En los 60s se dan los primeros pasos en el conocimiento de los mecanismos intraneuronales ; ya en ese entonces se presumía la existencia de eventos intranucleares, como la activación de la RNA polimerasa y la fosforilación de proteínas nucleares, debido a cambios en la actividad de la adenilciclasa y el AMPc. Se conocía entonces que eventos como el estrés, la actividad motora, administración de corticosterona o ACTH tenían repercusiones en el RNA y la síntesis de proteínas cerebrales: "Impulsos generados en el SNC por un estímulo a nivel de la superficie del receptor durante un entrenamiento cambia el potencial de membrana de muchas neuronas y lleva a cambios en la fosforilación de las proteínas nucleares, en la metilación de las bases del DNA o en ambas ; así, la modificación de la expresión genética podría darse, llevando a la activación de la RNA polimerasa, producción de RNAm, formación de polisomas y síntesis de proteínas particulares involucradas en la conectividad sináptica" (Horn et al., 1973).
El concepto de oncogene, por ejemplo, originado con el descubrimiento de ciertos elementos genéticos virales que son responsables de la habilidad de los retrovirus para formar tumores, fue ampliado solamente a mediados de los 70s con el reconocimiento de varios de esos genes virales y la función en las señales de transducción de las proteínas que codificaban (Krontiris, 1995).
En los años 60 se dan los primeros pasos en el conocimiento de los mecanismos que operan dentro de las neuronas. Antes de estos hallazgos se creía que la neurona sólo servía para recibir y enviar corrientes eléctricas a través de sus prolongaciones gracias a la entrada masiva de sodio. Pero luego, se descubrió que el núcleo de la neurona era esencial no sólo en su supervivencia sino también en su adecuado funcionamiento. Se conocía entonces que eventos como el estrés, la actividad motora o la administración de corticosterona tenían repercusiones en la síntesis de RNA y de proteínas neuronales. Esto permitió afirmar que ciertos impulsos generados en el sistema nervioso central (SNC) por la acción de un estímulo, provocan cambios en la producción de proteínas neuronales y por lo tanto en el funcionamiento de las neuronas.
El concepto de transducción se refiere a la presencia de un sistema de moléculas al interior de la neurona, que tras la interacción de los neurotransmisores con los receptores, se van activando hasta permitir la expresión de ciertos genes en el material genético (DNA) de la neurona. La activación de estas moléculas, que vamos a seguir llamando segundos mensajeros, se logra por un proceso llamado fosforilación, donde las moléculas tras la adición de un átomo de fósforo pasan de un estado de reposo a un estado activo. En otras palabras, cuando el neurotransmisor se une a su receptor a nivel de la membrana de la neurona, se produce la fosforilación de gran cantidad de moléculas al interior de la neurona que por estar activadas facilitan la expresión de uno o más genes en el material genético ubicado en el núcleo de la neurona.
El concepto de transcripción hace referencia a la capacidad de convertir la activación de los segundos mensajeros (fosforilación) en la expresión de ciertos genes.
SISTEMAS DE SEGUNDOS MENSAJEROS
El sistema de segundos mensajeros está conformado por moléculas activadas por la acción de enzimas efectoras. Está conformado por moléculas hidrosolubles (adenosín-monofosfato cíclico [AMPc], inositol-1,4,5- trifosfato [IP3] e iones de Ca++) y liposolubles (óxido nítrico [NO-] y metabolitos del ácido araquidónico como prostaglandinas [PGs] y eicosanoides), y tiene como fin la amplificación del estímulo nervioso en la célula postsináptica y la regulación de sus respuestas a corto o largo plazo. Posee además, una vía de remoción de los sustratos activados. La amplificación del estímulo nervioso es posible porque la unión de un ligando con su receptor activa un centenar de proteínas G, las cuales a su vez, activan diferentes enzimas efectoras como la adenilciclasa y la fosfolipasa C que permiten la formación de gran cantidad de segundos mensajeros como AMPc o IP3, respectivamente (Post, 1992 ; Wilcox & González, 1995).
El sistema de segundos mensajeros posee varios principios fundamentales: 1) convergencia, en la que la estimulación de varios neurotransmisores es condensada e integrada en la acción de pocos segundos mensajeros (Ross, 1989); 2) la latencia-duración de la acción, en la que la actividad del segundo mensajero determina la naturaleza temporal de la respuesta celular; 3) acción de las proteínkinasas que conduce, a través de la fosforilación de varias proteínas, a cambios en el metabolismo celular o su expresión genética; 4) participación de la vía de regulación, que altera la habilidad de hormonas, neurotransmisores, drogas y fármacos para estimular una acción, al cambiar los niveles de los segundos mensajeros.
La fosforilación de proteínas por medio de la transferencia de un fosfato del ATP a sus residuos de serina o treonina, permite la regulación de la conductancia de los canales iónicos, la sensibilidad de los receptores, la actividad del sistema de segundos mensajeros, la liberación de neurotransmisores desde las vesículas presinápticas, la regulación de la forma, estructura y crecimiento de los procesos neuronales, la síntesis de proteínas a nivel ribosomal y la transcripción genética. Prácticamente, cada tipo de proteína neuronal posee regiones con concentraciones de cargas negativas y positivas, que al ser fosforiladas forman nuevas interacciones atractivas o repulsivas que cambian la conformación de la proteína y/o activan funciones enzimáticas. La fosforilación además, crea "puertos" en las proteínas afectadas (docking sites) con el fin de reclutar otras proteínas con las cuales nuevos elementos activados de las vías intracelulares puedan interactuar (Krontiris, 1995). Como puede apreciarse, la fosforilación representa el mayor mecanismo molecular de la plasticidad neuronal, ya que prácticamente cualquier tipo de proteína puede ser sometida a dicho proceso. Sin embargo, no es la única forma de modificar covalentemente las proteínas ; existen otras vías como la ribosilación, acetilación, carboximetilación, sulfatación y glicosilación, que sin embargo, no llegan a tener la importancia de la fosforilación como mecanismo regulador del estímulo sináptico (Hyman & Nestler, 1993b).
1. AMPc:
El AMPc es el sistema de segundos mensajeros que media las acciones de varios receptores aminérgicos en SNC y otros órganos, receptores para la ACTH en las glándulas suprarrenales y receptores de FSH en ovarios, entre otros (Duman & Nestler, 1994). Cuando el receptor es estimulado, se producen cambios en la proteína Gs asociada consistentes en la unión a una molécula de GTP (que reemplaza a la de GDP presente durante la inactivación por ser más abundante) y a la disociación de la subunidad alfa de la betagamma, asociados en la proteína G inactiva. La disociación separa la proteína G del receptor y disminuye la afinidad de éste por otros agonistas. La subunidad alfa de la proteína G unida al GTP interactúan entonces con la adenilciclasa, una enzima de membrana que contiene 2 dominios, cada uno con 6 secuencias intramembranales, asociados a dos subunidades catalíticas encargadas de la formación del AMPc a partir de una molécula de ATP. El AMPc se une en una proporción de 4:2 con la proteínkinasa A (PKA), una proteína tetramérica con 2 subunidades regulatorias y 2 catalíticas, que tras la unión con el AMPc se disocian. Las 2 subunidades catalíticas disociadas utilizan el ATP para fosforilar una variedad importante de proteínas (a nivel de residuos de serina, treonina y tirosina) encargadas del funcionamiento celular, aumentando o disminuyendo su actividad : receptores (que pierden afinidad por su agonista [desensibilización]), canales iónicos (que no pueden ser activados) y proteínas intranucleares que interactúan con genes específicos (Hyman & Nestler, 1993 ; Wickman & Clapham, 1995).
La regulación del AMPc se efectúa por medio de varias fosfodiesterasas que lo transforman en AMP inactivo, por la acción de la GTPasa sobre el GTP unido a la subunidad a y por la modulación ejercida por la subunidad bg sobre la a (Simon et al., 1991 ; Wickman & Clapham, 1995 ; Kenakin, 1996). Las proteínas fosforiladas recuperan su estado inicial por medio de la acción de varias fosfatasas (Hyman & Nestler, 1993).
La proteína Gi participa de la vía inhibitoria controlando niveles de AMPc por unión de agonistas a receptores alfa2 adrenérgicos, D2 y 5-HT1A. La activación de la proteína Gi conduce a la reasociación de las subunidades de la proteína Gs, desactivándola (Gilman, 1989 ; Simon et al., 1991) .
2. Inositol trifosfato y Diacilglicerol:
Otro mecanismo de fosforilación es el que depende de la activación de la proteína Gp (Gq, G11, Go) o RTK, que promueven la acción de la fosfolipasa C (PLC) sobre el fosfatidil inositol-4,5-bifosfato (PIP2) a nivel de la membrana, dando como resultado el inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) y el diacilglicerol (DAG). El IP3, al ser hidrosoluble, tiene la capacidad de viajar por el citoplasma y unirse a receptores específicos de canales iónicos en el retículo endoplásmico a través de los cuales se libera entre un 30% a 50% de su contenido de Ca++ al citoplasma, el cual, unido a la calmodulina en una proporción 4 : 1, forma un complejo que activa las proteínkinasas I, II y III dependientes del mismo para permitir la fosforilación de proteínas (CAM-kinasa). La acción del IP3 puede ser contrarrestada por la administración de Flunarizina, por la interacción de la subunidad bg de la proteína G con la calmodulina o por cationes monovalentes como Na+ o Li+ que antagonizan el K+ necesario para la apertura del canal de Ca++ del retículo endoplásmico. En esta vía igualmente se aprecia la autorregulación del sistema, no sólo por la fosforilación del receptor del IP3 por medio del AMPc, sino también por la movilización del Ca++ a depósitos insensibles a IP3 y el aumento en el metabolismo de éste último (Berridge & Irvine, 1989 ; Simon et al., 1991). Así mismo, esta cascada es regulada por altos niveles de Ca++ que inhiben la acción del IP3, o por la hidrólisis que convierte el IP3 en IP2 y finalmente restablece los niveles de PIP2, o por la conversión de IP3 a IP4 que permite la entrada de Ca++ a los depósitos. Cuando la vía del IP3 es activa se aprecian rápidas oscilaciones más que un estado de excitación continua (un exceso de Ca++ podría ser tóxico para las células) (Rasmussen, 1989 ; Berridge, 1993 ; Wilcox & González, 1995).
Por otro lado, el DAG, unido al Ca++, activa la proteínkinasa C (PKC) a nivel de la membrana ; ésta, en presencia de ATP fosforila una amplia variedad de sustratos entre los que se encuentran los receptores (llevándolos a desacoplarse con su proteína G respectiva), diversos factores de transcripción o inhibidores de la transcripción (como aquellos que impiden la acción del NFkB, el cual hace parte de la cascada estimulada por los factores de crecimiento (RTK)). La PKC es uno de los mayores mediadores de señales generadas en estímulos externos (unión neurotransmisor - receptor). Existen varias isoformas de PKC con una distribución heterogénea en el cerebro (mayores niveles en las terminales nerviosas presinápticas), que junto con otras kinasas regulan la plasticidad sináptica. Cada isoforma puede exhibir distintas funciones celulares (Manji et al., 1991). El DAG se degrada por acción enzimática a glicerol (sustrato para la formación de nuevas moléculas de PIP2) .
3. Otros sistemas:
Otros sistemas de segundos mensajeros también activan proteínkinasas específicas; tal es el caso del GMPc, el cual es posiblemente activado por receptores de hormonas, óxido nítrico (el cual activa la guanilil-ciclasa), monóxido de carbono y neurotransmisores, en estrecha relación con canales iónicos y con la fosforilación de proteínas a nivel del cerebelo o de células gliales (Dawson & Snyder, 1994 ; Schwartz & Kandel, 1995).
Los factores neurotrópicos, caracterizados por su papel en el desarrollo neuronal estimulando el crecimiento de los procesos neuronales, atraer los conos de crecimiento y por soportar la supervivencia neuronal, se dividen en varias superfamilias: factor de crecimiento neural (NGF), factor neurotrópico derivado del cerebro (BDNF) (Berde, 1989) y neurotrofina 3 entre otros (Hohn et al., 1990). Tras la unión de NGF con su receptor, el complejo es incorporado por endocitosis y transportado al soma neuronal por transporte axonal retrógrado rápido, para unirse a RTK (tipo A, B o C), activar las tirosínkinasas y fosforilar proteínas en residuos tirosina específicos. El NGF promueve la supervivencia de neuronas colinérgicas en el núcleo basal de Meynert, las mismas que se comprometen en la enfermedad de Alzheimer, mientras el BDNF soporta la supervivencia de las neuronas dopaminérgicas de la sustancia nigra cuya pérdida conlleva a la enfermedad de Parkinson (Hyman et al., 1991).
Los RTK pueden interactuar con moléculas de señalización a través de intermediarios como el GRB2, o pueden hacerlo directamente sobre proteínas como Ras, una GTPasa que transduce señales de los RTK a otras enzimas con capacidad serina/treonina kinasa (s/tK) como Raf-kinasa, MEK o MAPkinasa. Ras-GTP se une al dominio N-terminal de Raf formando el complejo Ras-Raf, el cual tiene la propiedad de activar otras enzimas s/tK como MEK. Esta continua la cascada activando la MAPkinasa (mitogen-activated PK), la cual tiene la capacidad de fosforilar diferentes factores de transcripción que regulan la expresión genética (O'Dell et al., 1991 ; Boyuski & McCormick, 1993 ; Blenis, 1993 ; Duman et al., 1995).
MECANISMOS DE TRANSCRIPCIÓN
1. Factores de transcripción (terceros mensajeros):
La habilidad de las células para regular la expresión genética permite mantener su función normal y adaptarse al entorno. Esto se logra por medio de los factores intracelulares de transducción y transcripción de señales que permiten amplificar o modular cada estímulo que impacta la membrana celular, sus receptores y canales iónicos. Entre los factores de transducción encontramos los ya mencionados AMPc y Ca++ (IP3 y DAG), con sus respectivas proteínkinasas. Éstas últimas, una vez activadas (por medio de la separación de sus subunidades catalíticas) interactúan con proteínas llamadas factores de transcripción, como el CREB (cyclic AMP response binding proteins), los cuales a su vez tienen una gran afinidad por secuencias de DNA llamadas elementos cis-reguladores (Ptashne, 1989). Los factores de transcripción integran la información de las secuencias promotoras de los genes y los factores de transducción para controlar la tasa de expresión genética. El primer factor de transcripción caracterizado fue CREB, pero en la actualidad han sido clonados al menos otros 10, entre los que se cuentan CREM I y II, ATF1-ATF6, Fos y Jun, los cuales poseen diferentes funciones: CREB, CREMt y ATF1 median la activación transcripcional, mientras que CREMa, b y g y los miembros del gen CREB-2 actúan como antagonistas de la transcripción inducida por el AMPc. Los diferentes factores de transcripción son capaces de heterodimerizarse (acoplarse) entre sí en ciertas combinaciones, lo que demuestra la versatilidad de la respuesta transcripcional a las señales de transducción (Brindle et al., 1993 ; Sassone-Corsi, 1995).
El 80% de los factores de transcripción pueden tener uno de estos 4 diseños estructurales: 1) hélice-giro-hélice, que contiene 3 alfa-hélices separados por secuencias cortas de aminoácidos cargados positivamente y que son importantes en el desarrollo embrionario de los organismos multicelulares; 2) dedo de zinc, contiene un ion zinc unido a dos pares de residuos de cisteína o histidina en las cadenas laterales que tienen una configuración similar a un dedo y son útiles para la dimerización. Los receptores de hormonas esteroideas y tiroides tienen esta estructura general; 3) hélice-asa-hélice, consistente en a-hélices unidas por secuencias alargadas que forman asas útiles para la dimerización y que hace parte de proteínas que se unen a genes activadores de la inmunoglobulina y la miogénesis; 4) cierre de leucina, que consiste en una a-hélice extendida en la cual el aminoácido leucina se encuentra cada 7 posiciones en forma periódica. Los factores de transcripción que responden al AMPc o al Ca++ pertenecen a éste último diseño, y contienen 2 regiones independientes: 1) la caja de fosforilación (P-box) y sus dominios adyacentes (Q1 y Q2) donde se da la activación transcripcional por medio de la fosforilación de los residuos de serina por las proteínkinasas y 2) un dominio bZip (basic leucine zipper) conformado por un cierre de leucina para la dimerización y un dominio básico (rico en residuos de lisina y arginina) que establece el contacto con el DNA (González & Montminy, 1989 ; Tobin, 1994 ; Papavassiliou, 1995). Un coactivador, el CBP (CREB-binding protein), interactúa con la P-box del CREB para facilitar la iniciación de la transcripción por la RNA polimerasa II (Kwok et al., 1994) .
2. Elementos cis-reguladores:
Los elementos cis-reguladores son secuencias específicas del DNA también llamadas sitios de unión o sitios de consenso que permiten promover o regular la expresión de varios genes; sin ellos ningún gen podría ser expresado (Rosenthal, 1994). El ATF (activating transcription factor) es un elemento cis-regulador que está presente en los promotores tempranos de los adenovirus, en genes que se caracterizan por una rápida y transitoria expresión (0.5 a 2 horas) ante ciertos estímulos ambientales como neurotransmisores, hormonas, citocinas, eicosanoides, prostaglandinas, luz UV, cirugía, estrés o drogas, y que por ello son llamados genes de respuesta temprana o inmediata (cIEG, cellular immediate-early gene), entre los que se encuentran fos, jun, junD, fra1 y junB (Mitchell & Tjian, 1989). La transcripción de los genes fos y jun depende del incremento en los niveles intracelulares de Ca++ y en parte también, de la activación de CREB por la PKA (vía del AMPc) (Sheng et al., 1990 ; 1991). La MAPkinasa también puede inducir la transcripción de genes de respuesta temprana al fosforilar el factor de complejo ternario (TCF) que asociado a 2 moléculas de SRF (serum-response factor) interactúa con el DNA en el sitio SER.
Otros elementos cis-reguladores que se ubican entre los más estudiados son el CRE (cyclic AMP responsive element) y el TRE (tetradecanoyl-phorbol-acetate response element), que difieren en una sola base de guanina en lo que respecta a su secuencia (TGACGTCA y TGACTCA, respectivamente); el primero es sitio de unión para el CREB y el otro es el sitio de unión de heterodímeros de la familia de factores de transcripción AP-1 (Fos y Jun). Un gran número de genes contienen la secuencia CRE ; tal es el caso de genes que conducen a la producción de proencefalina, tirosina hidroxilasa y PIV entre otros. En el caso del TRE, el gen de la prodinorfina (Kouzarides & Ziff, 1988 ; Turner & Tjian, 1989).
3. Transcripción:
La mayoría de las células eucarióticas, además de poseer elementos cis-reguladores como los ya mencionados, poseen sitios "promotores" que suelen contener la secuencia TATA embebida en una larga secuencia de consenso (25 bp, "pares de bases"). El "TATA box" (segmento con la secuencia TATA) se une a los factores de transcripción en su dominio bZip para interactuar con una RNA polimerasa, ya sea incrementando o disminuyendo la transcripción (producción de RNAm) o produciendo cambios estables en la estructura de cromatina (DNA). Estos cambios en la estructura de cromatina pueden producir cambios a largo plazo en la tasa de transcripción al alterar la accesibilidad de un gen particular al aparato transcripcional (Tobin, 1994). Posterior al incremento de la acción de la RNA polimerasa por los factores de transcripción, y tomando como ejemplo el c-fos, una vez es activado este gen, el RNAm "dirige" la fabricación de la proteína Fos en los ribosomas del retículo endoplásmico. La proteína Fos puede dimerizarse consigo misma o con proteínas de otros protooncogenes ; el dímero regresa al núcleo donde se une a sitios específicos del DNA involucrados en la iniciación de otros procesos de transcripción genética (genes tempranos o tardíos) que conducen a la síntesis de nuevos péptidos, hormonas, proteínas, factores de crecimiento, proteínkinasas, enzimas, neurotransmisores o receptores. La acción conjunta de Fos y Jun es más efectiva que la acción independiente de cada uno, pues actúan como reguladores el uno del otro; tanto es así, que el c-jun aparece como un factor de transcripción positivo y el jun-B como representante de funciones negativas o represivas (Post, 1994).
4. Mecanismos de represión de la transcripción:
Por otro lado, la inhibición, y por tanto la modulación de la expresión genética, se lleva a cabo por un proceso de defosforilación por acción de las proteín-fosfatasas específicas (PP-1 y PP-2A en el caso de CREB) (Hagiwara et al., 1992) o por la acción de pequeños elementos (proteínas) cis-reguladores como el ICER (inducible cyclic AMP early repressor), que son producidos por la unión de factores de transcripción con el gen CREM (cyclic AMP responsive element modulator). Los ICER, una vez formados a nivel ribosomal, forman homodímeros o heterodímeros que se dirigen a un sitio de unión CRE y bloquean la transcripción inducida por el AMPc en una forma más significativa que la obtenida por acción de CREMa y CREMb, proteínas igualmente producidas tras la interacción gen CREM - factor de transcripción. Una característica importante de los ICER es su inductibilidad (son activados por CREB, CREMt y ATF1) sin mediación de la fosforilación (carecen de P-box), lo que los convierte en la única proteína cuya función es regulada por su concentración celular. En células no estimuladas los niveles de ICER están por debajo del umbral de detección. Además, los ICER son capaces de autoregularse al unirse ávidamente al gen CREM inhibiendo su propia transcripción (Foulkes et al., 1991 ; Molina et al., 1993).
Recientemente se está trabajando en un nuevo aspecto de la transducción de señales : el intercambio entre las diferentes vías. Se creía que los receptores que trasmiten señales a través del segundo mensajero AMPc eran independientes de otras vía como la del ras (el primer oncogene implicado en el cáncer humano). Sin embargo, algunas vías de AMPc parecen inhibir la señal dependiente de la proteína Ras y con ello el crecimiento de algunas células al interrumpir las señales mitogénicas del oncogén y su proteína (Krontiris, 1995).
En resumen, para la activación inicial del sistema AMPC, se requiere la unión de los neurotransmisores a su receptor (1). Dicha unión activa la proteína G, la cual a su vez estimula la actividad de la AC asociada a la membrana (2). Ésta convierte el ATP en AMPc (3), lo que permite la disociación de la PKA en subunidades catalíticas y reguladoras (4). Las unidades catalíticas de la PKA migran al núcleo donde fosforilan y activan los factores transcripcionales como CREB, CREM y cIEG (5). La atenuación de los factores puede darse por acción de las fosfatasas nucleares (6). Para la inducción de la transcripción parece precisarse de un cofactor el CBP (CREB binding protein) (7) que permite la interacción de los factores con el sitio de consenso CRE ubicado en los promotores de genes de respuesta al AMPc (8). Los factores fosforilados también activan la transcripción del promotor CREM (9), el cual a su vez conduce a un rápido incremento en los niveles de proteínas ICER, que reprimen la transcripción inducida por el AMPc (10). La caída en los niveles de ICER lleva a la liberación de la represión y permite un nuevo ciclo de activación transcripcional .
El sistema de segundos mensajeros está conformado por moléculas que se activan tras la acción de enzimas fosforiladoras. Estas moléculas pueden ser hidrosolubles y liposolubles, y tienen como fin la amplificación del estímulo nervioso en la célula postsináptica. Entre las moléculas hidrosolubles encontramos el adenosín-monofosfato cíclico [AMPc], el inositoltrifosfato [IP3] y los iones de Ca++. Entre las liposolubles, el óxido nítrico [NO-] y las prostaglandinas [PGs].
[1]. AMPc (AMP cíclico):
El AMPc es el sistema de segundos mensajeros que media las acciones de varios receptores en el SNC y otros órganos. Cuando el receptor metabotrópico es estimulado, se producen cambios en la proteína G consistentes en la disociación (separación) de sus subunidades a y bg. La disociación separa la proteína G del receptor. La subunidad a de la proteína G interactúa con la enzima adenilciclasa, encargada de la formación del AMPc a partir de una molécula de ATP (adenosín trifosfato). A su vez, el AMPc se une a la proteínkinasa A (PKA) y la activa. La PKA activada fosforila una variedad importante de proteínas encargadas del funcionamiento celular, aumentando o disminuyendo su actividad : receptores, canales iónicos y proteínas intranucleares que interactúan con genes específicos.
[2]. Inositol trifosfato y Diacilglicerol:
Otra proteína G, diferente a la del AMPc, al ser activada promueve la acción de otra enzima, la fosfolipasa C (PLC). La PLC actúa sobre el fosfatidil inositol bifosfato (PIP2) y lo convierte en inositol trifosfato (IP3) y en diacilglicerol (DAG). El IP3 se une a receptores específicos de canales iónicos en el retículo endoplásmico, un enorme depósito de Ca++ en el interior de la célula, permitiendo la liberación de entre un 30% a 50% de su contenido de este ión al citoplasma. El Ca++ activa las proteínkinasas I, II y III para permitir la fosforilación de proteínas.
Por otro lado, el DAG, también se une al Ca++, activando otra enzima, la proteínkinasa C (PKC), la cual fosforila una amplia variedad de proteínas como receptores. La PKC es uno de los mayores mediadores de señales generadas en estímulos externos (unión neurotransmisor - receptor).
Mecanismos de transcripción:
La habilidad de las células para regular su expresión genética permite mantener su función normal y adaptarse al entorno. Esto se logra por medio de las moléculas encargadas de la transducción y transcripción de señales que permiten amplificar o modular cada estímulo que impacta la membrana celular, sus receptores y los canales iónicos. Entre los factores de transducción encontramos los ya mencionados AMPc y Ca++ (IP3 y DAG), con sus respectivas proteínkinasas. Éstas últimas, una vez activadas interactúan con proteínas llamadas factores de transcripción, los cuales a su vez tienen una gran afinidad por distintos genes ubicados en el DNA.
Los factores de transcripción después de activar o reprimir la expresión de ciertos genes permiten la formación de RNA mensajeros (material genético que lleva una copia del gen original) y estos a su vez, permiten la formación de nuevas proteínas en los ribosomas.
EVOLUCIÓN DE LOS MECANISMOS DE TRANSDUCCIÓN Y TRANSCRIPCIÓN
Aunque este sistema complejo de transducción y transcripción de señales, esté organizado en forma tan secuencial que cada paso parece indispensable para el siguiente, debe tenerse en cuenta que es ciertamente flexible y ha estado sometido a los avatares de la evolución. Las secuencias de DNA de los elementos reguladores de la transcripción resultan de la selectiva ventaja que estas secuencias podrían ofrecer para la expresión temporal de genes estructurales adyacentes (Tobin, 1994). La complejidad en la expresión genética que se logró por medio de la evolución pudo haber resultado no sólo de la duplicación, divergencia y separación de exones (fracción de DNA leída por la RNA polimerasa) por intrones (fracción de DNA no transcrita) de los genes existentes, sino también de un proceso de recomposición que generó factores con nuevas propiedades (Brenner, 1988). Por otro lado, sin embargo, es posible encontrar que el AMPc está presente como mensajero intracelular no sólo en humanos y mamíferos, sino también en invertebrados como la Aplysia, conservándose a pesar de la evolución (Sassone-Corsi, 1995). Los oncogenes pueden encontrarse en diferentes especies de vertebrados e invertebrados, como es el caso del oncogene ras (un acrónimo para el sarcoma de la rata) que fue conservado por la evolución en organismos muy diferentes al ser humano (Krontiris, 1995).
HALLAZGOS EXPERIMENTALES
La mayoría de lo que conocemos acerca de las funciones de las proteínas cerebrales se basa en varias técnicas : el análisis electrofisiológico de canales iónicos y receptores expresados recombinantemente, la hibridización in situ que permite la identificación del RNAm, la amplificación de RNA, más sensible que la anterior y que permite la identificación de proteínas expresadas en baja cantidad y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), una técnica sensible y rápida para detectar DNA (Monyer & Lambolez, 1995).
La habilidad de una sustancia o fármaco para generar una respuesta a partir de la unión al receptor es denominada eficacia y no está relacionada con la afinidad por el receptor. Los agonistas del receptor (activadores del receptor) poseen una estructura química parecida a la del transmisor y tiene, al unirse con el receptor postsináptico específico, el mismo efecto que el transmisor (Buspirona). Sin embargo, la unión agonista-receptor también conduce a una desensibilización o "down-regulation" del receptor debido a su fosforilación por acción de la proteínkinasa C (mecanismo de retroalimentación negativa) (Dean et al., 1993). A nivel de receptores presinápticos los agonistas ejercen un efecto opuesto (antagónico). Los antagonistas del receptor (inhibidores del receptor) son sustancias que, gracias a la similitud de la estructura química con la de los transmisores, pueden unirse al receptor, pero son incapaces de activarlo (Atropina). La acción de los antagonistas, contrario a lo que podría pensarse, no conduce a una sensibilización de los receptores e incluso puede llevar también a una desensibilización. La diferencia estriba en la capacidad de inducir un "up-regulation" (Dean et al., 1993). Un medicamento puede tener también, una acción directa sobre el cuerpo celular de la neurona, modificando sus características eléctricas e influyendo, por tanto, sobre la conducción de los impulsos nerviosos (curare).
Sin embargo las modificaciones en la neurobiología de los trastornos psiquiátricos y su tratamiento van más allá de estos hallazgos iniciales, involucran mecanismos intracelulares que conducen en último término a la modificación de la función y estructura neuronal. Post hizo mención a la transducción del estrés psicosocial en la neurobiología de los trastornos afectivos recurrentes; se partirá de estos hallazgos para comprender los cambios a largo plazo que suceden en aquellos y que podrían servir de ilustración para los trastornos psiquiátricos en general (Post, 1992).
El primer episodio de trastorno afectivo, maníaco o depresivo, está significativamente más asociado a estresores psicosociales que episodios que ocurren en etapas posteriores de la enfermedad. Existen descubrimientos recientes en neurobiología que indican que la estimulación eléctrica y química y los estresores psicosociales afectan la expresión genética, de tal manera que los eventos agudos pueden conducir a efectos a largo plazo. Por otro lado, varios estudios retrospectivos con pacientes afectivos confirman a través de diferentes escalas como la Paykel Life Events o la entrevista semiestructurada de Brown-Harris, que en los primeros episodios existe en mayor proporción un evento vital que precede al episodio, cuando se comparan con episodios sucesivos, con significancia estadística y en muestras de pacientes que van desde 78 hasta 267 individuos. El estudio del NIMH corrobora que los pacientes con un episodio "sensible al medio ambiente", han tenido pocos episodios previos comparado con los que tienen episodios "autónomos" (p <0.05). Existe también un estudio prospectivo de Mendlewicz et al. quienes encontraron más estresores psicosociales en asociación con la emergencia de un episodio depresivo en sujetos que no han experimentado episodios previos (Post, 1992).
Post, utiliza un modelo no homólogo, el modelo Kindling (de adaptación) utilizado para explicar la recurrencia de las crisis convulsivas en ausencia de medicación, de aparición espontánea y en ausencia de gatillos electrofisiológicos, para abordar el incremento de los episodios afectivos en ausencia de factores desencadenantes. La activación de las vías neurológicas produce no sólo eventos agudos asociados con rápidas alteraciones en el disparo neuronal y las adaptaciones neuronales a corto plazo, sino también una serie de eventos que tienen consecuencias a largo plazo para el organismo a través de cambios intracelulares en la transcripción genética con inducción de factores de transcripción como protooncogenes, en un proceso que puede tomarse días, meses o años. Los genes de manifestación temprana como fos y jun tienen un inicio de acción rápido que desencadena una cascada biológica que lleva a la modificación en la producción de neurotransmisores, receptores y péptidos. Incluso eventos estresantes menores son capaces de inducir protooncogenes c-fos (Post, 1992).
Sobre el efecto del tratamiento psicológico o farmacológico en estos mecanismos intracelulares, implica tener en cuenta que algunos cambios representan el proceso patológico primario y requieren disminución, pero otros representan mecanismos compensatorios y requieren su aumento. La respuesta al tratamiento psicofarmacológico depende de la etapa y el curso longitudinal del trastorno afectivo. La mayoría de los tratamientos en psiquiatría deben administrarse en forma repetida para que induzcan cambios a largo plazo y relativamente estables.
Con respecto a la psicoterapia, Post postula, basado en los hallazgos mencionados, que las terapias psicodinámicas por estar basadas en la "memoria representacional" (sistema límbico) pueden ser apropiadas para episodios iniciales de depresión mayor o disforias relacionadas con un evento estresante, pero en episodios recurrentes de emergencia espontánea, el uso de terapias cognitivo-comportamentales e interpersonal pueden ser más apropiadas por la utilización de "memorias de hábito" (Post, 1992). Un hallazgo importante ha sido el de la migración de los "rastros de memoria" (RNAm de c-fos) a diferentes áreas cerebrales. Así, en monos rhesus, la "memoria representacional" puede depender de sustratos límbicos", pero la "memoria de hábito" se localiza luego en sustratos estriatales (Post, 1992). Las intervenciones farmacológicas, en ese sentido, podrían requerir también una diferenciación en función de la etapa de evolución de la enfermedad, de tal manera que medicamentos que fueron eficaces en etapas tempranas pueden no serlo en etapas posteriores (Post, 1993). La sensibilización puede ser prevenida con la instauración temprana y continua de medicamentos como el Litio o los antidepresivos, ya que la suspensión del tratamiento lleva a una menor respuesta cuando es reinstaurado por una mayor reacción de los sistemas intracelulares a eventos estresantes de similar magnitud al inicial o por un fenómeno similar al "Kindling" que lleva a la activación espontánea de los mismos (Post, 1992).
La expresión normal de los cIEG puede verse dramáticamente incrementada después de la aplicación de varios tipos de estímulos como traumas quirúrgicos, convulsiones (se puede detectar RNAm a nivel del gyrus dentado en la amígdala en animales sometidos a convulsiones tipo Kindling), intervenciones neurofarmacológicas, estimulación sensorial y cambios comportamentales (Hunt et al., 1987 ; Dragunow & Robertson, 1987 ; Manji et al., 1995 ; Hyman & Nestler, 1996). Ahora se sabe que la activación noradrenérgica, dopaminérgica, colinérgica, glutamaérgica y opioide, por PIV o factores de crecimiento, inducen c-fos a través del sistema de segundos mensajeros en regiones específicas del cerebro; así, la deprivación de agua incrementa el c-fos en el hipotálamo, el dolor a nivel de la médula espinal y el tálamo. Adicionalmente, se puede observar RNAm de c-fos a nivel del gyrus dentado en pacientes con convulsiones tipo Kindling. Las alteraciones a largo plazo incluyen también niveles de TRH, encefalinas y CRH, lo que podría explicar las alteraciones hormonales vistas en los pacientes con trastornos afectivos (Post, 1992).
El tipo, magnitud y repetición del evento estresante puede ser crítico para los efectos a largo plazo. Adicionalmente, la calidad del estresor afecta sistemas neurales específicos. Estos eventos pueden tener diferentes consecuencias cognitivas, comportamentales y neurobiológicas. Existen dos tipos de sensibilización de los sistemas neurales que conduce a la reaparición de episodios, el mecanismo asociado con la vulnerabilidad del paciente y el que se deriva del episodio afectivo como tal y que conduce a las transformaciones biológicas ya mencionadas (Post, 1992).
Articulo original de:
Disponible en: URL: http://psicofarmacologia.info/basesmoleculares.html
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