¿Induce la adicción crónica a opiáceos una nueva "arquitectura

¿Induce la adicción crónica a opiáceos una
nueva "arquitectura" neuronal al afectar al
crecimiento y a la plasticidad de las células?
El grupo de Neurofarmacología del Instituto Universitario de
Investigación en Ciencias de la Salud, que ya demostrara una alteración
en la tasa de neurofilamentos en cerebros de adictos crónicos,
trabaja ahora sobre la hipótesis de que determinadas vías de
señalización que inducen el crecimiento neuronal se hallan "bloqueadas"
en estos pacientes
Resumen
Después de haber comprobado que el consumo
Educación y Ciencia. El grupo investiga de qué
reiterado de opiáceos induce cambios en los
manera se ven alteradas algunas de las vías de
neurofilamentos del citoesqueleto neuronal y como
señalización celular asociadas con receptores opioides
consecuencia en la plasticidad de las neuronas,
en los pacientes adictos crónicos. En especial intentan
obligando a conexiones sinápticas que no se
probar que en estos pacientes se hallan "bloqueadas"
producirían en condiciones normales, el grupo de
ciertas vías tróficas neuronales recientemente
Neurofarmacología del Instituto Universitario de
descubiertas y que son moduladas por receptores
Investigación en Ciencias de la Salud (IUNICS),
FAS, los mismos que accionan la vía apoptótica o de
aborda una nueva hipótesis de trabajo en un proyecto
muerte celular.
recientemente financiado por el Ministerio de
PALABRAS CLAVE:
heroína, morfina,
adicción a
opiáceos, receptor
FAS, MAP
quinasas,
neurofilamentos,
cerebro de rata,
cerebro humano
KEYWORDS:
heroin, morphine,
opiate addiction,
FAS receptor, MAP
kinases,
neurofilaments, rat
brain, human brain
Imagen obtenida
mediante
tomografia de
emisión de
positrones. Al
paciente se
inyecta
previamente un
opiáceo,
carfentanilo,
marcado con
carbono 11. De
izquierda a
derecha los
cortes cerebrales
revelan la
presencia de los
receptores
opiáceos en
distintas áreas
debido al
revelado del
ligando
radiactivo. Los
colores rojo y
amarillo
representan la
máxima
intensidad de
receptores. En
grupo de
Neurofarmacología del IUNICS
se centra en
tejido de la
corteza
prefrontal, una
área con gran
densidad de
receptores muopioides, para
realizar sus
experimentos
con suicidas o
fallecidos por
sobredosis.
Imagen tomada
de Smith et al. J.
Clin. Endocrinol.
Metab. 83: 44984505 (1998)
Introducción
codificada que la célula sabrá "leer". El mensajero
viaja hasta las células que deben recibir el mensaje
El Grupo de Neurofarmacología del Instituto
donde es reconocido por los receptores (en este caso
Universitario de Investigación en Ciencias de la Salud
proteínas situadas en la membrana de las neuronas).
que dirige el doctor Jesús A. García Sevilla trabaja
Estos receptores, es decir estas proteínas, actúan
desde hace años en el esclarecimiento de los
como decodificadores transformando la información
mecanismos moleculares que intervienen en la
que reciben del mensajero en una señal intracelular. A
depresión endógena y en la adicción a opiáceos. El
partir de este punto, el codificador cambia su
hecho de que el consumo reiterado de opiáceos acabe
estructura y activa una proteína intracelular que a su
induciendo cuadros depresivos abona la posible
vez activa otra proteína y así sucesivamente en una
existencia de una interrelación entre los dos estados
serie de reacciones en cadena, o sistemas en
patológicos. Esclarecer los mecanismos moleculares
cascada, con el objetivo de transformar el mensaje
que a nivel neuronal se suceden en un adicto podría,
recibido en una orden que la célula debe cumplir. Una
desde esta premisa, ayudar a entender otros
vez cumplido el objetivo, la señal se apaga.
mecanismos receptoriales asociados con la
enfermedad depresiva.
Los investigadores del grupo de Neurofarmacología
Sin embargo, saber qué ocurre realmente en un
del IUNICS centran su estudio, por tanto, en las
paciente depresivo o en un adicto crónico, llegar a
proteínas involucradas en la recepción de los
establecer qué cambios producen ambos estados
estímulos inducidos por fármacos antidepresivos (el
patológicos en las neuronas de quienes los padecen
adrenoceptor alfa-2) o por fármacos opiàceos
es una tarea harto complicada. Una vía de
(receptores opioides) en las membranas de las
aproximación consiste en seguir el rastro que tanto los
neuronas y en las proteínas que forman parte de las
fármacos antidepresivos como los opiáceos exógenos
vías de señalización activadas por esos receptores.
dejan en determinadas moléculas diana, proteínas
que, o bien situadas en la membrana de la neurona
El grupo aborda su objeto de estudio desde tres
son receptores modulados por estas sustancias; o bien
modelos. Por una parte, desde el modelo animal
forman parte de vías de señalización intracelular y
clásico en la experimentación biológica, utilizando
que, por efecto de esas mismas sustancias, su acción
animales de laboratorio y en concreto mediante
queda alterada, sea inhibida, modificada, o
experimentos in vitro e in vivo en cerebro de ratas. Por
incrementada.
otro lado el grupo realiza ensayos en pacientes
humanos utilizando un modelo periférico. En este
caso, ya que es imposible acceder a las neuronas del
El grupo tiene acceso, desde hace ya
diez años, a tejidos cerebrales de
suicidas y también a cerebros de
adictos a la heroína y/o metadona
fallecidos por sobredosis de opiáceos
en el cantón suizo de Ginebra
paciente, el objeto de estudio es una célula sanguínea
que dispone de los receptores y proteínas de
señalización a estudiar, la plaqueta. En colaboración
con el servicio de Psiquiatría del hospital de Sant Pau
de Barcelona (Dr. Enric Álvarez), los investigadores
comparan cómo determinados fármacos
antidepresivos "alteran" los receptores y las proteínas
de las vías de señalización de pacientes con
depresión endógena comparándolos con pacientes
Una vía de señalización intracelular no es más que un
antes de ser tratados y también con sujetos control.
sistema, un cauce, por el que se transmite
Por último, el grupo utiliza un modelo post mortem. En
información, en este caso información biológica. El
este caso el grupo tiene acceso, desde hace ya diez
proceso, en general, suele acontecer de esta manera:
años, a tejidos cerebrales de suicidas (de los que un
una molécula mensajera (un neurotransmisor, una
porcentaje elevado se deben a depresión mayor) y
hormona, un factor de crecimiento…), actuando sobre
también a cerebros de adictos a heroína y/o metadona
receptores específicos, dará lugar a una información
fallecidos por sobredosis de opiáceos en el cantón
Figura 1. Cuando
un opioide
endógeno (las
endomorfinas,
por ejemplo) es
reconocido por
un receptor
opioide se
desencadenan
varias vías de
señalización
intracelular como
se observa en la
figura. Lo mismo
ocurre cuando
un agonista
opiáceo (morfina,
heroína,
metadona) es
reconocido por el
receptor opioide.
Sin embargo,
cuando el
consumo de
opiáceos es
reiterado, las
vías aparecen
inhibidas.
Esquema
realizado por el
Grupo de
Neurofarmacología del IUNICS.
suizo de Ginebra. Las muestras son facilitadas por el
eran tan inalterables como se había pensado hasta
Departamento de Medicina Legal de la Facultad de
entonces. Ese hallazgo llevó al grupo a querer
Medicina (Dr. Romano La Harpe) lo que ha dado lugar
esclarecer cuál era la situación de esta proteína en los
a una colaboración muy fructífera. En todos estos
adictos a los opiáceos, hallando de forma sorpresiva
casos el grupo trabaja con tejido procedente de la
que su expresión se hallaba reducida hasta niveles de
corteza prefrontal. Las muestras llevan un complicado
un 40 por ciento. En aquel momento surgió un
proceso de depuración ya que para validar cada una
interrogante que ha inspirado buena parte de la
de ellas es necesaria su comparación con otra
investigación posterior: ¿genera la administración de
procedente de un sujeto control -no depresivo o no
opiáceos un fenómeno tóxico capaz de cambiar la
adicto- que haya muerto en condiciones similares,
estructura neuronal? La hipótesis también podría
violentas, que tenga el mismo sexo, una edad similar,
formularse tal que así: si la administración de opiáceos
un mismo retraso autópsico (horas transcurridas desde
puede cambiar la morfología de la neurona,
la muerte hasta la autopsia); un mismo nivel de alcohol
cambiarían también los contactos sinápticos de ésta
en sangre, etc. Así pues una dificultad de este tipo de
con sus vecinas y con ello se "fijaría", en cierta
estudios es precisamente localizar la muestra control
manera, un cambio en el comportamiento del sujeto
para cada tejido patológico.
adicto.
Esta hipótesis también es defendida por otros equipos
Una primera alteración estructural
de investigación que consideran que justamente el
proceso de readicción está relacionado con ese
De una manera puede decirse que azarosa, el grupo
cambio estructural y reordenación de contactos
dirigido por el doctor Jesús A. García Sevilla, detectó
sinápticos provocados por los opiáceos. Dicho de otra
hace unos años que determinadas proteínas
manera, esta alteración de la "arquitectura" neuronal
estructurales de la neurona, los neurofilamentos, no
estaría involucrada en esa tendencia a reconsumir de
Figura 2.
Regulación de la
vía de
señalización
MAP kinasa en
el córtex
prefrontal de
adictos crónicos
a opiáceos
los pacientes que han conseguido abandonar su
mensajería intracelular, la adenilciclasa, que mediante
adicción. Esos cambios plásticos duraderos serían
una cadena de reacciones lleva la información hasta el
pues como la memoria del adicto que permanece, aun
núcleo donde provoca la expresión de algunos genes,
habiendo transcurrido años sin consumir.
modificando, por ejemplo, la plasticidad neuronal
(síntesis de neurofilamentos).
Alteraciones en los mecanismos de señalización
No es esa la única vía de señalización que pone en
intracelular
marcha un opiáceo o un agonista. Las otras dos
partes del trímero proteína G, las subunidades beta y
Pero ese posible cambio estructural debido a una
gamma (en amarillo), translocan una enzima, la GRK,
expresión deficitaria de neurofilamentos no sería el
y la conducen al receptor. La GRK añade al receptor
único.
un grupo fosfato lo que provoca que se una a aquel
Cuando un opioide endógeno (las endomorfinas, por
una proteína, la beta-arrestina, y la secuencia de los
ejemplo) es reconocido por un receptor opioide no se
dos procesos inactivan el receptor. Por lo general, el
desencadena una sola vía de señalización intracelular.
receptor, unido a la GRK y a la beta-arrestina entra en
Con el objeto de explicar las diversas vías que
la célula y es destruido.
conforman el núcleo central de la investigación del
grupo nos referiremos a la figura 1, en la que
Pero tampoco aquí acaban los efectos. La beta-
aparecen dichas vías esquematizadas.
arrestina pone, probablemente, en funcionamiento una
Existen tres tipos de receptores opioides (mu, delta y
nueva cascada de señalización, la vía de la MAP
kappa). En la figura superior aparece en la membrana
Kinasa, una secuencia imparable de fosforilaciones
neuronal un receptor mu-opioide que recibe un
catalizadas por enzimas llamadas kinasas que acaba
agonista, una sustancia que realiza el mismo efecto
teniendo efectos sobre el ADN nuclear (cascada en
que los péptidos opioides endógenos, por ejemplo la
amarillo de la derecha en el esquema).
metadona, la heroína o la morfina. Al unirse con el mureceptor se pone en funcionamiento una primera vía
El grupo de Neurofarmacología del IUNICS, tal como
de señalización intracelular (en rojo). La proteína G
hemos dicho al principio, compara los niveles de las
que es un trímero se disocia en sus tres partes. Una
distintas proteínas involucradas en todas estas
de ellas la G-alfa-i se asocia a un sistema de
cascadas de señalización entre pacientes adictos
crónicos a opiáceos y grupos control (personas sin
La vía apoptótica y el posible "bloqueo"
ninguna adicción). Hasta el momento, los
a la vía trófica
investigadores han podido comprobar como esta vía
de la MAP Kinasa se halla muy inhibida en el caso de
El estudio de las distintas vías de señalización celular
pacientes adictos crónicos. Dicho más claramente: el
y de cómo influye en ellas el consumo adictivo de
agonista exógeno (metadona, heroína, morfina, etc.)
opiáceos ha llevado al Grupo de Neurofarmacología
tiene el mismo efecto que el péptido opioide endógeno
del IUNICS a proponer una nueva hipótesis que
y ambos activan todas estas proteínas, siempre que el
ahonda en un posible "efecto tóxico" de los opiáceos
consumo no sea constante y no se haya cronificado la
sobre la neurona. Hablamos de una toxicidad
adicción. En este último caso, el efecto es el contrario
indirecta, sutil, que afectaría a una vía recientemente
y las vías aparecen inhibidas. En la figura 2 que
descubierta del llamado proceso apoptótico celular.
representa una separación de estas proteínas por
Se llama proceso apoptótico al sistema que
electroforesis, puede verse como los niveles de
desencadena la muerte celular programada. Ocurre en
proteínas MEK y ERK1/2 fosforiladas, es decir las
todas las células y el mecanismo apoptótico extrínseco
formas activas, en adictos, son mucho más bajos que
es suficientemente conocido: se sabe cuál es el
en el grupo control.
receptor (receptor FAS), cuál es el complejo proteico
Para el doctor Jesús A. García Sevilla, "lo que
de transducción de la señal (FADD), y también otras
observamos, esa disminución en los niveles de
proteínas que intervienen para conducir la señal de
proteínas involucradas en esta vía, es un solo
muerte hasta el núcleo donde finalmente desemboca
fotograma del complejo proceso. Es posible que esta
esa orden destructiva que se concreta en la
vía de señalización esté inhibida en el cerebro de un
fragmentación del ADN por unas proteínas llamadas
adicto, pero también es posible que lo que veamos
caspasas.
sea sólo el resultado de un uso excesivo de la vía, un
Desde hace muy poco, sin embargo, se sabe que el
desgaste puntual".
receptor FAS no sólo inicia la vía apoptótica extrínseca
(que conduce a la muerte celular programada) sino
Autoradiografia
de un corte
microscópico de
tejido la corteza
prefrontal. El
marcaje se ha
hecho con un
opiáceo
exógeno, el
DANGO, con
azufre 35. La
imagen inferior
izquierda deja
ver los
receptores
opiáceos. En la
imagen inferior
derecha se
aplicó naxolona,
antagonista
opiáceo que
bloquea los
receptores e
impide la fijación
del DANGO.
Imagen tomada
de RodríguezPuertas et al.
Neuroscience 96:
169-180 (2000)
que también inicia la activación de vías tróficas cuyo
sino una vía trófica que induce crecimiento dendrítico.
efecto puede ser el contrario.
¿Intervienen en ese proceso los opiáceos? ¿Alteran la
En definitiva, la hipótesis del grupo de
morfina, la heroína y otros opiáceos la vía apoptótica
Neurofarmacología apunta a que existe una conexión
o, mejor, la vía trófica iniciada por el receptor FAS?
entre los receptores opioides, sus vías de señalización
A estas preguntas intenta responder el proyecto de
investigación recientemente financiado al grupo por el
Ministerio de Educación y Ciencia.
En la figura 3 pueden observarse las vías de
señalización intracelular ya tratadas anteriormente a
las que se ha unido la vía apoptótica (a la derecha del
esquema). La vía se inicia cuando el receptor FAS es
activado. Entonces acopla una proteína intracelular, la
Según la hipótesis del grupo de
investigadores el consumo reiterado
de opiáceos podría inducir cambios
estructurales (neurofilamentos) en las
neuronas y fijar determinadas
disposiciones "arquitectónicas" y
conexiones neuronales
Fas Associated Death Domain (FADD), que pone en
funcionamiento una cadena de reacciones para la
Figura 3. A la
derecha del
esquema puede
observarse la vía
apoptótica. Los
interrogantes
incluidos en el
esquema indican
cuáles podrían
ser los puntos de
conexión entre el
receptor opioide
mu y el receptor
de muerte Fas,
que son, entre
otros, los pasos
que investiga el
grupo de
Neurofarmacología del IUNICS.
Esquema
realizado por el
Grupo de
Neurofarmacología del IUNICS.
activación de caspasas, enzimas que acabarán
y los mecanismos apoptóticos mediatizados por el
fragmentado el ADN celular.
receptor Fas. Esta nueva información podría ser
El grupo desea esclarecer cómo los agonistas
relevante en el entendimiento del complejo problema
opiáceos, como la morfina, pueden afectar a esta vía
biológico que es la adicción a opiáceos.
tras una administración aguda o repetida del fármaco
Si así fuera, la adicción crónica sería mucho más que
(proceso de adicción). Los interrogantes incluidos en el
una alteración a nivel de los receptores en la
esquema indican cuáles podrían ser los puntos de
membrana neuronal; abarcaría un complicado proceso
conexión entre el receptor opioide mu y el receptor de
en el que, alterándose varias vías de señalización
muerte Fas y que son, entre otros, los pasos a
neuronal como hemos visto, se inducirían cambios
investigar: por una parte la posible acción de la
estructurales (neurofilamentos) en las neuronas de
proteína G trimérica sobre la vía apoptótica; pero, por
estos pacientes y, en definitiva, se fijarían
otro, también el enlace entre ésta y la vía de la MAP
determinadas disposiciones "arquitectónicas" y
kinasa que no es una vía de "muerte" celular, per se,
conexiones neuronales.
Proyecto financiado
Título: La vía se señalización del receptor Fas/FADD en la adicción a opiáceos.
Referencia: SAF2004-03685
Entidad financiadora: Ministerio de Educación y Ciencia, y Fondos FEDER.
Periodo: 2004-2007
Investigador responsable
Doctor Jesús A. García Sevilla, catedrático de Farmacología.
Instituto Universitario de Investigación en Ciencias de la Salud
Lab. C11 - Edificio del Servicio Científico técnico
Tel.: 971 17 31 48
E-mail: jesus.garcia-sevilla@uib.es
De izquierda a
derecha: David
Moranta, M. Julia
García Fuster, la
doctora Susana
Esteban, el
doctor Antoni
Miralles y el
doctor Jesús A.
García Sevilla,
investigador
responsable del
proyecto.
Otros miembros del equipo
Dr. Antoni Miralles Socias, profesor titular de Biología Celular
Dra. Susana Esteban Valdés, profesora titular de Fisiología
Ldo. Carles Saus Sarrias, médico especialista en Anatomía Patológica (IB Salut)
David Moranta Mesquida, becario predoctoral
M. Julia García Fuster, becaria predoctoral
Instituciones y entidades colaboradoras
HUG, Departamento de Medicina Legal (Dr. Romano La Harpe y cols.) de la Facultad de Medicina de la
Universidad de Ginebra, Suiza.
UPF, Laboratorio de Neurofarmacología (Dr. Rafael Maldonado y cols.) de la Facultad de Biología de la
Universidad Pompeu Fabra, Barcelona.
UAB, Servicio de Psiquiatría Hospital Sant Pau (Dr. Enric Alvarez y cols.) de la Facultad de Medicina de la
Universidad Autónoma de Barcelona, Barcelona.
UPV, Departamento de Farmacología (Dr. J. Javier Meana y cols.) de la Facultad de Medicina de la Universidad
del País Vasco, Leioa.
Publicaciones (2003-2004)
Ferrer-Alcón, M., La Harpe, R., Guimón, J., García-Sevilla, J.A. Down-regulation of neuronal cdk5/p35 in opioid
addicts and opiate-treated rats : Relation to neurofilament phosphorylation. Neuropsychopharmacology 28: 947955 (2003)
García-Fuster, M.J., Ferrer-Alcón, M., Miralles, A., García-Sevilla, J.A. Modulation of Fas receptor proteins and
dynamin during opiate addiction and induction of opiate withdrawal in rat brain. Naunyn-Schmiedeberg's Archives
of Pharmacology 368: 421-431 (2003)
Ferrer-Alcón, M., La Harpe, R., García-Sevilla, J.A. Decreased immunodensities of mu-opioid receptors, receptor
kinases GRK 2/6 and Beta-arrestin-2 in postmortem brains of opiate addicts. Molecular Brain Research 121:
114-122 (2004)
García-Sevilla, J.A., Ferrer-Alcón, M., Martín, M., Kieffer, B.L., Maldonado, R. Neurofilament proteins and cAMP
pathway in brains of mu -, delta -, or kappa -opioid receptor gene knock-out mice : effects of chronic morphine
administration. Neuropharmacology 46: 519-530 (2004)
García-Sevilla, J.A., Ventayol, P., Pérez, V., Rubovszky, G., Puigdemont, D., Ferrer-Alcón, M., Andreoli, A.,
Guimón, J., Alvarez, E. Regulation of platelet alfa2A-adrenoceptors, Gi proteins and receptor kinases in major
depression : Effects of mirtazapine treatment. Neuropsychopharmacology 29 : 580-588 (2004)
Moranta, D., Esteban, S., García-Sevilla, J.A. Differential effects of acute cannabinoid drug treatment, mediated
by CB1 receptors, on the in vivo activity of tyrosine and tryptophan hydroxylase in the rat brain. NaunynSchmiedeberg's Archives of Pharmacology 369: 516-524 (2004)
Ferrer-Alcón, M., García-Fuster, M.J., La Harpe, R., García-Sevilla, J.A. Long-term regulation of signaling
components of adenylyl cyclase and mitogen-activated protein kinase in the pre-frontal cortex of human opiate
addicts. Journal of Neurochemistry 90: 220-230 (2004)
García-Fuster, M.J., Ferrer-Alcón, M., Miralles, A., García-Sevilla, J.A. Deglycosylation of Fas receptor and
chronic morphine treatment up-regulate high molecular mass Fas aggregates in the rat brain. European Journal
of Pharmacology 496: 63-69 (2004)