Transportador de dopamina
El transportador de dopamina (también transportador activo de dopamina, DAT, SLCA3 ) es una proteína que atraviesa la membrana y bombea el neurotransmisor dopamina fuera de la hendidura sináptica hacia el citosol. En el citosol, otros transportadores secuestran la dopamina en vesículas para su almacenamiento y posterior liberación.
La recaptación de dopamina a través de DAT proporciona el mecanismo principal a través del cual la dopamina se elimina de las sinapsis, aunque puede haber una excepción en la corteza prefrontal, donde la evidencia apunta a un papel posiblemente más importante del transportador de noradrenalina.
DAT está implicado en una serie de trastornos relacionados con la dopamina, incluido el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, trastorno bipolar, depresión clínica, alcoholismo y trastorno por consumo de sustancias. El gen que codifica la proteína DAT se encuentra en el cromosoma 5 humano, consta de 15 exones codificadores y tiene aproximadamente 64 kbp de longitud.
La evidencia de las asociaciones entre DAT y los trastornos relacionados con la dopamina proviene de un tipo de polimorfismo genético, conocido como VNTR, en el gen DAT ( DAT ), que influye en la cantidad de proteína expresada.
Función
DAT es una proteína de membrana integral que elimina la dopamina de la hendidura sináptica y la deposita en las células circundantes, terminando así la señal del neurotransmisor. La dopamina subyace en varios aspectos de la cognición, incluida la recompensa, y DAT facilita la regulación de esa señal.
Mecanismo
DAT es un simportador que mueve la dopamina a través de la membrana celular al acoplar el movimiento al movimiento energéticamente favorable de los iones de sodio que se mueven de alta a baja concentración en la célula. La función DAT requiere la unión secuencial y el co-transporte de dos iones Na y un ión Cl – con el sustrato de dopamina.
La fuerza impulsora de la recaptación de dopamina mediada por DAT es el gradiente de concentración de iones generado por la ATPasa de Na / K de la membrana plasmática.
En el modelo más ampliamente aceptado para la función del transportador de monoamina, los iones de sodio deben unirse al dominio extracelular del transportador antes de que la dopamina pueda unirse. Una vez que la dopamina se une, la proteína sufre un cambio conformacional, que permite que tanto el sodio como la dopamina se unan en el lado intracelular de la membrana.
Los estudios que utilizan electrofisiología y dopamina marcada radioactivamente han confirmado que el transportador de dopamina es similar a otros transportadores de monoamina en que una molécula de neurotransmisor puede transportarse a través de la membrana con uno o dos iones de sodio. Los iones de cloruro también son necesarios para evitar una acumulación de carga positiva.
Estos estudios también han demostrado que la velocidad y la dirección del transporte dependen totalmente del gradiente de sodio.
Debido al acoplamiento estrecho del potencial de membrana y el gradiente de sodio, los cambios inducidos por la actividad en la polaridad de la membrana pueden influir dramáticamente en las tasas de transporte. Además, el transportador puede contribuir a la liberación de dopamina cuando la neurona se despolariza.
DAT – Ca v acoplamiento
La evidencia preliminar sugiere que el transportador de dopamina se acopla a los canales de calcio dependientes de voltaje tipo L (particularmente Ca v 1.2 y Ca v 1.3 ), que se expresan en prácticamente todas las neuronas de dopamina. Como resultado del acoplamiento DAT-Ca v, los sustratos DAT que producen corrientes de despolarización a través del transportador pueden abrir canales de calcio que están acoplados al transportador, lo que resulta en una entrada de calcio en las neuronas de dopamina.
Este influjo de calcio se cree para inducir CAMKII- mediada por fosforilación del transportador de dopamina como un efecto aguas abajo; dado que la fosforilación de DAT por CAMKII resulta en el flujo de salida de dopamina in vivo, la activación de los canales de calcio acoplados al transportador es un mecanismo potencial por el cual ciertos medicamentos (p.
Ej., Anfetaminas) desencadenan la liberación de neurotransmisores.
Estructura proteica
La determinación inicial de la topología de membrana de DAT se basó en el análisis de secuencia hidrofóbica y las similitudes de secuencia con el transportador GABA. Estos métodos predijeron doce dominios transmembrana (TMD) con un gran asa extracelular entre el tercer y cuarto TMD. La caracterización adicional de esta proteína usó proteasas, que digieren proteínas en fragmentos más pequeños, y glicosilación, que ocurre solo en bucles extracelulares, y verificó en gran medida las predicciones iniciales de la topología de membrana.
La estructura exacta de la Drosophila melanogaster transportador de dopamina (DDAT) fue aclarada en 2013 por cristalografía de rayos X.
Ubicación y distribución
Se ha encontrado distribución regional de DAT en áreas del cerebro con circuitos dopaminérgicos establecidos que incluyen: vías nigrostriatal, mesolimbic y mesocortical. Los núcleos que componen estas vías tienen distintos patrones de expresión. Los patrones de expresión génica en el ratón adulto muestran una alta expresión en la sustancia negra pars compacta.
Se descubrió que la DAT en la vía mesocortical, marcada con anticuerpos radiactivos, estaba enriquecida en dendritas y cuerpos celulares de neuronas en la sustancia negra, pars compacta y área tegmental ventral. Este patrón tiene sentido para una proteína que regula los niveles de dopamina en la sinapsis.
La tinción en el cuerpo estriado y el núcleo accumbens de la vía mesolímbica fue densa y heterogénea. En el cuerpo estriado, el DAT se localiza en la membrana plasmática de los terminales axónicos. La inmunocitoquímica doble demostró la colocalización DAT con otros dos marcadores de terminales nigrostriatales, tirosina hidroxilasa y receptores D2 de dopamina.
De este modo, se demostró que este último es un autorreceptor en las células que liberan dopamina. TAAR es un receptor intracelular presináptico que también se colocaliza con DAT y que tiene el efecto contrario del autorreceptor D2 cuando se activa;es decir, internaliza los transportadores de dopamina e induce el flujo de salida a través de la función del transportador invertido a través de la señalización PKA y PKC.
Sorprendentemente, DAT no se identificó dentro de ninguna zona activa sináptica. Estos resultados sugieren que la recaptación de dopamina estriatal puede ocurrir fuera de las especializaciones sinápticas una vez que la dopamina se difunde desde la hendidura sináptica.
En la sustancia negra, el DAT se localiza en membranas plasmáticas axonales y dendríticas (es decir, pre y post sinápticas).
Dentro del perikarya de las neuronas pars compactas, el DAT se localizó principalmente en el retículo endoplásmico rugoso y liso, el complejo de Golgi y los cuerpos multivesiculares, identificando sitios probables de síntesis, modificación, transporte y degradación.
Genética y regulación
El gen para DAT, conocido como DAT, se encuentra en el cromosoma 5p15. La región codificante de la proteína del gen tiene más de 64 kb de longitud y comprende 15 segmentos codificadores o exones. Este gen tiene una repetición en tándem de número variable (VNTR) en el extremo 3 ‘( rs ) y otro en la región del intrón 8.
Se ha demostrado que las diferencias en el VNTR afectan el nivel basal de expresión del transportador; en consecuencia, los investigadores han buscado asociaciones con trastornos relacionados con la dopamina.
Nurr, un receptor nuclear que regula muchos genes relacionados con la dopamina, puede unirse a la región promotora de este gen e inducir la expresión. Este promotor también puede ser el objetivo del factor de transcripción Sp-.
Mientras que los factores de transcripción controlan qué células expresan DAT, la regulación funcional de esta proteína se logra en gran medida por las quinasas. MAPK, CAMKII, PKA, y PKC pueden modular la velocidad a la que el transportador mueve la dopamina o provocar la internalización de DAT. El TAAR colocalizado es un regulador importante del transportador de dopamina que, cuando se activa, fosforila DAT a través de la señalización de la proteína quinasa A (PKA) y la proteína quinasa C (PKC).
Fosforilaciónpor cualquiera de las proteínas quinasas puede dar lugar a la internalización de DAT ( inhibición de la recaptación no competitiva ), pero la fosforilación mediada por PKC sola induce la función del transportador inverso ( flujo de dopamina ). Los autorreceptores de dopamina también regulan el DAT al oponerse directamente al efecto de la activación de TAAR.
El transportador de dopamina humano (hDAT) contiene un sitio de unión a zinc extracelular de alta afinidad que, al unirse a zinc, inhibe la recaptación de dopamina y amplifica el flujo de dopamina inducido por anfetamina in vitro. En contraste, el transportador de serotonina humana (hSERT) y el transportador de noradrenalina humana (hNET) no contienen sitios de unión de zinc.
La suplementación con zinc puede reducir la dosis mínima efectiva de anfetamina cuando se usa para el tratamiento del trastorno por déficit de atención con hiperactividad.
Rol biológico y trastornos
La velocidad a la que el DAT elimina la dopamina de la sinapsis puede tener un profundo efecto en la cantidad de dopamina en la célula. Esto se evidencia mejor por los graves déficits cognitivos, anormalidades motoras e hiperactividad de los ratones sin transportadores de dopamina. Estas características tienen similitudes sorprendentes con los síntomas del TDAH.
Las diferencias en el VNTR funcional se han identificado como factores de riesgo para el trastorno bipolar y el TDAH. Han surgido datos que sugieren que también existe una asociación con síntomas de abstinencia más fuertes del alcoholismo, aunque este es un punto de controversia. Un alelo del gen DAT con niveles normales de proteína se asocia con el comportamiento de no fumar y la facilidad para dejar de fumar.Además, los adolescentes varones, particularmente aquellos en familias de alto riesgo (los marcados por una madre desconectada y la ausencia de afecto materno) que portan la repetición VNTR de 10 alelos muestran una afinidad estadísticamente significativa por sus pares antisociales.
El aumento de la actividad de DAT se asocia con varios trastornos diferentes, incluida la depresión clínica.
Se ha demostrado que las mutaciones en DAT causan el síndrome de deficiencia del transportador de dopamina, un trastorno del movimiento autosómico recesivo caracterizado por un empeoramiento progresivo de la distonía y el parkinsonismo.
Farmacología
El transportador de dopamina es el objetivo de sustratos, liberadores de dopamina, inhibidores de transporte y moduladores alostéricos.
La cocaína bloquea la DAT al unirse directamente al transportador y reducir la velocidad de transporte. En contraste, la anfetamina ingresa a la neurona presináptica directamente a través de la membrana neuronal o a través de DAT, compitiendo por la recaptación con dopamina. Una vez dentro, se une a TAAR o ingresa a las vesículas sinápticas a través de VMAT.
Cuando la anfetamina se une a TAAR, reduce la velocidad de activación de la neurona postsináptica y desencadena la señalización de la proteína quinasa A y la proteína quinasa C, lo que resulta en la fosforilación de DAT. El DAT fosforilado entonces opera a la inversa o se retira a la neurona presináptica y deja de transportarse.
Cuando la anfetamina ingresa a las vesículas sinápticas a través de VMAT, la dopamina se libera en el citosol. La anfetamina también produce flujo de salida de dopamina a través de un segundo mecanismo independiente de TAAR que involucra la fosforilación mediada por CAMKIIα del transportador, que supuestamente surge de la activación de los canales de calcio de tipo L acoplados a DAT por la anfetamina.
Se cree que los mecanismos dopaminérgicos de cada medicamento subyacen a los sentimientos placenteros provocados por estas sustancias.
Interacciones
Se ha demostrado que el transportador de dopamina interactúa con:
Alfa-sinucleína,
PICK, y
TGFBI1.
Además de estas interacciones innatas de proteína-proteína, estudios recientes demostraron que las proteínas virales como la proteína Tat del VIH– interactúa con el DAT y esta unión puede alterar la homeostasis de la dopamina en individuos VIH positivos, lo cual es un factor contribuyente para los trastornos neurocognitivos asociados al VIH.
Referencias
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Curiosamente, el DAT es un sustrato de CaMKII y el DAT fosforilado favorece el transporte inverso de dopamina, lo que constituye un posible mecanismo por el cual la actividad eléctrica y los canales de Ca de tipo L pueden modular los estados de DAT y la liberación de dopamina…. En resumen, nuestros resultados sugieren que farmacológicamente, S () AMPH es más potente que DA para activar las corrientes de despolarización mediadas por hDAT, lo que conduce a la activación del canal de Ca tipo L, y la corriente inducida por S () AMPH es más estrechamente acoplado que DA para abrir canales Ca de tipo L.
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La exposición de vesículas de catecolaminas aisladas a protonóforos colapsa el gradiente de pH y redistribuye rápidamente el transmisor desde adentro hacia afuera de la vesícula…. La anfetamina y sus derivados, como la metanfetamina, son compuestos de base débil que son la única clase de drogas ampliamente utilizada que se sabe que provocan la liberación del transmisor por un mecanismo no exocítico.
Como sustratos para DAT y VMAT, las anfetaminas pueden llevarse al citosol y luego secuestrarse en vesículas, donde actúan para colapsar el gradiente de pH vesicular.
Fuentes
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