Comentarios: Dos interruptores moleculares desempeñan papeles prominentes en todas las adicciones, incluidas las adicciones de comportamiento. Uno que enfatizo, llamado DeltaFosB, el otro es CREB, el tema de este artículo.
Hace 20, los científicos se engancharon a un solo factor de transcripción que responde a una serie de drogas de abuso. ¿Su trabajo llevará a tratamientos?
Por Kerry Grens
Stephen Mague, un estudiante graduado de la Universidad de Pensilvania, lleva un carrito cargado de jaulas para ratones a una habitación del tamaño de un gran vestidor. La habitación se asemeja a un laboratorio de revelado fotográfico, iluminado solo por luz roja y lleno de pequeños bancos de trabajo y cortinas negras colgantes. En el pasillo, una pantalla de televisión muestra la vista de una cámara de video desde el interior de la habitación, mirando hacia una fila de cajas de plexiglás.
Uno a uno, una mano enguantada de látex aparece en la pantalla y coloca un ratón marrón en cada caja. Los animales se apresuran a explorar los rincones; algunos se detienen en medio de la cámara y se acicalan enérgicamente. Mague está condicionando a los animales a asociar una droga con un lado de la cámara sobre otro, por ejemplo, el que tiene paredes rayadas en lugar de paredes sólidas. Agregar una droga como la cocaína a las cámaras hace que el trabajo sea increíblemente fácil. Solo una exposición a la droga lo hará, dice el estudiante graduado Jess Cleck: "Una vez hice que un ratón se sentara durante 13 minutos y 30 segundos en el lado donde había obtenido cocaína anteriormente".
Con el tiempo, tanto en animales como en seres humanos, la exposición a la droga conduce a la dependencia, la ansiedad y la abstinencia cuando se retira la droga. La ansiedad y la depresión se vuelven más comunes, y todas las demás fuentes de recompensa pierden su atractivo a medida que la droga se convierte en una fuente primaria de motivación. Los cambios fisiológicos en las personas con adicción son sorprendentes. "No es que sean más o menos sensibles a una droga, son personas diferentes", dice Eric Nestler del Centro Médico de la Universidad de Texas Southwestern en Dallas. "Estás alterando profundamente la naturaleza de las células nerviosas".
La espiral descendente desde la adicción desde el primer momento hasta la adicción duradera implica numerosas adaptaciones neurobiológicas: depresión a largo plazo en las sinapsis, neurodegeneración y modificaciones permanentes en la expresión génica. Sin embargo, no hay dos drogas iguales, ya que cada una tiene su propia idiosincrasia. Por ejemplo, estimulantes como la anfetamina y la cocaína aumentan la ramificación neuronal en el núcleo accumbens, mientras que la morfina tiene el efecto opuesto.
La descripción clásica del efecto de una droga en el cerebro se centra en el sistema de recompensa, en particular, las neuronas que se proyectan ventralmente desde el área tegmental ventral (VTA) hasta el núcleo accumbens. Esas neuronas liberan dopamina y el alcohol y las drogas de abuso las excitan directa o indirectamente. Cuando la dopamina llega al núcleo accumbens, estimula el placer.
El problema comienza cuando, con el tiempo, este sistema comienza a erosionarse y a desarrollar tolerancia. La misma cantidad de fármaco induce respuestas de dopamina más pequeñas, las neuronas VTA pueden encogerse, las conexiones sinápticas decaen, las densidades de receptores cambian y la expresión de ciertos genes aumenta, en particular los relacionados con la ansiedad y la depresión. Esto, según George Koob en el Instituto Salk en La Jolla, California, es el "lado oscuro de la adicción", cuando un adicto continúa usando una droga simplemente para aliviar los malos sentimientos de ser adicto.
Julie Blendy, investigadora principal de Mague en la Universidad de Pensilvania, Nestler, y otros, están examinando los innumerables cambios moleculares que acompañan a la exposición a las drogas y la adicción para determinar con precisión lo que sucede transcripcionalmente en el cerebro. Durante casi dos décadas, los investigadores de la adicción han observado la actividad de un factor de transcripción: proteína de unión al elemento de respuesta a AMPc (CREB). Esta proteína responde a una variedad de drogas de abuso, que incluyen cocaína, morfina, alcohol, anfetamina y nicotina. Sin embargo, a pesar de todo ese tiempo, dice Nestler: “Ahora estamos en la punta del iceberg en la identificación de genes diana de CREB”. Aún así, esperan encontrar pistas para prevenir o reparar esos cambios.
Blendy recuerda exactamente cuándo nacieron sus primeros ratones con deficiencia de CREB. “Tienen 15 años”, dice riendo, “di a luz a mi hija [en junio] y dos semanas después nacieron el primer mutante”. En ese momento, Blendy era un postdoctorado en el laboratorio de Gunther Schutz en el Centro Alemán de Investigación del Cáncer en Heidelberg, y había mucho entusiasmo por la tecnología. Otros grupos clamaron por usar los ratones.
Sin embargo, todo se detuvo cuando el grupo de Schutz comenzó a caracterizar a los ratones. “Nos dimos cuenta de que no habíamos logrado un nocaut completo”, dice Blendy. Los animales mutantes tenían formas de empalme alternativas del gen CREB, pero resultó ser un accidente fortuito. Los animales knockout para CREB no sobreviven al período perinatal. Tener solo una pequeña cantidad de CREB permitió que estos mutantes sobrevivieran hasta la edad adulta, con cambios funcionales que permitirían a los investigadores investigar el papel de CREB en una serie de aspectos neurológicos, incluidos el aprendizaje, la memoria, los trastornos del estado de ánimo y la adicción.
En ese momento, a mediados de los 90, el factor de transcripción ya era un objetivo de la investigación sobre adicciones. Comenzó en la década de 1970 con la enzima adenilil ciclasa en el locus ceruleus, un área de aspecto azulado del tronco encefálico que administra noradrenalina a numerosas partes del cerebro. La adenilil ciclasa sintetiza AMPc, que a su vez activa CREB. El premio Nobel Marshall Nirenberg y sus colegas proporcionaron pruebas en las neuronas del locus ceruleus de una "tolerancia celular" a la morfina. Demostraron que, mientras que la actividad de la adenilil ciclasa disminuye después de la exposición a la morfina, cuando se deja incubar el fármaco con las células durante más de un día, la actividad de la adenilil ciclasa se recupera.1 Cuando se eliminó el fármaco, la actividad de la enzima aumentó, lo que los autores interpretan como una abstinencia celular de la dependencia: "Este fenómeno se puede comparar con el síndrome de abstinencia en los animales".
"Estás alterando profundamente la naturaleza de las células nerviosas". -Eric Nestler
No fue hasta más de una década después, a principios de la década de 1990, cuando Nestler, entonces en la Universidad de Yale, y su grupo replicaron los resultados in vivo y avanzaron dos pasos hacia abajo desde la adenilil ciclasa hasta la activación de CREB. Demostraron que una dosis de morfina altera la fosforilación de CREB (un marcador de activación de CREB), pero que la actividad vuelve a la normalidad después de una exposición más prolongada al fármaco.2 "Casi al mismo tiempo", recuerda Nestler, "estábamos preguntando: El locus ceruleus es solo un sistema modelo para el sistema opiáceo, pero ¿responden otras neuronas? Se dirigió al núcleo accumbens, un grupo de neuronas que reciben entradas dopaminérgicas del área tegmental ventral y que están involucradas en el sistema de recompensa del cerebro. Allí, Nestler encontró resultados similares: el uso crónico de morfina aumenta la actividad de CREB.
Los ratones con deficiencia de CREB en el laboratorio de Schtz presentaron la oportunidad de medir si CREB era necesario en el proceso de adicción. Con Rafael Maldonado, que entonces estaba en la Universidad de París, Blendy demostró en 1996 que sus ratones mutantes carecían de los síntomas de abstinencia de morfina que presentan los animales normales.3 “Por definición, la dependencia significa la presencia de un síndrome de abstinencia cuando se retira el fármaco ”, Dice Blendy. "La pregunta es, ¿los animales nunca dependieron de la droga en primer lugar?" Blendy concluyó que CREB fue importante para iniciar la adicción. Pero una explicación tan simple era demasiado buena para ser verdad.
Bill Carlezon, ahora profesor asociado de psiquiatría en el Hospital McLean de Harvard en Belmont, Massachusetts, fue un postdoctorado en el laboratorio de Nestler a mediados de la década de 1990, estudiando cocaína en el núcleo accumbens. En ese momento, no había una buena manera de apuntar a CREB directamente, por lo que el grupo de Nestler desarrolló un vector de virus con una forma mutante de CREB que compite con CREB endógeno y bloquea su actividad. Cuando se les dio cocaína a los animales mutantes, mostraron una mayor preferencia por la droga, mientras que cuando se sobreexpresó CREB en animales, mostraron aversión a ella.4
Blendy encontró resultados similares después de mudarse a la Universidad de Pennsylvania en 1997 con la línea de ratones deficientes en CREB. Cuando a estos animales se les administraron dosis bajas de cocaína (dosis lo suficientemente pequeñas como para que fueran indistinguibles de la solución salina a los animales de tipo salvaje), los animales mostraron una fuerte preferencia por el lado de la caja donde recibieron cocaína.5 “Animales deficientes en CREB muestran una mejora en la recompensa de la cocaína ”, dice Blendy.
Aunque los datos de Blendy coincidían con los resultados de Nestler y Carlezon, eran hallazgos que parecían fuera de línea con sus resultados para la morfina. Si bien la deficiencia de CREB pareció hacer que los animales se interesaran más por la cocaína, actuó de manera opuesta con la morfina. Blendy sospecha que la discrepancia está relacionada con las diferentes regiones del cerebro en las que actúa cada fármaco. Aunque todas las drogas de abuso terminan aumentando la dopamina en el núcleo accumbens, actúan a través de diferentes mecanismos: la cocaína bloquea los transportadores de dopamina en el núcleo accumbens, mientras que la morfina desinhibe las células de dopamina en el área tegmental ventral.
La complejidad de los cambios moleculares que están involucrados en la adicción a las drogas no se detiene ahí. El alcohol y la nicotina actúan de manera diferente sobre CREB que la cocaína y la morfina. Además, otro factor de transcripción, DFosB, se regula al alza de manera similar a CREB, aunque con efectos opuestos sobre el comportamiento.
La respuesta de DFosB a las drogas puede ser tan importante para la adicción como la CREB, en particular con respecto a los cambios a largo plazo. De acuerdo con Nestler, CREB esencialmente entrega retroalimentación negativa de las drogas, yDFosB promueve los efectos gratificantes de las drogas.
“DFosB puede verse de muchas maneras como lo opuesto a CREB”, dice Nestler. Sin embargo, con una complejidad desconcertante, ambos factores de transcripción pueden regularse positivamente en la misma célula. “Algunas células muestran activación de CREB, otras inducen DFosB y algunas se superponen”, explica Nestler. "Es un proceso muy complejo que debe resolverse".
A pesar de estas lagunas en el conocimiento, en la década de 1990, los científicos estaban seguros de que CREB era importante para regular los efectos de las drogas de abuso. Sin embargo, también se habían dado cuenta de que aparentemente no era un marcador único para todos los medicamentos en todas las regiones del cerebro, y mucho menos un tratamiento. “CREB nunca será un objetivo terapéutico. Es demasiado importante, es demasiado omnipresente ”, dice Blendy.
Decidió girar río abajo. Su grupo está rastreando la expresión de varios genes diana de CREB durante el proceso de adicción a las drogas, desde la exposición inicial hasta la dependencia y la abstinencia. "La esperanza es que algunos de los [genes] objetivo de los que es responsable sean ideales".
Un gen diana aguas abajo que ha mostrado los resultados más dramáticos en la expresión diferencial a través de estas fases es el factor de liberación de corticotropina (CRF, también conocido como hormona liberadora de corticotropina, CRH). El CRF es importante para mediar en las respuestas al estrés, pero también está involucrado en el lado oscuro de la adicción de Koob. "Lo que estamos encontrando", dice Koob, "y esto es particularmente cierto con el alcohol, los opiáceos y la nicotina, y tal vez un poco menos con la cocaína: cuando los animales consumen mucha droga, el sistema CRF se activa y contribuye al consumo excesivo de drogas". -tomando."
Markus Heilig, director clínico del Instituto Nacional sobre el Abuso del Alcohol y el Alcoholismo, dice que la regulación al alza del sistema CRF parece ser permanente. "En el último año, una serie de artículos señalaron en roedores que si tiene un largo historial de dependencia del alcohol y ciclos de intoxicación y abstinencia, inducirá cambios notablemente duraderos en el sistema endógeno [CRF]", Heilig dice.
Koob ha demostrado más recientemente que los animales dependientes del alcohol beben menos durante la abstinencia cuando se les ha administrado un antagonista del receptor CRF1 “Uno podría predecir [un antagonista del receptor CRF7] podría ser un gran fármaco para la abstinencia”, dice Nestler. Sin embargo, ha sido difícil encontrar un antagonista seguro para su uso en humanos. Los ensayos clínicos de un fármaco, NBI 1, se interrumpieron hace varios años después de que dos pacientes desarrollaran niveles elevados de enzimas hepáticas.30775 Koob y Heilig, entre otros, están trabajando para encontrar un antagonista del receptor CRF8 que pueda usarse de forma segura para tratar la adicción.
En marzo de este año, Heilig publicó resultados prometedores en ratas dependientes del alcohol, mostrando que la droga evitó que los animales dependientes buscaran alcohol cuando estaban expuestos a un factor estresante. 9 Si un antagonista del receptor CRF1 podría convertirse en una droga, dice Koob La aplicación más probable sería durante la retirada aguda.
“CREB nunca será un objetivo terapéutico. Es demasiado importante, es demasiado omnipresente ". - Julie Blendy
A unas 300 millas al norte del laboratorio de Blendy's Penn, un científico del Hospital McLean de Harvard, vestido de manera similar, con guantes y botines lleva un carro de animales por un pasillo. Estas son las ratas experimentales de Carlezon, cada una equipada con un electrodo en forma de antena montado quirúrgicamente en la parte superior de su cabeza. El electrodo alimenta una estimulación placentera, en forma de pulsos de onda cuadrada de corriente eléctrica, en el centro de recompensa del cerebro. En la oficina de Carlezon, reproduce un video de un mouse que gira incesantemente una rueda para recibir la corriente placentera. “Probablemente se sienta como lo mejor que he visto nunca. Los animales lo elegirán sobre las drogas, la comida, el sexo, cualquier cosa ”, dice.
En cierto punto, el mouse deja de girar la rueda cuando la corriente cae por debajo de una frecuencia en la que la recompensa disminuye, dice Carlezon. Cuando los animales pasan por la abstinencia de la cocaína, la cantidad mínima de corriente por la que están dispuestos a trabajar, su "umbral de recompensa", aumenta.10 "Debido a que la estimulación no es tan gratificante durante la abstinencia, los ratones requieren frecuencias más altas para obtenerlos trabajar [para la estimulación] ". La conclusión de Carlezon: "Creemos que están produciendo más dinorfina".
La dinorfina es un opioide endógeno que actúa en los receptores k-opioides y es un gen diana posterior de CREB. Carlezon demostró que cuando la función CREB o la dinorfina se eleva en el núcleo accumbens, la cocaína es menos gratificante y, a veces, incluso aversiva. Pero cuando se bloquean los receptores k, el efecto desaparece. 4 Carlezon está experimentando ahora con la administración de antagonistas de los receptores opioides k a ratas que experimentan abstinencia de cocaína y mide si estas drogas pueden mantener los umbrales de recompensa constantes. Si los antagonistas funcionan, Carlezon dice que podrían ser candidatos para tratar los síntomas de la abstinencia de drogas.
Koob y Brendan Walker, también en Scripps, han usado un antagonista del receptor de opioides k, nor-binaltorfina, en ratas dependientes de etanol y encontraron que bebían menos. En los animales que no eran dependientes, la conducta de beber no cambió. Walker dice que apoya la idea de que el sistema dynorphin-k-opioide está involucrado en el "lado oscuro" de la adicción11. “En general”, dice Walker, “esa es la hipótesis: cuando los animales son dependientes y eliminas el alcohol, el afecto negativo elevado hace que quieran consumir más alcohol. Parece que si podemos bloquear ese sistema, entonces podemos, en cierto sentido, bloquear la motivación del anal para consumir alcohol en exceso ".
Charles O'Brien, vicepresidente de psiquiatría de la Universidad de Pensilvania y director del Centro de Estudios sobre Adicciones, dice que la investigación sobre los antagonistas de los receptores de dinorfina y CRF1 parece prometedora, pero para tratar verdaderamente la adicción, el objetivo tiene que ser el centro de memoria del cerebro. , que puede involucrar o no a CREB.
“La adicción es un comportamiento compulsivo de búsqueda de drogas”, dice O'Brien. “No son los cambios producidos por el alcohol, la cocaína o la heroína en sí. Es el hecho de que después de que la droga desaparece, hay un aprendizaje, un rastro de memoria, que produce antojo, que produce búsqueda de drogas y recaída ". Nestler dice que esos recuerdos duran toda la vida. “Cuando éramos niños tocamos una estufa caliente y recordamos que nunca vale la pena experimentar con una estufa caliente…. Los recuerdos de drogas pueden ser tan poderosos como esos recuerdos ".
Es incierto si el aprendizaje de la adicción involucra CREB. Sin embargo, Nestler dice que manipular los genes diana de CREB para aliviar los síntomas de abstinencia puede ayudar a otros tratamientos de adicción, como la terapia cognitivo-conductual, que podría influir en los recuerdos. "En mi opinión, cuanto antes se introduzcan estos [fármacos potenciales] en seres humanos, mejor", dice O'Brien. “Los modelos animales pueden señalar el camino, pero tarde o temprano hay que introducirlos en los seres humanos”.
Referencias
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Leer más: Investigación adictiva - El científico - Revista de ciencias biológicas http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
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