se favorece la síntesis de ácido glutámico, dado que ambos procesos están coordinados a nivel de la GABA transaminasa, o dicho de otra forma, metabolismo y síntesis están coordinados, lo que mantiene en equilibrio los niveles de GABA.

El 50% de la GAD está en forma de apoGAD, inactiva, y para activarse requiere estar saturada PLP (piridoxal 5'- fosfato o vitamina B6), con lo que pasa a la forma holoGAD, activa. Existen dos isoformas de GAD, codificadas por genes diferentes, que se diferencian en el tamaño molecular, en la secuencia de aminoácidos y en la localización celular:

• La GAD65 se encuentra en los terminales, y tiene gran afinidad por el GABA, y más

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Ilustración 24: Síntesis y metabolismo del GABA


afinidad que la GAD67 por el PLP. Forma el pool metabólico que es usado en condiciones normales.

• La GAD67 está a nivel somatodendrítico, y forma el pool de reserva, normalmente no activo.

El GAD65 por tanto es el relacionado con la síntesis del GABA vesicular, pero este neurotransmisor también se puede formar por la vía de la glutamina con concurso de los astrocitos. En la glía astrocitaria se encuentra la glutamina sintetasa, que sintetiza glutamina a partir de glutamato. Posteriormente la glutamina pasa a las neuronas mediante un transportador específico, y en las mitocondrias neuronales vuelve a glutamato por la acción de la glutaminasa. Ahora, como en la vía anterior la el glutamato es descarboxilada por la GAD a GABA. Cabe destacar que la glutamina sólo existe a nivel glial.

En cualquier caso el GABA a de ser transportado a las vesículas, y para ello utiliza un transportador específico de GABA, el VGAt. Con el aumento de los niveles de Ca2+ en el terminal se da la exocitosis del GABA a la brecha.

2.2 Recaptura de GABA

El proceso de limpieza de la brecha sináptica es generalmente por recaptura, que puede darse tanto en neuronas GABAérgicas como en astrocitos, y mediante diferentes transportadores que utiliza para vencer el gradiente un simporte de 3 a 1 Na+ (generalmente 2) y Cl-.

1. El GAT 1 se encuentra en el sistema nervioso central y principalmente en neuronas.

2. El GAT 2 se localiza en hígado, riñon y en el cerebro principalmente en astrocitos.

3. El GAT 3 se encuentra en hígado y cerebro, donde además parece ser que es importante en el desarrollo ontogénico.

4. El GAT 4 es el transportador neuronal por excelencia.

A modo de conclusión, en el cerebro adulto GAT 1 y GAT 4 son los transportadores neuronales principales, y el GAT 2 glial.

2.3 Recapitulación I – GABA y astrocitos

El GABA liberado en la brecha es capaz de entrar en los astrocitos entonces a través del GAT 2, en un simporte en el que también se internalizan 2 Na+ y 1 Cl-. Ya en el citoplasma de la célula glial el GABA es metabolizada gracias a la acción de la GABA transaminasa, generando succinil semialdehido. Posteriormente la succinil semialdehido deshidrogenasa oxida el succinil semialdehido a succinato, de forma paralela a la reducción de NAD a NADH+. El succinato entra en el ciclo de Krebs, de donde a su vez el α- cetoglutarato puede puede ser transaminado por la misma GABA transaminasa de forma paralela a la síntesis de succinil semialdehido en glutamato. Ahora el glutamato pasa a glutamina gracias a la glutamina sintetasa, que será transportada gracias a transportadores específicos a las neuronas donde a nivel mitocondrial da glutamato con el concurso de la catálisis por la glutaminasa. El glutamato sale de las mitocondrias y genera GABA gracias a la GAD.

Como se puede inferir en el metabolismo del GABA todos los metabolitos se reutilizan, no como sucede en las monoaminas y la acetilcolina antes vistos.

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2.4 Recapitulación II – GABA y neuronas

La recaptura en las neuronas se da por el GAT 1 y 4 principalmente, y dentro de las células nerviosas el neurotransmisor puede a su vez seguir dos vías:

1. Una vez recapturado en el citosol puede ser conducido directamente a las vesículas por la VGAt, y por tanto ser reciclado.

2. También puede seguir la vía del metabolismo mitocondrial, donde es transaminado a succinil semialdehido por la GABA transaminasa, que posteriormente es oxidado a succinato por la succinil semialdehido deshidrogenasa, que en última instancia pasa al ciclo de Krebs.

3. Receptores de GABA Se han descrito dos tipos de receptores de GABA:

• Los receptores ionotrópicos, entre los que se encuentran GABAA y GABAC, postsinápticos.

• Los receptores metabotrópicos, representados por el GABAB, tanto presinápticos como postsinápticos.

3.1 Receptores GABAA

Se trata de unos receptores postsinápticos con cinco subunidades similar a los receptores nicotínicos colinérgicos, normalmente con la estequiometría 2α2βγ y que constituyen un canal de Cl-, que pasa a favor de gradiente al interior hiperpolarizando la célula. Cada subunidad tiene 4 pasos transmembrana, con los dominios C-t y N-t extracelulares, siendo el C-t corto y el N-t muy largo. Como sucedía en los receptores nicotínicos el paso M2 de todas las subunidades define el poro del canal, y presenta aminoácidos neutros cargados positivamente para definir la especificidad de carga del poro. Este receptor puede sufrir sensibilización por fosforilación en las subunidades β y γ. El GABA, otros agonistas competidores como el muscimol, y los antagonistas competidores, típicamente la bicuculina, se unen a las subunidades β en el dominio N-t.

A su vez hay varios isómeros que cada subunidad:

• De α1 a α6, con altos niveles de la subunidad α1 en el hipocampo, y gran concentración de α6

en las células granulares cerebelosas.• De β1 a β4.

• De γ1 a γ3.

La combinatoria posible de todas estas subunidades de un gran número de posibles receptores de GABAA. Este receptor se caracteriza además por tener una modulación alostérica muy destacable que define la actividad del receptor en diferentes condiciones.

A) Modulación alostérica de los receptores GABAA

Existen diversos lugares donde se unen varios compuestos de forma alostérica, modulando la acción del receptor:

• Los agonistas inversos y el peptido DBI (inhibidor de benzodiacepinas) se unen a la subunidad α.

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• Las benzodiacepinas se unen a las subunidades α y β.

• Los barbitúricos, los neuroesteroides y el alcohol se unen a la subunidad β, y dado que todos ellos son hidrofóbicos se unen a la zona transmembrana.

1. Las benzodiacepinas, los barbitúricos, los neuroesteroides y el alcohol van a potenciar la actividad del receptor GABAA, aumentando el tiempo de apertura del canal en la permeación del Cl-. En consecuencia estas sustancias son ansiolíticos, sedantes, hipnóticos y antiepilépticos.

2. El peptido inhibidor del diazepam o DBI, convulsivantes como la picrotoxina, y la penicilina bajan la actividad del GABAA y por tanto son ansiogénicos. Cabe destacar los siguientes puntos característicos de estos compuestos:

a) Se encuentra gran concentración de DBI en personas con depresión.

b) La picrotoxina y otros compuestos afines producen convulsiones debido a que bloqean la acción inhibitoria del GABA.

c) La penicilina está cargada negativamente y es atraída por los aminoácidos con carga positiva del canal del GABA, donde quedan retenidos obstruyendo el canal.

En cualquier caso sólo hay modulación endógena por neuroesteroides y PBI.

B) Modulación alostérica por neuroesteroides

Los neuroesteroides son derivados reducidos de la progesterona y de la corticosterona que aumentan muchos la concentración en el cerebro en situaciones de estrés y durante el tercer trimestre de preñez. Precisamente el descenso de los niveles después del parto tiene un efecto ansiogénico que se correlaciona con los cuadros de ansiedad y depresión postparto.

C) Teoría de la GABA modulina para el mecanismo de acción de las benzodiacepinas

Según la teoría de la GABA modulina, en ausencia de benzodiacepinas la GABA modulina se une al receptor GABAA y limita la unión del GABA, disminuyendo la actividad de los receptores. En este sentido las benzodiacepinas facilitan la unión del GABA a su receptor compitiendo con la GABA modulina.

3.2 Receptores GABAB

Son receptores metabotrópicos tanto presinápticos como postsinápticos, en general inhibidores. Su mecanismo de acción varía en función de su localización:

• A nivel presináptico facilitan el cierre de canales de Ca2+, limitando sus niveles intracelulares y por tanto la liberación de neurotransmisores del terminal. De esta manera, como autoreceptores disminuyen la liberación de GABA, y como heteroreceptores disminuyen la liberación de glutamato, monoaminas y péptidos.

• A nivel postsináptico incrementa la permeabilidad del K+, produciendo hiperpolarización de la membrana que al parecer está relacionado con un aumento de la capacidad cognitiva.

3.3 Receptores GABAC

Los receptores GABAC son como los GABAA canales ionotrópicos permeables a Cl-. Se

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trata de canales homopentaméricos compuestos por la subunidad ρ. Se encuentra únicamente en la retina de vertebrados.

3.3 GABA y desarrollo

El GABA juega un papel fundamental en el desarrollo, donde se puede citar la siguiente secuencia de sucesos:

1. En E0 se inicia la gestación.

2. En E8 se inicia la diferenciación sexual del cerebro.

3. En E13 aparece el GABAA con un papel excitatorio.

4. En el nacimiento comienza la expresión de GABAB

5. En PN7 el GABAA comienza a ser inhibidor en detrimento de su carácter excitador.

6. En PN10 el GABAA es totalmente inhibidor, y coincide con a finalización del periodo crítico de diferenciación sexual del cerebro.

4. Vías GABAérgicas Generalmente las sinapsis GABAérgicas son conexiones de interneuronas o neuronas de

axones cortos. Como tales, sólo se conocen 4 vías:

1. Del estriado a la sustancia nigra.

2. De la sustancia nigra al tálamo.

3. Del núcleo tegmental ventral a la cortez prefrontal.

4. De las células de Purkinje al núcleo vetisbular y el cerebelo.

Además el sistema límbico esta considerablemente inervado por el sistema GABAérgico, sobretodo el hipocampo, el bulbo olfatorio y el cortex; y también destaca su presencia en el tallo cerebral, principalmente el bulbo.

El GABA aumenta mucho sus niveles postmorten.

4.1 Funciones de las vías GABAérgicas

Teniendo en cuenta su presencia en los ganglios basales (las dos primeras vías citadas) se deduce que el GABA tiene un papel importante en el comportamiento motor, que forma que alteraciones en este sistema pueden provocar patologías motoras, tanto Párkinson como Corea de Huntington.

También juega un papel importante en la instauración del sueño REM, así en la protuberancia hay interneuronas GABAérgicas que mantienen a neuronas noradrenérgicas/ serotoninérgicas inactivas, sin activar ni la vía ascendente (cambios en el encefalograma) ni descendente (atonía muscular) del sueño REM. Con la inactivación de las neuronas GABAérgicas, se desinhiben las neuronas noradrenérgicas/ sertoninérgicas y se proyectan las vías que desembocan en el sueño REM.

Además el sistema GABAérgico se encuentra asociado a otras patologías, por ejemplo en la esquizofrenia disminuye la actividad GABAérgica y en la epilepsia los niveles de la coenzima PLP son bajos (por tanto la actividad de la GAD disminuye y la producción de GABA es baja).

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TEMA 9: NEUROTRANSMISORES AMINOACÍDICOS INHIBIDORES II – GLICINA

1. Generalidades del sistema glicinérgico No se trata de un aminoácido esencial, de hecho interviene en el metabolismo de los

aminoácidos, de los ácidos nucleicos..., y también hay una serie de neuronas glicinérgicas que la sintetizan.

1.1 Biosíntesis, almacenamiento y recaptura de glicina

Hay dos vías de producción de glicina:

1. A partir de la serina por la acción de la serina deshidrogenasa, que directamente genera glicina.

2. Con glioxilato como precursor por una transaminación llevada a cabo por la glicina α- cetoglutarato transaminasa, en presencia de glutamato.

Una vez sintetizada se une a un transportador vesicular, similar al de GABA pero con 10 pasos transmembrana, que lo transporta al interior de las vesículas de secreción en contra de gradiente, sirviéndose de un antiporte de H+ generado por una ATPasa. Como el resto de neurotransmisores será liberado a la brecha en un proceso exocitótico dependiente de Ca2+, y la correspondiente limpieza de la brecha se da por recaptura tanto glial como neuronal. Se han clonado dos transportadores de glicina de alta afinidad:

• GLYT 1, presente principalmente en astrocitos.

• GLYT 2, localizado en neuronas.

Como el resto de proteínas de recaptura funcionan acoplados a un simporte de Na+ y Cl-, concretamente a razón de 2 Na+ y 1 Cl-. Una vez dentro de las células puede integrarse en distintas rutas metabólicas o puede reciclarse a vesículas de secreción.

2. Receptores de glicina La glicina se une a receptores específicos ionotrópicos que constituyen un canal de Cl-.

Estos receptores tienen una estructura pentamérica de subunidades α y β, cada una con un grupo N-t largo donde se une la glicina así como su antagonista por excelencia, la estricnina (utilizada como raticida). Existen cuatro isoformas de subunidad α, de la α1 a la α4:

• Las subunidades α1 y α3 aparecen en adultos.

• La subunidad α2 está presente durante el periodo neonatal.

Se han descrito también receptores de glicina homoméricos, pero exclusivamente de

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Ilustración 25: Síntesis de glicina


subunidades α.

Por último se ha observado que los receptores de glicina están asociados a gefirina, que a su vez interacciona con el citoesqueleto, y por tanto permite que los receptores estén estables a nivel de la membrana, y favorecen su agrupamiento.

3. Funciones del sistema glicinérgico La glicina se localiza principalmente a nivel de la médula espinal regulando las

motoneuronas, así con la entrada del sueño REM estas neuronas son activadas y producen la atonía muscular. De esta forma, con la administración de estricnina se inhibe la función glicinérgica que conducen a una serie de espasmos que pueden acabar con un fallo respiratorio.

También la glicina es un agonista de los canales NMDA que aumenta su frecuencia de apertura, y cuyo lugar de unión en estos canales no es sensible a estricnina. Se han propuesto dos hipótesis para el mecanismo de acción de este aumento de frecuencia de apertura:

1. Podría prevenir la desensibilización.

2. Pero lo más aceptado es que acorta el periodo de desensibilización, minimizando de esta manera directamente la frecuencia de descarga.

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TEMA 10: NEUROTRANSMISORES AMINOACÍDICOS INHIBIDORES – TAURINA

1. Generalidades del sistema taurinérgico La taurina es un aminoácido no esencial presente en todas las

células del organismo, y especialmente abundante en el sistema nervioso (sobretodo en el desarrollo) y en el hígado.

1.1 Biosíntesis, liberación y recaptura de taurina.

En general la taurina se sintetiza a partir de cysteina, que será oxidada por la cystendioxidasa (CDO) generando cysteín sulfanato, que será descarboxilada por la cysteín sulfanato descarboxilasa (CSDA) dando hipotaurina y una molécula de CO2. Por último la hipotaurina será oxidada por la hipotaurina deshidrogenasa (CDA) dando taurina, que se encuentra por el citoplasma de toda la célula, en soma dendritas, axones y terminal.

Cysteína → Cysteín sulfanato → hipotaurina → taurina

En la síntesis descrita es necesaria la cooperación de tanto neuronas como astrocitos, así el primer paso de la ruta, la oxidación de cysteina a cysteín sulfanato es neuronal, y los otros son gliales; de hecho no existe hipotaurina deshidrogenasa en las neuronas.

Tras la síntesis no será liberada por exocitosis dependiente de Ca2+, como los neurotransmisores canónicos, sino por alguna estrategia no conocida, de la cual destacan algunas teorías:

• Por movimiento de taurina del interior celular al exterior por un canal de Cl-, que a su vez para activarse necesita de la activación de los receptores de NMDA. Así, secuencialmente llega el glutamato y activa los receptores de NMDA, por los cuales accede Ca2+ a la célula, y este Ca2+ activa el canal de Cl- que permea taurina.

• A través de la propia proteína de recaptura, que cuando se colapsa el gradiente iónico da un movimiento de Na+, Cl- y taurina al exterior, funcionando a la inversa.

En cualquier caso una vez liberada a la brecha es eliminada según dos estrategias diferentes:

1. Por difusión, gracias a un gradiente favorable.

2. Con el concurso de transportadores de recaptura tanto gliales como neurales, de los cuales se han descrito tres tipos:

a) TAUT 1, con una KM muy baja, del orden de μM, y por tanto alta afinidad y baja capacidad.

b) TAUT 2, con características similares al TAUT 1, alta afinidad y baja capacidad.

c) TAUT 3, con una KM del orden de mM, que define un transportador de baja afinidad y gran capacidad.

Todos estos transportadores realizan un simporte de 2 Na+ y 1 Cl-, además de la taurina, hacia el interior celular, y su regulación por fosforilación va ha ser muy importante. Así, la PKC y sobretodo la PKA son capaces de fosforilar a los transportadores en residuos del

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Ilustración 26: Taurina


dominio N-t y en otros dominios citoplasmáticos, con los que disminuye la acción del transportador. Este fenómeno tiene objeto de coordinar la recaptura con la liberación, de esta forma cuando hay despolarización y se da la liberación del neurotransmisor, también se activan las proteín kinasas que bloquean la recaptura.

Una vez recapturada en el citoplasma de las células se inactiva, y finalmente será eleminada sin metabolizar, conjugada por sales biliares en forma de taurocolatos.

2. Receptores y funciones de taurina No existen receptores específicos para la taurina, y con esta característica ya rompe la

segunda condición que implican los neurotransmisores, recapitulando:

1. No se libera por exocitosis.

2. No presenta receptores específicos.

Es capaz de unirse a los receptores de GABA y de glicina:

• Funciona como ligando endógeno de los receptores de glicina, sobretodo en el desarrollo encefálico y en el núcleo supraóptico, el hipocampo y el córtex, donde es capaz de generar respuestas a concentraciones del orden μM. De hecho si disminuyen las concentraciones de taurina en el desarrollo se observan patologías precisamente en estas regiones (núcleo supraóptico, hipocampo y córtex).

• En cuanto a los receptores de GABA, se une a receptores de GABAA que presentan la subunidad α2 en el hipocampo, la sustancia nigra y el estriado, pero para ello requiere altas concentraciones; y también con alta afinidad a receptores GABAA del tálamo con estequiometría completa de α,β y γ.

Sin embargo, la zona del cerebro con mayor concentración de taurina son las células secretoras de la hipófisis y el hipotálamo.

2.1 Otras funciones del sistema taurinérgico

Aunque según las afinidades descritas se trata de un neuroinhibidor, también se observa su presencia en los termales glutamatérgicos donde parece que potencia la transmisión sináptica. A esta potenciación se le denomina LLPTAU. Para esta implicación la taurina se colocaliza con el sistema glutamatérgico, por ejemplo en el hipocampo donde principalmente se la encuentra en CA1, CA2 y giro dentado.

3. Implicaciones de la taurina La taurina tiene las siguientes implicaciones:

• Además de lo visto, la taurina tiene papel antioxidante, así, con un aumento de radicales libres aumenta la taurina, y por eso, dado que con el envejecimiento disminuyen los niveles de GSH (glutatión) se complementa la dieta con taurina.

• Como vigorizante se usa en bebidas energéticas como el Red Bull, por su papel a nivel de las terminales glutamatérgicas.

• También se utiliza en intoxicaciones por plomo, que afectan en gran medida al hipocampo alterando los procesos cognitivos.

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• En enfermedades neurodegenerativas como el Párkinson y el Alzheimer baja los niveles de taurina en los ganglios basales. Actualmente se está estudiando su implicación en el Párkinson, donde con la administración de L- DOPA se recuperan las concentraciones de todos los neurotransmisores salvo de taurina.

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TEMA 11: NEUROTRANSMISORES AMINOACÍDICOS EXCITADORES – GLUTAMATO Y ASPARTATO

1. Generalidades del sistema glutamatérgico El glutamato se trata de un aminoácido de gran ubicuidad en el sistema nervioso central,

donde se encuentra en grandes concentraciones como neurotransmisor excitatorio. Aún así tan sólo el 33% del glutamato del sistema nervioso funciona como neurotransmisor, el resto tiene otras funciones como metabolismo de proteínas, detoxificación de amoniaco, transaminación...

Este sistema es objeto de muchos estudios dado que el glutamato puede ser además tóxico, mediando procesos de excitotoxicidad e implicado en procesos de iquemia, donde en cualquier caso el daño se debe a une exceso de glutamato. También destaca su implicación en patologías como la epilepsia, el Párkinson y otras patologías cognitivas.

Como introducción, se le pueden citar a este sistema las siguientes implicaciones:

• El control motor.

• El control emocional.

• Procesos cognitivos.

• La plasticidad en el desarrollo embrionario y en la vida adulta.

1.1 Biosíntesis y almacenamiento de glutamato

En general las rutas de síntesis concernientes al glutamato son comunes al GABA. El glutamato se puede formar por dos vías:

• Por transaminación de α- cetoglutarato por la GABA transaminasa.

• Por la vía de la glutamina. Este metabolisto es producido por células gliales, donde se localiza la enzima glutamina sintetasa, que pasa el mismo glutamato (recapturado o con origen el la transaminación del α- cetoglutarato) a glutamina, que a su vez en trasportada a las neuronas donde revertirá a glutamato en las mitocondrias por la glutaminasa.

Las transaminasas se localizan en el citosol y en la matriz mitocondrial, ligada a la cara interna, pero casi el 90% del glutamato producido lo hace en las mitocondrias. Posteriormente el glutamato se puede transformar en aspartato, y a su vez el aspartato formado a partir de glutamina se puede transformar en glutamato.

Una vez sintetizado acabará en el citosol, donde a su vez podrá llevar varias vías:

1. Podrá ser conducido a vesículas por un transportador de gran afinidad por aspartato y glutamato, el VGLUt, donde se almacenan estos neurotransmisores hasta su exocitosis. En

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Ilustración 27: Síntesis de glutamato


el interior de las vesículas también encontramos Zn2+, que entra por un transportador específico denomminado VtZn3, y por tanto en la exocitosis se libera glutamato y el metal, que ejerce un efecto modulador muy importante en las rutas glutamatérgicas.

2. En las células gliales el glutamato puede pasar a glutamina debido a la presencia de la glutamina sintetasa, que requiere para la catálisis el gasto de una molécula de ATP obtenida de la glicolisis. Tras esto la glutamina podrá ser transportada a las neuronas, y transformado en glutamato por la glutaminasa. En este sentido el glutamato ejerce un efecto inhibidor sobre la misma glutaminasa, controlando de esta manera en parte su síntesis.

3. En neuronas gabaérgicas el glutamato acaba formando GABA.

4. Puede formar la proteína glutatión (GSH).

1.2 Eliminación de glutamato de la brecha

Una vez liberado el glutamato debe ser rápidamente limpiado de la brecha sináptica, para lo cual se utilizan dos mecanismos:

1. Difusión, a favor de un gradiente de concentración.

2. Mediante transportadores de recaptura, tanto en las neuronas como en la glía. Se encuentran cinco tipos de transportadores de glutamato en estos dos tipos celulares, que pueden ser de alta y baja afinidad. En general presentan los dominios C-t y N-t extracelulares, con de 6 a 8 pasos transmembrana, y realizan un cotransporte en el que entran 3 Na+ y glutamato y sale K+ y OH-.

a) En humanos se encuentran los EAAT 1 – EAAT5:

i. EAAT 1 es un transportador de baja afinidad que se encuentra sobretodo en células gliales.

ii. EAAT 2 es un transportador también de baja afinidad que se localiza tanto en neuronas como en glía, y además también es capaz de unir glutamina.

iii. EAAT 3 es un transportador de glutamato de alta afinidad y exclusivamente neuronal.

iv. EAAT 4 se encuentra en las neuronas de Purkinje, en el cerebelo.

v. EAAT 5 se localiza en la retina.

b) En ratas aparecen otros receptores, que en general son similares a algunos presentes en humanos:

i. El GLAST es similar al EAAT 1, por tanto de baja afinidad y localizado en células gliales.

ii. El GLT es similar al EAAT 2, de baja afinidad, neuronal y glial, y capaz de movilizar glutamina.

iii. EAAC1 es similar a EAAT 3, un transportador de alta afinidad neuronal.

Todos estos transportadores son enantioselectivos, es decir, solo transportan L- glutamato, sin embargo son capaces de transportar tanto L- aspartato como D- aspartato.

Una vez recapturado el glutamato puede seguir varias vías, algunas de las cuales ya citadas:

1. Puede ser encapsulado en vesículas de nuevo, con concurso del transportador VGLUt.

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2. En células gliales puede ser transformado en glutamina.

3. Puede ser sustrato de la GAD en neuronas GABAérgicas, dando GABA.

4. Por último puede ser transaminado o oxidado a α- cetoglutarato, y entrar en el ciclo de Krebs para servir como fuente de energía a las neuronas glutamatérgicas.

2. Receptores de glutamato Existen dos grandes familias de receptores de glutamato:

• Receptores ionotrópicos, todos ellos con respuestas activadoras.

• Receptores metabotrópicos, que pueden mediar tanto respuestas activadoras como inhibidoras.

2.1 Receptores ionotrópicos

Existen tres grandes familias de receptores ionotrópicos, denominadas en función del agonista sintético:

1. Receptores de kainato, con afinidad por el ácido kaínico, compuesto empleado para crear modelos de epilepsia.

2. Receptores de AMPA, que tienen afinidad por el α- amino, 3- hidroxi, 5- metil, 4- isosazol propiónico.

3. Receptores de NMDA, con afinidad por el N- Metil, D- Aspartato, característicos por permear principalmente Ca2+.

Kainato, AMPA y NMDA son por tanto compuestos sintéticos, y normalmente los receptoers de AMPA y kainato se suelen denominar no NMDA. Generalmente receptores NMDA y no NMDA colocalizan en las neuronas glutamatérgicas, lo que define que estas neuronas tengan potenciales de acción con varios componentes:

• La activación de los receptores de AMPA genera el componente precoz del potencial de acción, se les denomina canales de baja conductancia y permean principalmente Na+ y K+.

• La activación de los receptores de NMDA genera el componente del potencial de acción postsináptico lento, y conduce a la apertura de los canales denominados de alta conductancia que permean principalmente Ca2+.

En cualquier caso todos estos receptores son tetraméricos, con todas las subunidades de tres pasos transmembrana más una hélice que tan sólo atraviesa la hemimembrana interna. Sus dominios N-t son largos, glicosilados, extracelulares y definen, junto con el loop extracelular el sitio de unión de los agonistas; el dominio C-t es

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Ilustración 28: Potencial de acción compuesto de las neuronas glutamatérgicas

Ilustración 29: Subunidad del receptor de AMPA


intracelular y sensible a fosforilación que inactiva el canal. El poro que forman las cuatro subunidades está tapizado por el primer paso transmembrana, y el sitio Q/R del segundo loop intracelular define el catión que deja pasar el canal.

A) Receptores NMDA

Estos receptores tienen tres tipos de subunidades:

• La NR1, con 7 isoformas.

• La NR2 con 4 isoformas.

• La NR3 con una sóla isoforma.

Se pueden dar varias de las combinaciones posibles, pero los únicos receptores homómeros son los NR1. Estos receptores presentan una serie de lugares de unión a diferentes compuestos que especifican su apertura, así como activadores tenemos:

1. Un lugar de unión al agonista, generalmente glutamato.

2. Un lugar de unión al coagonista, la glicina, no sensible ni a estricnina ni a β- alanina (como si sucede en los receptores de glicina), pero al que si se unen otros aminoácidos como la taurina o la serina. Para la apertura del canal se requiere la unión tanto del agonista como del coagonista.

3. Un lugar de unión para poliaminas, activadores pero no necesarios para la activación. Las principales poliaminas que se unen a este lugar son la espermina y la espermidina. Este sitio a sido ampliamente estudiado pues un incremento de poliaminas, como sucede en los ictus aumenta la actividad del canal y desemboca en excitotoxicidad.

Y como inhibidores:

4. Un lugar de unión a Mg2+, que marca la actividad del canal, pues en condiciones normales, sin despolarización (a -65 mV), está unido obstruyendo el poro del canal. Se requiere una despolarización parcial de hasta -30 mV para que se despida electrostáticamente al Mg2+, y por tanto la luz del canal quede desbloqueada.

5. Un lugar de unión a Zn2+ que también bloquea el canal, pero de forma independiente del voltaje. Mas bien disminuye la apertura del canal, además de favorecer la fosforilación del dominio C-t por las tirosin kinasas, que a su vez inactivan el canal. De esta manera el Zn2+

tiene un papel neuroprotector, en contra de la excitotoxicidad que requiere frecuencias altas y tiempos cortos.

6. Un lugar de unión a H+, de hecho cuando baja el pH disminuye la actividad de los receptores de NMDA.

7. Por último también tienen sitios de unión al alcohol y al PCP. De esta forma el alcohol bloquea los procesos de plasticidad neuronal en los que está implicados estos receptores,

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Ilustración 30: Sitios de unión del receptor de NMDA


como la memoría; y el PCP o polvo de ángel provoca sintomatología esquizofrénica.

3. Isquiemia cerebral y sistema glutamatérgico Un proceso isquémico se debe a la obstrucción de un vaso, y el cerebro es particularmente

vulnerable debido a que tiene una tasa metabólica muy alta, su metabolismo es generalmente aerobio y tiene pocas reservas de energía. Así, un cese o pérdida de riego corto desembocan rápidamente en una isquemia. Generalmente un daño isquémico se diferencia en un núcleo isquémico, que es la zona de riego del vaso obstruido, y un área de penumbra, que recibe tanto irrigación por el vaso obstruido como un aporte colateral de vasos cercanos.

Al darse una isquemia en primer lugar baja el suplemento energético a las células de la zona, no hay metabolismo, y por tanto no funciona la bomba Na+/ K+ y las células se mantienen despolarizadas, con dos consecuencias clave:

1. Se mantienen abiertos los canales de Na+ dependientes de voltaje, y entran grandes concentraciones de Na+, que a su vez abren otros canales, como los canales de Ca2+

dependientes de Na+, siendo esta una de las vías por las que entra el Ca2+ al interior celular, uno de los principales agentes del daño neural.

2. Como están despolarizadas también todos los neurotransmisores van a la brecha sináptica. Si funcionaran las proteínas transportadores esto no acarrearía problemas, pero como no hay ni energía ni gradiente de Na+, básico en todos los sistemas de recaptura de neurotransmisores; incluso se da el caso que los transportadores funcionan a la inversa dada la nueva situación de carga, sacando más neurotransmisores a la brecha sináptica. Muchos neurotransmisores producen daños relativos, pues disminuyen los receptores, son recapturados por la glía..., pero el glutamato es tóxico en estas condiciones.

Además como no hay aporte de O2, el metabolismo de la glucosa será anaerobio y se producen altas concentraciones de ácido láctico, que producen acidosis.

3.1 Papel del glutamato y del Ca2+ en la isquemia cerebral

Dado que hay una salida masiva del neurotransmisor actúa a nivel de todos sus receptores, por tanto en cuanto a los ionotrópicos entra Ca2+ por los NMDA (además en condiciones de isquemia se reduce la subunidad NR2, favoreciéndose el transporte de más Ca2+), y más Na+ por los de kainato y AMPA. Por otro lado, algunos de los receptores metabotrópicos también son responsables de la excitotoxicidad:

• Los mGluR 1 modulan a la alta la excitotoxicidad, pues están acoplados a proteína Gq, con activa la PLC (fosfolipasa C), que produce DAG y IP3 a apartir de fosfolípidos de membrana, y concretamente el IP3 es capaz de abrir canales de Ca2+ del retícula endoplásmico, aumentando más aun el flujo de Ca2+ hacia el citosol.

• Los mGluR 2 y mGluR 3 modulan a la baja la excitotoxicidad debido a que están acoplados a proteína Gi, y por tanto inactivan la adenilato ciclasa.

En cualquier caso, los altos niveles de Ca2+ serán capaces de activar a diferentes proteínas:

1. Proteasas, principalmente la calpaína que produce daño en el citoesqueleto, así como a lipasas y endonucleasas, estas últimas responsables de daño en el DNA.

2. A la PLA2 (fosfolipasa A2), que produce a partir de fosfolípidos de membrana ácido araquidónico, sustrato de las lipooxigenasas 5' y 11', y las ciclooxigenasas para la

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generación de grupos superoxidos capaces de desestabilizar la membrana por peroxidación lipídica.

3. El Ca2+ también contribuye a la activación de la PKC, que facilita la acción de la PLC, responsable de la hidrólisis de fosfoinosítidos en la producción de DAG e IP3, que como ya vimos abre canales de Ca2+ en el retículo.

4. El Ca2+ acaba activando también la NOS, óxido nítrico sintasa, que forma NO que difunde favoreciendo aún más la liberación de glutamato. Además el NO más el superóxido forman peroxinitritos, radicales libres muy reactivos. Concretamente los peroxinitritos son capaces de actuar sobre el DNA activadndo la PARP-1 que hace que bajen los niveles de NAD y ATP aún más, y activa a factores de transcripción de moléculas inflamatorias.

5. Además el Ca2+ actúa a diferentes niveles en la mitocondria dando más radicales libres, sobretodo superóxido (O2

·-) y peróxido de hidrógeno (H2O2). El peróxido de hidrógeno por sí mismo ya es reactivo, pero también puede actuar sobre el Fe3+ formando un complejo altamente reactivo.

Todo esto además favorece que en el núcleo de la isquemia entre microglía y macrófagos que producen más ROS y citoquinas proinflamatorias.

En general se produce daño neural por la producción de ROS y por la activación de lipasas, proteasas y endonucleasas, este daño suele ser apoptótico, pero en condiciones especialmente graves puede ser necrótico.

Como se puede deducir de estos daños tan generales el daño isquémico es irreversible. Clínicamente se intenta paliar con fármacos antagonistas metabotrópicos del grupo 1 (mGluR 1), así como agonistas de los grupos 2 y 3 (mGluR 2 y mGluR 3), y últimamente se está trabajando con estrógenos, pues parece ser que tienen un papel de neuroprotectores, siendo capaces de producir sustancias antiapoptóticas e impidiendo la producción de sustancias apoptóticas.

4. Comportamiento motor y sistema glutamatérgico La corteza manda aferencias glutamatérgicas al estriado, y en ellas el glutamato está

implicado en el control motor a nivel del conjunto de los ganglios basales (estriado, globus pálidos, núcleo subtalámico y sustancia nigra). En el estriado tenemos una mayoría de neuronas GABAérgicas (del 90 al 95%), y desde aquí parten dos vías:

• La vía directa es responsable del inicio del movimiento.

• La vía indirecta, encargada de finalizar el movimiento.

4.1 Vía directa

En la vía directa las neuronas GABAérgicas del estriado inervan al globus pálidus medial, donde inhiben a otras neuronas GABérgicas que inervan e inhiben a neuronas glutamatérgicas del tálamo que se proyectana al córtex prefrontal o frontal motor, iniciando el movimiento.

Corteza → +(Glut) Estriado → -(GABA) GP Medial → -(GABA) Tálamo → + (Glut) Corteza

Así, la activación del estriado por la corteza activa a neuronas GABAérgicas del globus pálidus medial, que inhiben a neuronas GABAérgicas que, en caso contrario se proyectan al tálamo, bloqueando sus aferencias iniciadoras del movimiento hacia la corteza.

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4.2 Vía indirecta

En la vía indirecta los recorridos son más cortos, y en general producen una disminución de las aferencias excitatorias al córtex. En general el estriado proyecta aferencias GABAérgicas al globus pálidus externo, que inhiben a eferencias GABAérgicas que llegan al núcleo subtalámico donde inhiben a neuronas glutamatérgicas. Estas vías glutamatérgicas van del núcleo subtalámico al globus pálidus interno, que proyecta neuronas GABAérgicas al tálamo, donde inhibe a las salidas hacia la corteza, que favorecen al movimiento.

Corteza → + (Glut) Estriado → - (GABA) GP externo → - (GABA) Núcleo subtalámico → + (Glut) GP interno → - (GABA) Tálamo → + (Glut) Corteza

Así, cuando esta vía se activa las neuronas GABAérgicas del estriado inhiben a las neuronas GABAérgicas del globus externo, que por tanto no son capaces de inhibir a las neuronas glutamatérgicas del núcleo subtalámico, que estará activas. A su vez estas neuronas glutamatérgicas del núcleo subtalámico activan a neuronas GABAérgicas del tálamo que inhiben las aferencias hacia la corteza.

4.3 Modulación por dopamina

La acetilcolina, la noradrenalina y la dopamina son capaces de modular está vía, siendo el modulador más importante la dopamina. Las vías dopaminérgicas parten de la sustancia nigra compacta y se proyectan al estriado, donde liberan dopamina, que produce un efecto diferente en ambas vías:

• Las neuronas GABAérgicas del estriado de la vía indirecta tienen receptores D2, por tanto aquí la dopamina inhibe la vía indirecta.

• Las neuronas GABAérgicas del estriado de la vía directa tienen receptores D1, activadores, y por tanto la dopamina en esta vía potencia la vía indirecta.

En el Párkinson no hay dopamina, y por tanto se potencia la vía indirecta y no se activa la vía directa, en consecuencia el movimiento está bloqueado, y hay descordinación, temblores, acinesias...

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TEMA 12: SISTEMA PURINÉRGICO

1. Generalidades del sistema purinérgico Ya se ha citado que en las

vesículas de las catecolaminas también hay ATP, pero también existen neuronas no catecolaminérgicas que tienen ATP en sus vesículas, además de diadenosina polifosfato (APnA), que siguen el esquema de cualquier neurotransmisor, se sintetizan, se almacenan, se liberan y en la brecha sináptica se unen a receptores específicos que producen una respuesta. Por tanto a estas moleculas (ATP y diadenosina polifosfato) se les considera neurotransmisores. Además, cuando son liberados a la brecha son sustrato de ectoenzimas (enzimas ligadas a la membrana celular) que generan adenosina, que también puede ejercer su acción a nivel de receptores presinápticos y postsinápticos, aunque la adenosina no se considera neurotransmisor clásico, pues es sintetizada en la brecha, es un neuromodulador.

1.1 Dinámica de los ligandos purinérgicos

En cuanto a la síntesis de los ligandos:

1. Cuando se libera el ATP en la brecha se une a receptores purinérgicos P2X o P2Y, ejerciéndose de este modo una respuesta celular, y posteriormente es metabolizado por la ectoenzima ectodifosfohidrolasa que forman ADP. El ADP también puede unirse a receptores, pero en mayor medida es hidrolizado a AMP por la misma ectodifosfohidrolasa, y a continuación el AMP será sustrato de la ecto 5'- nucleotidasa, una enzima principalmente ligada a glía, para dar adenosina, que a su vez se unirá a receptores específicos.

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Ilustración 31: Ligandos del sistema purinérgico

Ilustración 32: Esquema del sistema purinérgico


2. La diadenosina polifosfato se libera tras potenciales de acción, y una vez ejerce su acción a través de receptores P2X es inactivada por desfosforilación por la APnPasa.

3. Existe otras ruta por la cual se produce AMP en la brecha, que podrá ser desfosforilado en adenosina, y es a partir de AMPc: todos aquellos receptores que estén implicados en la activación de adenilato ciclasas, y por tanto en la producción de AMPc pueden estar indirectamente relacionados con la producción de adenosina gracias a un transportador de AMPc que lo lanza a la brecha, donde será linearizado a AMP por otra ectoenzima, la ectofosfodiesterasa. Así el AMP es sustrato de la ecto 5'- nucleotidasa para dar adenosina, que una vez más se unirá a receptores en la presinapsis y en la postsinapsis.

4. La adenosina también puede producirse en el interior celular por varias vías:

a) Una vía normal, a partir de S- adenosilmetionina, que pasa a S- adenosilhomocisteína, que por la S- adenosilhomocisteína hidrolasa pasa a adenosina.

b) Y en situaciones de isquemia, baja la carga energética celular y llega a producirse adenosina a partir de ATP (lógicamente pasando por ADP y AMP), con la actuación intracelular en última instancia de la 5'- nucleotidasa. Esto es de capital importancia pues la adenosina tiene un papel crucial en procesos de plasticidad neuronal y en vasodilatación vascular, por tanto en una situación de isquemia tiende a revertir el daño neuronal por neurogeneración, y palía el daño aumentando el riego.

Esta adenosina intracelular puede ser transportada hacia el exterior por un transportador de nucleótidos bidireccional, que moverá las moléculas para el interior o al exterior en función del gradiente.

Una vez estos ligandos han ejercido su acción, son recapturados generalmente en forma de adenosina a través del transportador de nucleótidos, que dentro de las células puede metabolizarse por varias vías:

1. Puede refosforilarse a ATP, pasando a AMP por la adenosina kinasa, y a partir de ahí añadiendose sucesivos fosfatos.

2. La adenosina intracelular puede también ser sustrato de la adenosina desaminasa, generando inosina. La adenosina desaminasa tiene menos atividad que la adenosina kinasa, pero en cualquier caso la inosina sintetizada puede seguir a su vez dos vías:

a) Pasar a hipoxantina por la nucleósido fosforilasa, y desde ahí degradarse totalmente a ácido úrico.

b) Pasar a hipoxantina por la nucleósido fosfolilasa, y desde ahí regenerarse con la acción de la enzima HGPRT, que forma IMP, que podrá ser transformado en AMP.

2. Receptores purinérgicos Se agrupan en dos grandes familias:

1. Los receptores P1, a los que se une la adenosina.

2. Los receptores P2, a los que se une el resto de nucleótidos.

2.1 Receptores P1

Son receptores metabotrópicos, acoplados a proteína G, de los cuales existen cuatro tipos:

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1. Receptores P1A1, acoplados a proteína Gi y localizados ampliamente por el cerebro, el corazón, el tejido adiposo y a nivel renal, donde en general llevan a cabo respuestas inhibitorias.

a) En el corazón bajan la fuerza contráctil.

b) En el tejido adiposo disminuyen la lipolisis.

c) En el tejido renal contribuyen a la contracción de las arteriolas periglomerulares, disminuyendo el volumen de orina.

d) En el cerebro son sedantes, inductores de sueño y disminuyen la liberación de glutamato, modulando la plasticidad.

Su presencia en estos sistemas explica el efecto de sus antagonistas, la cafeína y la teofilina.

2. Receptores P1A2a y P1A2b, acoplados a proteína Gs y también localizados en el estriado.

a) Los receptores P1A2a colocalizan con los receptores D2 de dopamina, y se a observado que los agonistas P1A2a inhiben los comportamientos atribuidos a D2, y por el contrario los antagonistas facilitan sus efectos. Por tanto antagonistas como cafeína, teofilina y XAC han sido usados para revertir los déficit motores de los modelos animales parkinsonianos, donde disminuyen la vía indirecta, y además potencian la acción terapéutica de la L-DOPA sin que aparezcan disquinesias.

b) Los receptores P1A2b que además de producir un aumento de AMPc ativan la PLC (fosfolipasa C), produciendo la hidrólisis de PIP2 en IP3 y DAG. No sólo se encuentran en el estriado, también es muy importante su papel en las células epiteliales y endoteliales, donde favorecen la vasodilatación y por tanto el aporte de O2 y nutrientes, particularmente en el hipocampo.

3. Receptores P1A3, acoplados a proteína Gi y presentes en testículo, pulmón, bazo, glándula adrenal...

2.2 Receptores P2

Unen ATP, diadenosina polifosfato, ADP..., en general por tanto nucleótidos, y se agrupan en dos grandes grupos:

1. Receptores P2X, ionotrópicos de tres subunidades cada una de las cuales con dos pasos transmembrana y los dominios N-t y C-t intracelulares. Pueden ser tanto homo o heterotrímeros de 7 tipos de subunidades que forman canales de cationes, principalmente Na+ y excepcionalmente Ca2+, teniendo por tanto en cualquier caso una función facilitadora, basada en favorecer el aprendizaje y la memoria en CA1 y CA3.

2. Receptores P2Y, metabotrópicos que unen ATP y UDP, y acoplados en general a proteína Gs o proteína Gq, en cualquier caso activadores. Existen varios tipos de estos receptores, incluso un tipo de P2Y tiene como agonista el ADP y antagonista al ATP, pero en general actuan sinergicamente con el glutamato, potenciando su actividad facilitadora, y como los P2X favoreciendo el aprendizaje y la memoria en el hipocampo.

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TEMA 13: SISTEMAS PEPTIDÉRGICOS

1. Generalidades del sistema peptidérgico Son neuropéptidos considerados como neuromoduladores, dado que las neuronas son

capaces de sintetizarlos, almacenarlos, liberarlos en función de un aumento de Ca2+,y unirse a receptores específicos que pueden estar en la propia neurona que lo libera, denominado acción paracrina, en neuronas contiguas al lugar donde se libera, acción yuxtacrina, difundir y actuar en dianas más lejandas de la liberación, acción paracrina, e incluso verterse a la sangre dando una acción endocrina.

Destacan los siguientes neuropéptidos:

1. Los factores hipotalámicos son neuropéptidos que se liberan al sistema portal que comunica el hipotálamo y la adenohipófisis, donde actúan sobre células específicas que producen hormonas hipofisiarias:

a) La hormona liberadora de corticotropa o CRH estimula la liberación en la adenohipófisis de ACTH.

b) La hormona liberadora de GH o GHRH produce la liberación en la adenohipófisis de GH.

c) La somatostatina o GnRH da la liberación en la adenohipófisis de FSH y LH.

d) La hormona liberadora de tirotropina o TRH produce la liberación en la adenohipófisis de TSH.

2. Se han encontrado péptidos localizados en el sistema digestivo, como el VIP, la colecistoquinina (CCK) y la gastrina en el cerebro.

3. Péptidos neurohipofisiarios circulantes como la oxitocina y la vasopresina también han sido localizados en el cerebro.

a) La vasopresina se sintetiza en núcleo magnocelular del hipotálamo que conecta con la neurohipófisis, donde vierte a la circulación sanguínea y actúa a dos niveles: (a) en el riñón donde tiene un efecto antidiurético, y (b) en los vasos sanguíneos donde disminuye el diámetro de los vasos.

b) La oxitocina se sintetiza en el hipotálamo en neuronas que proyectan a la neurohipófisis también, donde se libera y ejerce na función de eyección de leche y aumento de contracción uterina en el parto.

4. También los neuropéptidos.

Todas estas neuronas peptidérgicas están controladas por los sistema monoaminérgicos (dopamina, noradrenalina y serina).

1.1 Biosíntesis y liberación de los neuropéptidos

Pueden ser de diferentes tamaños, de 3 a más de 200 aminoácidos, y su biosíntesis es muy diferente a la de los neurotransmisores clásicos, se realiza siempre en el soma y a partir de precursores de gran tamaño llamados preprohormonas. Estos precursores contienen una secuencia señal, encargada de conducir al precursor hacia las zonas de producción, más la prohormona.

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Secuencialmente, el RNA de estos péptidos puede sufrir splicing alternativo, y por tanto a partir de un gen se pueden obtener diversos péptidos; por ejemplo a partir del gen de la preprotakina se obtiene la sustancia P, y a partir del BPPT el neuropéptido K. Estos péptidos son sintetizados por ribosomas del retículo endoplásmico rugoso, y por tanto en su síntesis acceden a él. Posteriormente son secretados al Golgi, desde donde se despiden vesículas con los precursores y peptidasas, que pueden ser endopeptidasas y exopeptidasas; las endopeptidasas cortan selectivamente en residuos arginina o lisina adyacentes, y las exopeptidadasas actúan sobre los restos aminoterminales (aminopeptidasas) y carboxiterminales (carboxipeptidasas). Según avanza esta vesícula por transporte axoplásmico hacia el terminal se van dando la acción de las peptidasas, y cuando llega al terminal la vesícula ya contiene el péptido activo. Estas vesículas son grandes y de núcleo denso, y la concentración de neuropéptidos que contienen es muy pequeña (del orden de nM - μM) en comparación con la de los neurotransmisores clásicos (μM – mM).

Estas vesículas grandes no se localizan en las zonas activas donde están los canales de Ca2+, si no más lejanas, y por tanto su vertido no se debe únicamente a la entrada de Ca2+ extracelular, sino también al que sale de los reservorios intracelulares. En cualquier caso con el aumento de Ca2+ suficiente tiene lugar la liberación del material vesícular, que contiene el péptido activo más peptidasas. Por lo general en las vesículas inmaduras puede haber diferenets péptidos activos (por ejemplo ACTH y β- endorfinas), pero en las vesículas maduras, salvo excepciones sólo hay un tipo de péptido activo.

1.2 Transducción y eliminación de neuropéptidos

Los receptores peptidérgicos son de gran sensibilidad, superior a la de los receptores de neurotransmisores, en general son metabotrópicos (acoplados a proteína G), y pueden estar tanto en la neurona que libera el péptido, en células cercanas o en células lejanas. Estructuralmente tienen siete pasos transmembrana como todos los receptores metabotrópicos, con el dominio C-t intracelular y el dominio N-t extracelular, ambos largos. Los péptidos de gran tamaño se unen al grupo N-t, mientras que los de pequeño tamaño lo hacen los pasos transmembrana 2, 4 y 7.

En la brecha, tras la liberación los péptidos activos serán degradados, y sus metabolitos serán eliminados generalmente por la orina.

2. Péptidos opioides Los péptidos opioides se caracterizaron a partir de sus receptores, a través de los cuales

derivados opioides exógenos mediaban acciones en el sistema nervioso central. Así, una vez aislados los receptores se describieron opioides endógenos que actuaban sobre estos receptores.

Los opioides endógenos se sintetizan a partir de precursores, tal y como se ha descrito:

• La preproencefalina genera metaencefalinas y leucoencefalinas.

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Ilustración 33: Dinámica de neuropéptidos


• La preprodinorfina es el precursor de las dinorfinas A y B.

• La La preproopiomelanocortina es precursor de MSH, ACTH y β- Endorfinas. Que se genere un péptido u otro depende de la zona donde se formen los péptidos, así la pars intermedia normalmente produce ACTH y β- Endorfinas.

2.1 Localización del sistema opioide

1. En áreas relacionadas con el dolor, tanto a nivel espinal como supraespinal, en vías ascendentes y descendentes:

a) En las vías ascendentes el sistema opioide se encuentran en la médula espinal y el tálamo.

b) En las vías descendentes se encuentra en la sustancia gris periacueductal (núcleo analgésico).

2. En zonas límbicas, como la amígdala, el córtex y el hipocampo.

3. En el locus ceruleus, donde se encuentra la mayor parte de los receptores opioides, sobre todo en neuronas noradrenérgicas que proyectan al hipocampo y la amígdala.

4. En áreas de control motor como el estriado.

2.2 Receptores opiodes

Los opioides ejercen su acción sobre receptores específicos, todos ellos acoplados a proteína Gi que en general actúan sobre canales de K+, aumentando su apertura y por tanto hiperpolarizando la célula, y sobre canales de Ca2+, disminuyendo su apertura.

1. El receptor μ tiene dos subtipos, μ1 y μ2, que tienen como agonista endógenos las endorfinas, y están presentes en la médula, el córtex, el tálamo, la amígdala, la sustancia gris periacueductal y el núcleo del tracto solitario. Las proyecciones de las endorfinas a este receptor son largas, y por tanto sus receptores están alejados.

a) En la médula produce analgesia espinal, disminuyendo la liberación del glutamato implicado en la percepción dolorosa.

b) En el tálamo produce analgesia supraespinal, disminuyendo la conducción de la sensación dolorosa a este nivel.

c) En la sustancia gris periacueductal disminuye el disparo de neuronas GABAérgicas que inhibian a vías noradrenérgicas y serotoninérgicas descendentes de inhibición del dolor.

d) En la amígdala dan un estado de euforia y bienestar, actuando a través del sistema dopaminérgica a nivel de los fenómenos de recompensa.

e) En el núcleo del tracto solitario producen depresión respiratoria.

2. El receptor κ tiene tres subtipos, κ1, κ2 y κ3, y su ligando es la dinorfina. Se distribuye en el córtex, el tálamo, la amígdala,el hipocampo, el hipotálamo, la sustancia nigra..., y sus funciones son producir analgesia, disforia, sedación...

3. El receptor δ tiene dos subtipos, δ1 y δ2, y unen encefalinas. Se distribuyen el el córtex, la amígdala, el puente, el asta dorsal de la médula espinal..., y entre sus funciones destaca la analgesia térmica.

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2.3 Funciones del sistema opioide

A) Analgesia

La disminuación de la sensación dolorosa se puede dar tanto en la médula como en estructuras supraespinales:

1. En el asta ventral de la médula hay neuronas glutamatérgicas y peptidérgicas (de sustancia P), cuya activación produce una activación de las vías sensitivas ascendentes de percepción del dolor. Estas vías tienen una serie de relevos donde integran la sensación dolorosa, siendo una de estas estaciones el tálamo, donde se procesa la sensación dolorosa. A su vez el tálamo está relacionado con otras estructuras:

a) El sistema límbico, relacionado con las manifestaciones emocionales del dolor.

b) También hay conexiones con la corteza primaria, donde se identifica y discrimina el dolor, y que a su vez está relacionado con la corteza de asociación, donde la información se relaciona con otras sensaciones dolorosas, y se le atribuye un significado.

La analgesia se puede producir en cualquiera de estos puntos.

2. En cuanto a las vías descendentes el principal centro analgésico del cerebro es la sustancia gris periacueductal, donde se localizan endorfinas, sustancia P y GABA. Este núcleo recibe aferencias de la corteza límbica y proyecta a la médula endorfinas y sustancia P.

La noradrenalina y la serotonina están implicadas en los procesos antinociceptivos, de tal forma que si destruimos los núcleos del Rafe o el locus ceruleus se bloquea la analgesia producida por opioides.

El papel de los opioides se da tanto a nivel espinal como supraespinal:

1. A nivel espinal endorfinas, encefalinas y dinorfinas aumentan el umbral del dolor mediante dos mecanismos:

a) Hiperpolarizando las fibras nociceptivas.

b) Inhibiendo la liberación de glutamato y sustancia P, dado que todas las neuronas glutamatérgicas y peptidérgicas tienen grandes niveles de receptores opioides.

Esto produce un descenso de la excitabilidad de las fibras sensitivas que ascienden hacia en encéfalo.

2. También actúan a nivel supraespinal, sobretodo en las vías descendentes, aminorando la percepción subjetiva del dolor mediante dos vías:

a) La vía mésobulboespinal, que parte de la sustancia gris periacueductal y termina en las astas dorsales espinales, y en la que el efector es la serotonina.

b) La vía reticuloespinal, que va desde el locus ceruleus hacia el asta dorsal de la médula, y proyecta noradrenalina.

Ambas vías tienen un efecto inhibidor, y en ambas vías los opioides actúan sobre neuronas GABAérgicas de los núcleos del Rafe y el locus ceruleus, desinhibiendo las vías descendentes excitadoras que a su vez activan neuronas que liberan opioides en la médula.

Si el dolor es muy alto es necesario administrar opioides externos que potencien estas vías, con lo que el dolor continúa pero disminuye su apreciación. Sin embargo los opioides tienen problemas de tolerancia que al parecer se deben a un descenso de sensibilidad en los receptores

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opioides por internalización de receptores, desacoplamiento del receptor metabotrópico con la proteína Gi, e incluso descenso de expresión de la proteína G i, y esta tolerancia va a acompañada de dependencia.

B) Catatonia y descontrol motor

Existen también muchos receptores opioides en el estriado, donde modulan la coordinación del sistema dopaminérgico. De esta forma en exceso los opioides son capaces de producir catatonia por potenciación del sistema dopaminérgico (por desinhibición, actuando sobre neuronas GABAérgicas), que sin embargo aumenta la capacidad exploratoria.

También en otras áreas periféricas y centrales son capaces de potenciar otros neurotransmisores, actuando indirectamente sobre neuronas GABAérgicas:

• Aumentan los efectos de la acetilcolina, produciendo bradicardia, hipertermia y rigidez muscular.

• Aumentan las respuestas de la histamina, dando vasodilatación.

• Por último potencian las respuestas de la dopamina a nivel mesolímbico, activando el sistema de recompensa.

C) Eje hipotálamo- hipófisis

A nivel de la hipófisis los opioides facilitan la liberación de GH, prolactina ACTH, que desemboca en la producción de corticosterona por las adrenales, LH, oxitocina y vasopresina.

Por ejemplo, en el caso de la prolactina el factor inhibidor de la liberación de prolactina es la dopamina, y los opioides inhiben la función de estas neuronas a través de receptores μ, aumentando los niveles de prolactina. Por otro lado LH, oxitocina y vasopresina se secretan por mediación de receptores μ y κ.

3. Sistema orexina/ hipocreatina La orexina, también llamada hipocreatina es un opioide producido por neuronas

peptidérgicas del hipotálamo que controla el estado de vigilia. Existen dos tipos de estos ligandos, la orexina A y la orexina B, siendo la más importante la A. Sus receptores son OXR1 y OXR2, facilitadores acoplados a proteína Gs, que por tanto activan la adenilato ciclasa.

Este sistema activa los centros de vigilia, principalmente los núcleos del Rafe y el locus ceruleus, y es dependiente de luz. Así, cuando hay luz se activa al núcleo supraquiasmatico y facilita la liberación de orexina en el hipotámo, y serotonina y noradrenalina inician el estado de vigilancia. A medida que pasa el día disminuye la luz, y en consecuencia baja la actividad del núcleo supraquiasmático, y por ende lo niveles de orexina, que no activan los núcleos del Rafe y el locus ceruleus, pasándose de vigilia a sueño.

Además la orexina inerva muchas áreas cerebrales, y por tanto está relacionada con otras funciones:

• En el centro del hambre estimula el apetito.

• A nivel endocrino estimula la liberación de hipotálamo e hipófisis.

• En la médula espinal tiene un papel de antinocicepción.

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• También regula la presión arterial, la temperatura y el ritmo cardiaco, todo ello a nivel central.

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TEMA 14: EL CEREBRO COMO ÓRGANO DIANA

1. Conceptos generales Las hormonas son capaces de actuar en el cerebro, sobretodo las de estructura esteroidea

que atraviesan eficazmente la barrera hematoencefálica para unirse en el tejido nervioso a sus correspondientes receptores, produciendo diversas funciones:

1. El efecto más importante que producen las hormonas esteroideas sobre el cerebro es regular su propia secreción en un feed back negativo a nivel del hipotálamo y la hipófisis.

2. Cuando son producidos en periodos críticos tienen efectos sobre el desarrollo del sistema nervioso, que serán organizacionales y permantentes.

3. En el periodo adulto tiene papeles activacionales de pautas de comportamiento instintivo, como por ejemplo los comportamientos sexuales.

4. También tienen una importante función adaptativa. De esta manera ante el estrés se produce la liberación de glucocorticoides que informa al organismo de una situación dañina.

5. Por último las hormonas esteroideas tienen un importante papel en la neuroprotección, aunque también pueden potenciar la neurotoxicidad.

Estas neuronas para ejercer su acción se unen a receptores específicos que puede estar situados en la membrana celular, cuya acción depende de canales iónicos o segundos mensajeros, o también pueden tratarse de receptores intracelulares. Por ejemplo los estrógenos atraviesan la membrana plasmática y se unen a receptores en el citosol o la superficie del núcleo para mediara cambios génicos permantentes.

2. Hormonas esteroideas Se pueden agrupar en tres grandes conjuntos en función de donde se producen:

1. En primer lugar las formadas en las glándulas periféricas, que incluyen:

a) Los corticosteroides, producidos por la corteza adrenal y que pueden ser glucocorticoides y mineralocorticoides.

b) Los esteroides gonadales, producidos por las gónadas y que pueden ser estrógenos (como el estradiol) y andrógenos (como la testosterona).

2. Los formandos tanto en la periferia como en el sistema nervioso central. Cuando se estirpan las gónadas sus concentraciones bajan hasta un 70%:

a) La progesterona.

b) La tetrahidroprogesterona o allopregnenolona.

c) La pregnenolona y sus metabolitos, la 20αdihidropregnenolona y la pregnenolona sulfato.

3. Los generados exclusivamente en el sistema nervioso central, y cuyos niveles por tanto no se modifican aunque se extirpen las glándulas. Son la dehidroepiandrosterona, y su metabolito sulfatado, la dehidroepiandrosterona sulfato.

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2.1 Corticosteroides

Los glucocorticoides se sintetizan en la glándula adrenal y son liberados a la sangre, donde viajan en un 94% unidos a una globulina, la transcortina, o a la albúmina, y el resto libre. Una vez llegan al cerebro atraviesan la barrera hematoencefálica y se unen a receptores específicos, que pueden ser de dos tipos:

1. Receptores de tipo I o de mineralocorticoides.

2. Receptores de tipo II o de glucocorticoides.

Aunque los receptores de glucocorticoides están más ampliamente distribuidos, en condiciones normales los de mineralocorticoides están saturados, pues tienen una KM menor. En cualquier caso ambos se sitúan en el hipotálamo, el hipocampo (donde modulan procesos de plasticidad), la médula, el septum, la corteza y el sistema límbico. Además no existen sólo en neuronas, sino también en células gliales.

Una vez ejercen su función en estas localizaciones son metabolizados por el hígado y eliminados por la bilis en un 20% y por la orina en un 80%.

A) Corticosteroides y desarrollo

Los receptores para corticosteroides, principalmente mineralocorticoides, aparecen en el día 15 de desarrollo, de lo que se deduce que tienen un importante papel en la ontogenia del cerebro, principalmente a nivel de proliferación y diferenciación.

• Un aumento de glucocorticoides debido por ejemplo al estrés produce malformaciones congénitas del feto por daños irreversibles en el sistema límbico, sobretodo el hipocampo.

• Si los corticoides están ausentes hay atrofia de las dendritas del giro dentado.

Durante el desarrollo el feto está bombardeado por la corticosterona materna, lo cual es necesario pues la expresión de receptores para corticosteroides es previa al desarrollo de las adrenales.

Además en una fase postnatal, del día 5 al 15, denominada periodo hiporesponsivo, donde se produce muy poca corticosterona, y ante una situación de estrés la reacción es muy atenuada. La baja concentración de corticosterona en esta fase es muy importante pues coincide con periodos críticos de desarrollo químico y anatómico del cerebro.

B) Funciones de la corticosterona

La corticosterona activa el sistema nervioso autónomo, principalmente al sistema simpático, y a los sistemas monoaminérgicos y gabaérgicos a nivel central. Así, en el adulto los receptores de corticosterona se distribuyen en diferentes regiones donde llevan a cabo sus efectos, en general activacionales.

En el hipocampo hay muchos receptores de tipo I, mineralocorticoides, y cuando la corticosterona se une a estos receptores activa al eje hipotálamo- hipófisis- adrenal, que produce CRH- ACTH y finalmente corticosteroides. Otros receptores en el hipocampo tienen otras funciones:

• Diferentes receptores tipo I, de mineralocorticoides, están encargados de integrar la información sensorial y generar respuestas comportamentales.

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• Receptores tipo II, de glucocorticoides, almacenan la información sensorial y destruyen las respuestas inadecuadas.

Además hay receptores en la amígdala que regulan el comportamiento de evitación, y otros receptores en hipocampo, amígdala, septum y corteza modulan el comportamiento emotivo.

Teniendo en cuenta todo esto la corticosterona aumenta la actividad exploratoria, aumenta la búsqueda de alimento y aumenta la eficacia sináptica (aumentado los niveles de los transportadores de alta afinidad del GABA y aumentando la potencia de los sistemas noradrenérgicos y serotoninérgicos). En consecuencia la corticosterona es decisiva en procesos adaptativos, es decir, protege al organismo en situaciones de estrés, pero si hay mucho estrés, pues altos niveles continuos pueden llegar a provocar destrucción de neuronas en CA3, e incluso potenciar la excitotoxicidad.

2.2 Hormonas sexuales

En el sistema nervioso central se puede producir estrógenos, andrógenos y progesterona a partir de colesterol, y también pueden ser conducidos desde la sangre al cerebro.

A) Estrógenos

Hay gran cantidad de receptores de estrógenos en el sistema nervioso central, que pueden ser tanto intracelulares como en proteínas integrales de membrana, y por tanto pueden mediar procesos tanto genómicos como no genómicos. Sobretodo se distribuyen por el hipotálamo, la hipófisis, el POA, la amígdala, en neuronas estriatales dopaminérgicas, el córtex y el hipocampo.

1. En hipotálamo están encargados de la secreción de corticotropina, CRH que produce la liberación de ACTH en el hipotálamo, y de somatostatina o GnRH, encargada de estimular la liberación de LH y FSH.

2. En el POA, el núcleo ventromedial y el núcleo arquato (también del hipotálamo) hay neuronas muy sensibles a estrógenos, donde estos esteroides producen cambios genómicos que contribuyen a la expresión de receptores de progesterona, lo cual es determinante en respuestas sinérgicas de los estrógenos y la progesterona del comportamiento sexual femenino, como la lordosis.

3. En las neuronas estriatales dopaminérgicas aumenta el número de receptores de dopamina, y por tanto facilita la acción de la misma dopamina. Esto relaciona las fases de estro con aumentos de actividad motora.

FUNCIONES DE LOS ESTRÓGENOS

1. En el desarrollo participan en la inducción y organización cerebral, y concretamente en la diferenciación sexual del cerebro en periodos críticos (últimos prenatales y primeros postnatales). A lo largo del desarrollo hay factores que conllevan la diferenciación sexual en diferentes fases:

a) La primera fase corresponde con la diferenciación genética, que lleva a la formación de gónadas.

b) La segunda fase es la diferenciación por hormonas, donde participan los estrógenos y los andrógenos.

Durante el desarrollo prenatal el feto recibe estradiol de la madre antes del desarrollo gonadal, sin embargo en gran medida este no actúa gracias a la presencia de αfetoproteína

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sanguínea, que secuestra al estradiol para que no llege al cerebro. Cuando se ha producido el desarrollo gonadal se dan cambios que producen la diferenciación sexual fenotípica, y posteriormente en el periodo postnatal el estradiol producido por las gónadas sigue siendo secuestrado por la αfetoproteína en hembras, y por tanto no alcanza al cerebro, pero en machos las gónadas producen testosterona, que no es secuestrada y alcanza el cerebro. En esta etapa se expresan receptores de estradiol intracelulares en el hipotálamo, y cuando llega al cerebro la testosterona es aromatizada a estradiol, y termina masculinizando el cerebro por estos receptores.

2. También son muy importantes los efectos activacionales en la fase adulta, en las hembras los estrógenos facilita la liberación de GnRH en el hipotálamo, que induce la liberación de LH y oxitocina en la hipófisis. El pico de LH produce la liberación de progesterona en los ovarios (en una acción no genómica), y además en los núcleos ventromedial y núcleo arcuato del hipotálamo, facilita a nivel genómico la expresión de receptores de progesterona, y en el hipocampo en general la expresión de receptores colinérgicos y de oxitocina.

3. Tienen también efecto neuroprotector y neuroreparador. Como neuroreparador parece ser que cuando hay una lesión el estradiol es capaz de repararl e daño neural, facilitando el crecimiento de colaterales que potencialmente recuperen las conexiones sinápticas. Esta reinervación requiere que el estradiol reactive programas genómicos de desarrollo temprano. Y como neuroprotector tiene acción antioxidante (debido al OH del anillo A), y esto es muy importante sobretodo en neuronas dopaminérgicas de la sustancia nigra; además regula genes que codifican para factores antiapoptóticos. De esta manera los picos de testosterona produce un aumento del número de neuronas, proliferación y desfavorecen la muerte celular programada.

DIFERENCIAS EN EL CEREBRO ENTRE MACHOS Y HEMBRAS

De esta manera estas diferencias acaban desencadenando diferencias anatómicas en el cerebro:

1. El AVPV o núcleo anteroventral periventricular está más desarrollado en hembras, donde se encarga del control neuroendocrino, y concretamente se encarga de la liberación cíclica de GnRH. Además este núcleo ya es mayor en hembras durante el desarrollo, debido al efecto de los estrógenos, y tiene más neuronas dopaminérgicas que se proyectan al POA (área preóptica), donde están las neuronas peptidérgicas de GnRH, al núcleo tuberoinfundibular y al núcleo arqueado o arcuato. Estas neuronas dopaminérgicas son precisamente las que están implicadas en la secreción cíclica del GnRH, pues tienen una concentración muy alta de receptores de estrógenos, a través de cuya activación se favorece la producción de GnRH.

2. El SDN-POA y el VMN (núcleo ventromedial del hipotálamo) son mayores en machos, y regulan los comportamientos sexuales. Además, dentro del área preóptica o POA en función de los receptores a los que se unan los estrógenos habrá un efecto:

a) Si se unen a receptores α y β1 hay una defeminización del cerebro.

b) Si se unen a receptores β2 hay masculinización.

3. El núcleo arcuato del hipotálamo o ARC es similar en hembras y machos, y se encarga del control neuroendocrino.

Parece ser que el sistema GABAérgico está implicado en estas diferencias sexuales en cierta medida. Durante el desarrollo el GABAtiene un efecto excitador y neurotrófico, que es más largo en

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machos que en hembras, así parece ser el responsable del mayor tamaño de los núclso masculinos. Y por otra parte en el cerebro femenino el GABA aumenta la sinaptogénesis con las neuronas peptidérgicas, que es donde subyacen los mecanismos que marcarán en el adulto los patrones cíclicos.

Por último los estrógenos actúan sobre los SERT aumentando su número, así en la menopausia bajan los estrógenos y paralelamente bajan los SERT y aumentan los niveles de serotonina en la brecha, aumentando los niveles de ansiedad.

METABOLITOS DE LOS ESTRÓGENOS

Entre los metabolitos de los estrógenos destacan los catecol estrógenos, metabolitos activos producidos exclusivamente en el hipotálamo por acción de dos enzimas:

• La 2-hidroxilasa, que genera 2- hidroxiestradiol.

• La 4- hidroxilasa, que genera 4- hidroxiestradiol.

Estos catecol estrógenos pueden ser agonistas de los receptores de estrógenos, y concretamente el 2- hidroxiestradiol es un agonista débil y el 4- hidroxiestradiol es un agonista fuerte, pero además, dada su estructura catecólica son capaces de interaccionar con los sistemas catecolaminérgicos, siendo ligandos de receptores de adrenalina y dopamina, y compitiendo por la tiroxina hidroxilasa y la COMT.

B) Progesterona

Se produce a partir del colesterol en los ovarios y el sistema nervioso central, y regula el comportamiento sexual femenino. Sus receptores se encuentran principalmente en las mismas áreas de los receptores de estrógenos, sobretodo en hipófisis y en núcleo ventromedial del hipotálamo, donde coexisten con los propios estrógenos (que producen como hemos visto un aumento de la expresión de estos receptores), aunque también encontramos receptores de progesterona en zonas donde no hay receptores de estrógenos, como la corteza cerebral.

FUNCIONES DE LA PROGESTERONA

1. Tienen una acción sinérgica con los estrógenos en la secreción de GnRH y en la regulación del comportamiento.

2. También tienen función antiandrogénica, pues la progesterona es sustrato de la 5α reductasa, que interviene en la formación de la dihidrotestosterona (DHT), la forma activa de la testosterona.

3. Es una hormona antiglucocorticoidea debido a que es capaz de unirse a los receptores de glucocorticoides, inhibiendo su translocación al núcleo, y por tanto sus respuestas celulares.

4. Actúa sobre la maduración del ovocito y el espermatozoide mediante efectos de membrana, no genómicos.

5. Facilitan la expresión de receptores de oxitocina. La oxitocina está implicada en los comportamientos sexuales, y su papel se encuentra por tanto favorecido por la progesterona.

6. Por último estimula la liberación de dopamina y GnRH.

METABOLITOS DE LA PROGESTERONA

Los metabolitos de la progesterona son altamente activos:

• La 5,3 α pregnenolona, un neuroesteroide que actúa uniéndose a un lugar del receptor

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GABAA, potenciando su activación y por tanto causando un efecto anestésico, sedante, hiponótico y ansiolítico.

• La forma pregnenolona sulfato que en condiciones normales no tiene gran importancia, pero en cuadros patológicos aumentan los niveles y disminuyen la actividad de los receptores GABAA, de glicina y potencian la actividad de los receptores NMDA.

C) Testosterona

Se produce en testículos, glándulas adrenales y sistema nervioso central, y debe metabolizarse para ejercer sus acciones:

• La 5α reductasa la pasa a dihidrotestosterona, que se une a receptores en la hipófisis y el hipotálamo donde bloquea la secreción de CRH- ACTH.

• La aromatasa presente en adultos en el hipotálamo y en áreas límbicas la pasa a estradiol.

Así los andrógenos estimulan como los andrógenos la glándula adrenal, igual que los estrógenos, facilitando la liberación de esteroides, pero a diferencia de los andrógenos disminuyen los niveles de ACTH.

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Ilustración 34: Efectos de andrógenos y estrógenos