Dinorfina - Dynorphin

prodinorfina
Identificadores
Símbolo PDYN
Gene NCBI 5173
HGNC 8820
OMIM 131340
RefSeq NM_024411
UniProt P01213
Outros dados
Locus Chr. 20 pter-p12.2

As dinorfinas ( Dyn ) são uma classe de peptídeos opióides que surgem da proteína precursora prodinorfina . Quando a prodinorfina é clivada durante o processamento pela pró-proteína convertase 2 (PC2), vários peptídeos ativos são liberados: dinorfina A , dinorfina B e α / β-neo-endorfina . A despolarização de um neurônio contendo prodinorfina estimula o processamento de PC2, que ocorre dentro das vesículas sinápticas no terminal pré - sináptico . Ocasionalmente, a prodinorfina não é totalmente processada, levando à liberação de "grande dinorfina". “Big Dynorphin” é uma molécula de 32 aminoácidos que consiste em dinorfina A e dinorfina B.

Dinorfina A, dinorfina B e grande dinorfina contêm uma alta proporção de resíduos de aminoácidos básicos, em particular lisina e arginina (29,4%, 23,1% e 31,2% de resíduos básicos, respectivamente), bem como muitos resíduos hidrofóbicos (41,2% , 30,8% e 34,4% de resíduos hidrofóbicos, respectivamente). Embora as dinorfinas sejam encontradas amplamente distribuídas no SNC, elas têm as maiores concentrações no hipotálamo , medula , ponte , mesencéfalo e medula espinhal . As dinorfinas são armazenadas em grandes vesículas de núcleo denso (80-120 nm de diâmetro) que são consideravelmente maiores do que as vesículas que armazenam neurotransmissores . Essas grandes vesículas de núcleo denso diferem das pequenas vesículas sinápticas em que um estímulo mais intenso e prolongado é necessário para fazer com que as vesículas grandes liberem seu conteúdo na fenda sináptica . O armazenamento de vesículas de núcleo denso é característico do armazenamento de peptídeos opióides.

As primeiras pistas para a funcionalidade das dinorfinas vieram de Goldstein et al. em seu trabalho com peptídeos opióides. O grupo descobriu um peptídeo opioide endógeno na hipófise suína que se mostrou difícil de isolar. Ao sequenciar os primeiros 13 aminoácidos do peptídeo, eles criaram uma versão sintética do peptídeo com uma potência semelhante ao peptídeo natural. Goldstein et al. aplicou o peptídeo sintético ao músculo longitudinal do íleo da Guiné e descobriu que ele era um peptídeo opioide extraordinariamente potente. O peptídeo foi chamado de dinorfina (do grego dynamis = poder) para descrever sua potência.

Dinorfinas exercem os seus efeitos principalmente por meio do receptor de κ-opióide (KOR), um receptor acoplado a G-proteína . Dois subtipos de KORs foram identificados: K1 e K2. Embora KOR seja o receptor primário para todas as dinorfinas, os peptídeos têm alguma afinidade para o receptor opioide μ (MOR), receptor opioide δ (DOR) e o glutamato do tipo ácido N-metil-D-aspártico ( NMDA ) receptor. Diferentes dinorfinas apresentam diferentes seletividades e potências nos receptores. A grande dinorfina e a dinorfina A têm a mesma seletividade para KOR humano, mas a dinorfina A é mais seletiva para KOR em relação a MOR e DOR do que a grande dinorfina. A grande dinorfina é mais potente em KORs do que a dinorfina A. Tanto a grande dinorfina quanto a dinorfina A são mais potentes e mais seletivas do que a dinorfina B.

Produção

A dinorfina é produzida em muitas partes diferentes do sistema nervoso, incluindo o hipotálamo , o corpo estriado , o hipocampo e a medula espinhal . Os padrões de expressão gênica dos Allen Brain Atlas em camundongos, macacos e humanos podem ser vistos aqui .

A dinorfina tem muitas ações fisiológicas diferentes, dependendo do local de produção.

Analgesia

A dinorfina demonstrou ser um modulador da resposta à dor. Han e Xie descobriram que a injeção de dinorfina no espaço subaracnóideo da medula espinhal do rato produziu analgesia dependente da dose, medida pela latência do movimento da cauda. A analgesia foi parcialmente eliminada pelo antagonista opioide naloxona.

Han e Xie descobriram que a dinorfina é 6-10 vezes mais potente do que a morfina por mol. Além disso, a tolerância à morfina não reduziu a analgesia induzida por dinorfina. Ren et al. demonstraram algumas das complexidades relacionadas à analgesia induzida por dinorfina. Os autores descobriram que a combinação de níveis subanalgésicos de morfina e dinorfina A 1-13 , uma versão da dinorfina A contendo apenas os primeiros 13 aminoácidos do peptídeo, na medula espinhal de rato teve efeitos aditivos. No entanto, quando a dinorfina A 1-13 foi injetada na região intracerebroventricular (ICV) do cérebro, ela teve um efeito antagonista na analgesia induzida pela morfina.

Um estudo de Lai et al. descobriram que a dinorfina pode realmente estimular a dor. O grupo descobriu que ele atua no receptor de bradicinina, bem como no KOR. A tirosina N-terminal da dinorfina A é necessária para ativar os receptores opióides, como KOR, mas é desnecessária na ligação aos receptores de bradicinina. Lai et al. estudaram os efeitos da dinorfina A 2-13 que não continha a tirosina N-terminal. Com base nos resultados da dinorfina A 2-13 , os autores propuseram um mecanismo no qual a dinorfina A ativa os receptores de bradicinina e, portanto, estimula a resposta à dor.

De acordo com esse mecanismo, a dinorfina ativa os receptores de bradicinina, que desencadeiam a liberação de íons de cálcio na célula por meio de canais sensíveis à voltagem na membrana celular. O bloqueio dos receptores de bradicinina na região lombar da medula espinhal reverteu a dor persistente. Um sistema de vias múltiplas pode ajudar a explicar os efeitos conflitantes da dinorfina no SNC.

Svensson et al. desde outro mecanismo possível pelo qual a dinorfina pode causar dor na medula espinhal. Os autores descobriram que a administração de dinorfina A 2-17 truncada , que não se liga a receptores opioides, causa um aumento na proteína quinase ativada por mitógeno p38 fosforilada (MAPK) na microglia no corno dorsal da medula espinhal. A p38 ativada foi previamente associada à liberação de prostaglandina evocada por NMDA , que causa dor. Assim, a dinorfina também pode induzir dor na medula espinhal por meio de uma via p38 não opióide.

Outros estudos identificaram um papel para a estimulação do receptor opióide kappa e dinorfina na dor neuropática. Esse mesmo grupo também mostrou que o sistema dinorfina-KOR medeia a proliferação de astrócitos por meio da ativação da p38 MAPK necessária para os efeitos da dor neuropática nas respostas analgésicas. Tomados em conjunto, esses relatórios sugerem que a dinorfina pode provocar vários efeitos nas vias opióides Kappa e não opióides para modular as respostas analgésicas.

Vício

O vício em cocaína resulta de mudanças moleculares complexas no cérebro após múltiplas exposições à cocaína. As dinorfinas demonstraram ser uma parte importante desse processo. Embora uma única exposição à cocaína não afete os níveis de dinorfina no cérebro, exposições repetidas à droga aumentam as concentrações de dinorfina no corpo estriado e na substância negra de ratos.

Um mecanismo molecular proposto para níveis aumentados de dinorfina envolve a regulação da transcrição por CREB (proteína de ligação ao elemento de resposta de monofosfato 3 ', 5'). De acordo com o modelo proposto por Carlezon et al., O uso de cocaína aumenta a expressão de AMPc e proteína quinase dependente de AMPc ( PKA ). O PKA leva à ativação do CREB, que aumenta a expressão da dinorfina no nucleus accumbens e no estriado dorsal, áreas cerebrais importantes na adição. A dinorfina diminui a liberação de dopamina ao se ligar aos KORs nos terminais nervosos da dopamina.

Cocaína

Carlezon et al. realizaram vários experimentos para validar este modelo. Eles descobriram que, quando os ratos foram injetados com cocaína, eles preferiram estar no local onde foram injetados (mostraram uma preferência de lugar mais forte) significativamente mais do que os ratos de controle (injetados com solução salina). No entanto, em camundongos com superexpressão de CREB sob um promotor constitutivo, foi observada aversão a lugar. Isso indica que o aumento do CREB reverte os efeitos positivos da cocaína. A análise de Northern blot vários dias após a superexpressão de CREB mostrou um aumento acentuado no mRNA de dinorfina no núcleo accumbens.

O bloqueio de KORs com um antagonista (norBNI) bloqueou os efeitos aversivos causados ​​pela superexpressão de CREB. Assim, o uso de cocaína parece, em última análise, levar a um aumento na transcrição do mRNA da prodinorfina. A dinorfina inibe a liberação de dopamina, o que poderia ser responsável pelas propriedades de reforço da cocaína.

Também há evidências sugerindo que o aumento da quantidade de dinorfina pode proteger os humanos do vício em cocaína. De acordo com pesquisa da Universidade Rockefeller, o gene da dinorfina está presente em duas versões: uma variação funcional de “alto rendimento” e uma “baixa potência”. A variação funcional de alta produção do gene contém polimorfismos nas regiões promotoras que se especulam para causar a produção de mais cópias do mRNA da dinorfina, o que daria às pessoas que carregam essa variação um “sistema de defesa embutido” contra o vício em drogas.

Estresse e depressão

Land et al. descreveram pela primeira vez um mecanismo de disforia em que o fator de liberação de corticotropina (CRF) provoca a liberação de dinorfina. Enquanto os ratos de controle exibiram comportamentos aversivos em resposta a testes de natação forçada e choques nas patas, os ratos sem dinorfina não mostraram nenhum desses sinais de aversão. Eles observaram que a injeção de CRF levou a comportamentos aversivos em camundongos com genes funcionais para dinorfina, mesmo na ausência de estresse, mas não naqueles com deleções do gene da dinorfina. A aversão ao lugar foi eliminada quando o receptor CRF2 foi bloqueado com um antagonista.

Juntos, esses resultados levaram Land et al. para concluir que os elementos disfóricos do estresse ocorrem quando o CRF2 estimula a liberação de dinorfina e ativa o KOR. O grupo postulou ainda que essa via pode estar envolvida no comportamento de busca de drogas. Em apoio a isso, foi mostrado anteriormente que o estresse pode restabelecer o comportamento de busca de cocaína em camundongos por meio de um mecanismo de CRF.

A dinorfina também mostrou influenciar o comportamento de busca de drogas e é necessária para o restabelecimento da busca por cocaína induzida por estresse, mas não induzida por primárias. Um elemento a jusante dessa via foi posteriormente identificado por Bruchas et al. Os autores descobriram que a KOR ativa a p38, um membro da família da proteína quinase ativada por mitogênio (MAPK), por meio da fosforilação. A ativação de p38 é necessária para produzir comportamentos dependentes de KOR.

Devido ao seu papel na mediação da disforia , a dinorfina também foi investigada em relação à depressão . Newton et al. estudaram os efeitos do CREB e da dinorfina no desamparo aprendido (um modelo animal para depressão) em camundongos. A superexpressão de CREB dominante negativo (mCREB) em camundongos transgênicos teve um efeito antidepressivo (em termos de comportamento), enquanto a superexpressão de CREB de tipo selvagem causou um aumento nos sintomas semelhantes à depressão. Conforme descrito anteriormente, CREB aumenta a transcrição de prodinorfina, o que dá origem a diferentes subtipos de dinorfina. Newton et al. apoiou este mecanismo, uma vez que o mCREB foi co-localizado com a expressão diminuída de prodinorfina. Além disso, o antagonismo direto da dinorfina causou efeitos do tipo antidepressivo semelhantes aos observados com a expressão de mCREB. Assim, a via da CREB-dinorfina regula o humor, bem como as recompensas da cocaína.

Shirayama et al. usaram vários modelos animais de depressão em ratos para descrever os efeitos das dinorfinas A e B na depressão. Os autores descobriram que o desamparo aprendido aumenta os níveis de dinorfinas A e B no hipocampo e no nucleus accumbens e que a injeção do antagonista KOR norBNI induz a recuperação do desamparo aprendido. O estresse de imobilização causa aumento nos níveis de dinorfinas A e B no hipocampo e no núcleo accumbens. O estresse do nado forçado aumenta os níveis de dinorfina A no hipocampo. Shirayama et al. concluíram que as dinorfinas A e B são importantes na resposta ao estresse. Os autores propuseram vários mecanismos para explicar os efeitos do antagonista KOR norBNI no desamparo aprendido. Primeiro, os níveis aumentados de dinorfina bloqueiam a liberação de glutamato , um neurotransmissor envolvido na plasticidade do hipocampo, o que inibiria um novo aprendizado.

O bloqueio dos efeitos da dinorfina permitiria que o glutamato fosse liberado e restauraria a plasticidade funcional no hipocampo, revertendo o fenômeno do desamparo aprendido. Além disso, o bloqueio da dinorfina aumentaria a sinalização da dopamina e, assim, reduziria os sintomas depressivos associados ao estresse. Os autores sugerem que os antagonistas KOR podem ter potencial no tratamento da depressão em humanos.

Apetite e ritmos circadianos

As dinorfinas são importantes na manutenção da homeostase por meio do controle do apetite e dos ritmos circadianos . Przewlocki et al. descobriram que, durante o dia, as dinorfinas são naturalmente elevadas no lobo neurointermediário da pituitária (pituitária NI) e deprimidas no hipotálamo. Esse padrão é revertido à noite. Além disso, camundongos privados de comida e água, ou apenas água, tiveram níveis aumentados de dinorfina no hipotálamo durante o dia. A privação de água por si só também diminuiu os níveis de dinorfina na hipófise NI. Essas descobertas levaram Przewlocki et al. para concluir que as dinorfinas são essenciais na manutenção da homeostase.

A dinorfina foi considerada um estimulante do apetite. Vários estudos em ratos mostraram que o aumento dos níveis de dinorfina estimula a alimentação. Os antagonistas opióides, como a naloxona , podem reverter os efeitos da dinorfina elevada. Esta inibição é especialmente forte em animais obesos ou animais que têm acesso a alimentos particularmente atraentes. Inui et al. descobriram que a administração de dinorfina a cães aumentou a ingestão de comida e água. A dinorfina desempenha um papel no comportamento alimentar dos animais em hibernação. Nizeilski et al. examinaram os níveis de dinorfina no esquilo-terrestre, que passa por períodos de alimentação excessiva e períodos de fome antes do inverno. Eles descobriram que os níveis de dinorfina aumentaram durante os períodos de fome. Berman et al. estudaram os níveis de dinorfina durante períodos de restrição alimentar. O grupo descobriu que, embora a comida não altere a expressão da dinorfina B, ela aumenta os níveis de dinorfina A em várias regiões do cérebro de ratos ( hipotálamo , nucleus accumbens e núcleo da estria terminal).

Pesquisas recentes com camundongos nocaute da dinorfina não encontraram diferenças entre animais nocaute e controle na ingestão de alimentos, mas descobriram que o armazenamento de gordura foi reduzido em camundongos nocaute machos. Os ácidos graxos foram oxidados mais rapidamente em animais nocauteados.

Estudos também mostraram que a ingestão de uma dieta rica em gordura aumenta a expressão do gene da dinorfina no hipotálamo. Portanto, a dinorfina pode causar excessos quando uma dieta rica em gordura está disponível. Morley e Levine foram os primeiros a descrever o papel dos peptídeos opióides na alimentação relacionada ao estresse. Em seu estudo, os ratos tiveram suas caudas beliscadas (causa estresse), o que induziu a comer. A alimentação relacionada ao estresse foi reduzida com a injeção de naloxona, um antagonista de peptídeo opioide.

Mandenoff et al. propuseram que, embora os opioides endógenos não sejam necessários para manter o peso corporal e o gasto de energia em circunstâncias previsíveis, eles se tornam ativados em condições estressantes. Eles descobriram que os opióides endógenos, como a dinorfina, estimulam o apetite e diminuem o gasto de energia. Tomados em conjunto, os estudos acima sugerem um importante mecanismo evolutivo no qual mais alimentos são comidos, mais nutrientes são armazenados e menos energia é gasta por um organismo durante períodos de estresse.

Regulação de temperatura

Além de seu papel no controle de peso, descobriu-se que as dinorfinas regulam a temperatura corporal. Os peptídeos opióides foram investigados pela primeira vez na hipertermia , onde se descobriu que os agonistas de MOR estimulam essa resposta quando injetados na região cinza periaquedutal (PAG) do cérebro. Xin et al. mostraram que a distribuição de dinorfina A 1-17 (um agonista KOR) por meio de microdiálise na região PAG induziu hipotermia em ratos. Os autores descobriram que a gravidade da hipotermia foi proporcional à dose de dinorfina A 1-17 administrada. A hipotermia pode ser evitada pela administração do antagonista KOR norBNI ao rato. Xin et al. levantaram a hipótese de que enquanto os agonistas de MOR medeiam a hipertermia, os agonistas de KOR, como a dinorfina, medeiam a hipotermia.

Sharma e Alm descobriram que submeter ratos ao calor (38˚C) fez com que as dinorfinas fossem reguladas positivamente no córtex cerebral, hipocampo, cerebelo e tronco cerebral. Além disso, os autores descobriram que a administração de inibidores da óxido nítrico sintase (NOS) reduziu os níveis de dinorfina A1-17 no cérebro e atenuou os sintomas relacionados ao estresse por calor. Sharma e Alm concluíram que a hipertermia aumenta os níveis de dinorfina, o que pode causar danos e promover reação de estresse por calor. Eles ainda levantaram a hipótese de que o óxido nítrico fazia parte desse mecanismo. Ansonoff et al. descobriram que os efeitos hipotérmicos são mediados por K1 (receptor κ-opioide 1), mas não por K2. Os autores aplicaram um agonista KOR a camundongos K1 knockout, que eliminou a resposta hipotérmica. Assim, K2 não parece ter um papel no mecanismo hipotérmico

Significado clínico

Os derivados da dinorfina são geralmente considerados de pouco uso clínico devido à sua curta duração de ação.

Referências

links externos