1.1 Las posibles fuentes fisiológicas de nucleótidos y nucleósidos
El ATP y otros nucleótidos descritos tratan tanto los receptores metabotrópicos (P2Y) como los ionotrópicos (P2X). Las subunidades de los receptores P2X (P2X1-P2X7) forman canales de cationes activados por ligando, como homomultímeros o heteromultímeros. Las subunidades P2X3 contribuyen a la vía de permeabilidad iónica uniendo los campos de cada subunidad. El P2X3R tiene la menor permeabilidad relativa al Ca2+ registrada de la familia. El P2X7, además de canales de cationes, se asocia a contener grandes poros citolíticos; que se encuentran en los macrófagos y en las células microgliales del cerebro. Los receptores P2Y pueden activar o inhibir la adenilato ciclasa según el subtipo y, en consecuencia, el tipo de proteína G acoplada. Aparece la adenilato ciclasa y especialmente para la inhibición del canal de Ca2+. Los receptores P2Y forman un subconjunto de receptores vinculados a la proteína G; la mayoría se acopla a la fosfolipasa C a través de la proteína G, pero también se produce la inhibición de la adenilato ciclasa y de los canales de Ca2+ de tipo N y la activación de los canales de K+. Los receptores P2Y expresados suelen distinguirse farmacológicamente por el orden de rango de los agonistas; algunos prefieren la pirimidina a la purina. Varios receptores P2Y tienen una distribución tisular muy común . Las estructuras moleculares del ATP y del BzATP se muestran en la Figura 1.
Figura 1.
Estructuras moleculares del ATP y del BzATP .
Los nucleótidos de adenina inhiben la acumulación de AMP cíclico inducida por el isoproterenol y la forskolina en células de glioma de rata C6-2B. Esta inhibición se produce en presencia de un inhibidor de la fosfodiesterasa. Los nucleótidos de adenina no causaron efectos en las mediciones de la actividad directa de la fosfodiesterasa en células intactas. El pretratamiento de las células de glioma C6-2B con toxina pertussis bloqueó los efectos inhibidores de los agonistas de los receptores purinérgicos P2Y. Varios análogos de ATP y ADP produjeron un orden de potencia (2-metiltioadenosina 5′-trifosfato> o = 2-metiltioadenosina 5′-difosfato > adenosina 5′-O-(2-tiodifosfato) > 2-cloro-adenosina ADP = adenosina 5′-O-(3-tiotrifosfato) > ATP > UTP) que se espera de una activación del receptor P2Y-purinérgico; y los agonistas del receptor P2X-purinérgico, alfa, beta-metilenadenosina 5′-trifosfato y beta, gamma-metilenadenosina 5′-trifosfato no tuvieron ningún efecto. La actividad de la fosfolipasa C se produce en respuesta a la activación de los receptores P2-purinérgicos en muchos tejidos diana, por lo que se midieron los efectos de los agonistas de los receptores P2Y sobre la acumulación de fosfato de inositol en las células C6-2B. No se encontraron pruebas de la regulación del receptor P2Y-purinérgico mediada por el metabolismo de los lípidos de inositol en condiciones en las que la activación del receptor colinérgico muscarínico o del AIF4 aumentaba la acumulación de fosfato de inositol. Estos resultados indican que en las células de glioma de rata C6-2B existe un subtipo de receptor purinérgico P2 con características de señalización diferentes. Aunque este receptor expresa las propiedades farmacológicas generales de un receptor P2Y-purinérgico ligado a la fosfolipasa C, puede representar un subtipo de receptor único porque inhibe la adenilil ciclasa.
Se pensaba que las purinas estaban limitadas al compartimento intracelular en el que se utilizaban para el procesamiento de energía, la síntesis de ácidos nucleicos y un gran número de reacciones bioquímicas. Karl Lohmann aisló el ATP, que es la moneda energética intracelular clave, en 1929 . Sin embargo, la adenosina y el trifosfato de adenosina (i) son componentes bioquímicos abundantes del microambiente tumoral, (ii) son fuertes moduladores de las respuestas de las células inmunitarias y de la liberación de citoquinas, y (iii) son actores clave en la interacción huésped-tumor. Además, ambos nucleótidos afectan directamente al crecimiento de las células tumorales. La adenosina es un potente inmunosupresor (principalmente eficaz en los receptores A2A) y un modulador del crecimiento celular (principalmente eficaz en los receptores A3). El ATP es un agente proinflamatorio (eficaz en los receptores P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6 y P2Y12 y en los receptores P2X4 y P2X7), un inmunosupresor (eficaz en el P2Y11) y un promotor del crecimiento (eficaz en los P2Y1, P2Y2 y P2X7). Esta compleja red de señalización produce una serie de respuestas inhibitorias y estimulantes que afectan a la función de las células inmunitarias, al crecimiento de los tumores y a la propagación metastásica.
Los receptores purinérgicos, representados por muchas familias, son los más abundantes en los organismos vivos, posiblemente desde las primeras etapas de la evolución. La señalización purinérgica en los sistemas nerviosos periférico y central es un campo en rápida expansión. El examen de estos receptores permite desarrollar estrategias terapéuticas para estos trastornos con mecanismos de acción novedosos, entre los que se encuentran las afecciones purinérgicas, como el dolor, los traumatismos, la isquemia, la epilepsia, la migraña, los trastornos psiquiátricos y la drogodependencia .
En concentraciones micromolares/nanomolares, se ha demostrado que el trifosfato de adenosina (ATP) extracelular produce cambios funcionales significativos en una amplia variedad de tipos de células normales y transformadas. Aunque el ATP puede liberarse específicamente del citosol de las células dañadas, también se encuentra empaquetado en algunas vesículas/gránulos exocitóticos que contienen neurotransmisores y hormonas convencionales. Diversas respuestas biológicas al ATP están mediadas por varios receptores P2-purinérgicos de la superficie celular que se activan al unirse el ATP y otros nucleótidos. Estudios fisiológicos, bioquímicos y farmacológicos recientes han demostrado que existen múltiples tipos de subtipos de receptores de ATP. Estos incluyen: (1) receptores de ATP unidos a proteínas G que inducen la hidrólisis de fosfolípidos de inositol, la movilización de Ca2 + y la activación de la proteína quinasa C; (2) receptores de ATP que activan directamente canales de cationes no selectivos en las membranas plasmáticas de varios tipos de células y (3) receptores de ATP capaces de producir respuestas citotóxicas o de activación en los linfocitos T y otras células efectoras inmunitarias mediante la rápida inducción de poros de membrana superficiales permeables a los iones y a los metabolitos endógenos (con pesos moleculares de hasta 900 Da). Además de estos criterios funcionales, estos subtipos de receptores de ATP por defecto pueden distinguirse farmacológicamente por la potencia característica para varios análogos de ATP estructuralmente modificados.
Los nucleótidos intracelulares desempeñan un papel fundamental y ubicuo en el metabolismo energético, la síntesis de ácidos nucleicos y la regulación enzimática. Es ampliamente conocido que los nucleótidos y nucleósidos extracelulares llevan a cabo importantes acciones biológicas en muchos tejidos y células . Los GLUTs (facilitan el transporte de la glucosa al interior de las células), los SGLTs (facilitan la reabsorción de la glucosa de vuelta a la circulación) y los sensores metabólicos KATP (canales de potasio sensibles al ATP) desempeñan un papel importante en la homeostasis y el metabolismo de la glucosa en el cuerpo y en muchos órganos específicos (por ejemplo, intestino, páncreas, corazón, músculo esquelético y cerebro).
Los KATP unen las señales metabólicas a la excitabilidad celular y desempeñan un papel importante en muchos tejidos, incluyendo la regulación de la secreción de insulina, el control del tono vascular y la protección de las neuronas y los músculos frente a la isquemia. Los canales KATP son complejos octaméricos formados por cuatro receptores de sulfonilurea (SUR.x) y cuatro canales de potasio de rectificación interna (Kir6.x). Están regulados por el ATP y el ADP intracelulares. Mientras que el ATP inhibe la actividad del canal, el ADP antagoniza el efecto inhibidor del ATP en presencia de Mg2+ y estimula la actividad del canal. Estas propiedades de puerta son esenciales para que este canal detecte los cambios metabólicos en las células. Así, en las células β pancreáticas, la relación / aumenta en respuesta al aumento de los niveles de glucosa en sangre, lo que provoca el cierre del canal KATP, la despolarización de la membrana, la activación de los canales de Ca2+ activados por voltaje y la liberación de insulina. Sin embargo, cuando los niveles de glucosa en sangre son bajos, la relación / disminuye, los canales KATP se abren y la secreción de insulina disminuye .
Los canales catastróficos del páncreas se activan de la siguiente manera; en el caso de que el nivel de glucosa de las células β aumente, la relación intracelular de ATP a ADP también aumenta, lo que lleva al cierre del canal KATP, la despolarización de las células y la liberación de insulina .
Se cree que el flujo de K′(K + ) sensible al P está regulado por proteínas de unión a GTP (proteínas G), pero no se han identificado las vías que combinan el receptor, la proteína G y el canal. Se determina la regulación de la corriente de K′ sensible a la tolbutamida en miocitos ventriculares de rata neonatal. Los canales de K + (K + ) sensibles al ATP activados están presentes en las células cuando los niveles de ATP intracelular disminuyen. Los niveles de ATP intracelular se encuentran cuando los niveles de ATP intracelular se reducen en la célula, el músculo esquelético intracelular, el cerebro y el páncreas. Se sabe poco sobre la función de los canales de K + en las células del corazón, aunque su importante papel en el control de la secreción de insulina de las células P pancreáticas está bien establecido. Cuando se activan farmacológicamente, estos canales reducen en gran medida la duración del potencial de acción y se ha propuesto que sean responsables del acortamiento del potencial de acción en músculos isquémicos metabólicamente peligrosos. Sin embargo, la concentración de ATP en la casta metabólicamente bloqueada se mantiene por encima del nivel que impide los canales en los parches de membrana extirpados. Una posible explicación de esta discrepancia es que la sensibilidad al ATP de los canales puede ser modulada por mecanismos intracelulares.
Los canales de K+ sensibles al ATP, denominados canales KATP, proporcionan un vínculo entre el metabolismo celular y la actividad eléctrica de la membrana en diversos tejidos. Las isoformas de los canales son objetivos de compuestos que estimulan e inhiben su actividad, lo que da lugar a la hiperpolarización y despolarización de la membrana, respectivamente. El músculo liso vascular y la estimulación de la secreción de insulina son ejemplos de estas situaciones. Se ha informado de que los agonistas de la adenosina y los abridores del canal de potasio sensible al ATP (KATP) limitan el tamaño del infarto (IS) . Los canales de potasio sensibles al ATP (KATP) están bien definidos en el corazón, el esqueleto y el músculo liso, las células pancreáticas, la hipófisis y el sistema nervioso central y periférico, tanto desde el punto de vista electrofisiológico como farmacológico. Las actividades y, por tanto, las diversas funciones celulares están controladas por el metabolismo celular. En general, se cree que los cambios en el ATP (que provoca el cierre del canal) y en el MgADP (que activa el canal) tienen un metabolismo dual para la actividad del canal 6. Se describe que la localización celular de dos transcritos de ARNm que se espera que generen canales de K+ sensibles al ATP en el cerebro murino. Hay pruebas de que el canal KATP en las células pancreáticas está compuesto por un Kir6.2 y un complejo de subunidades SUR1. Se han descrito canales KATP con características similares (tipo I) en diversas neuronas, incluidas las de la corteza cerebral, la nigra básica, el caudado y el hipocampo.
Casi todas las células tumorales y todas las células inmunitarias expresan receptores de la membrana plasmática para nucleósidos extracelulares (adenosina) y nucleótidos (ATP, ADP, UTP, UDP y azúcar UDP). El microambiente tumoral se caracteriza por una concentración inusualmente alta de ATP y adenosina. La adenosina es un determinante importante del entorno tumoral inmunosupresor. La hidrólisis en serie del ATP extracelular catalizada por CD39 y CD73 es la principal vía de formación de adenosina en el intersticio tumoral. El ATP extracelular y el molde de adenosina son respuestas tanto del huésped como del tumor. Dependiendo del receptor específico activado, las purinas extracelulares median la inmunosupresión o la inmunoestimulación del lado del huésped y la estimulación del crecimiento o la citotoxicidad del lado del tumor. Los recientes avances en este campo proporcionan la clave para descifrar este complejo escenario, aprovechando los beneficios potenciales de la terapia. Los datos preclínicos indican que dirigirse a la vía productora de adenosina o a los receptores adenosinérgicos atenúa la inmunosupresión e inhibe fuertemente el crecimiento del tumor. Por otra parte, el crecimiento de los tumores experimentales se inhibe fuertemente al dirigirse al receptor de ATP P2X7 selectivo de las células cancerosas e inmunitarias. El papel de las purinas extracelulares (señalización purinérgica) actúa en la interacción huésped-tumor y pone de manifiesto nuevas opciones de tratamiento a partir de los últimos avances. Actualmente existe un consenso en que el ATP y la adenina son los principales componentes del microambiente tumoral (TME), en el que el TME afecta al crecimiento del tumor, a las funciones de las células inmunitarias y a la interacción entre el tumor y el huésped de diferentes maneras. En vista de la observación generalizada de que muchos tumores malignos sobreexpresan varios subtipos de P1R o P2R, un enfoque sencillo requeriría dirigirse a estos receptores con receptores selectivos para suprimir el crecimiento de los receptores tumorales. En la misma línea de interferencia, se contemplan las enzimas implicadas en el metabolismo de los nucleótidos y nucleósidos extracelulares (CD39, CD73 y adenosina deaminasa). Aunque se ha demostrado la eficacia de varios modelos preclínicos sencillos, este enfoque simple es claramente muy puro. Los P1Rs, P2Rs y las enzimas disruptoras de ATP/adenosina se expresan junto con las células inmunoestimuladoras y estromales del huésped, que tienen funciones muy importantes para la formación del complejo integrado del huésped alrededor del tumor. La selección cuidadosa del receptor purinérgico candidato en combinación con moduladores de las vías adenosinérgicas extracelulares puede permitir la inhibición del crecimiento de las células tumorales y aumentar concomitantemente la respuesta antitumoral del huésped. Este agente anticanceroso proporcionará un arma poderosa adicional para los tratamientos combinados.
Los nucleótidos y sus receptores están emergiendo como actores potenciales en la interacción huésped-tumor, como nuevos e importantes moduladores inflamatorios e inmunitarios. Un gran número de receptores P2 y P1 expresados por las células tumorales e inflamatorias que presentan diferentes afinidades de ligando para los subtipos de receptores P2 y P1 son modulados por factores locales obtenidos de ectonucleótidos y ADA en la concentración de nucleótidos y adenosina. Los datos in vivo apoyan la evidencia in vitro de que la reducción de la concentración de adenosina intratumoral y la focalización del receptor P2X7 tienen un potente efecto antitumoral. Por lo tanto, la investigación de la señalización purinérgica en el cáncer abre perspectivas prometedoras para el desarrollo de terapias innovadoras.
La señalización purinérgica se ha centrado en la respuesta inmunitaria asociada al tumor; los nucleótidos y nucleósidos tienen fuertes efectos directos sobre las propias células tumorales. La estimulación de los receptores P2Y (P2Y1 y P2Y2) promueve el crecimiento, por lo tanto, dependiendo de los subtipos de receptores P2Y expresados, es probable que la acumulación de ATP en el microambiente tumoral promueva el crecimiento del tumor. Además de los receptores P2Y, el P2X7 desempeña un papel en el crecimiento tumoral. Desde hace tiempo se observa que la mayoría de los tumores malignos sobreexpresan P2X7 . Se sabe que este receptor media una fuerte respuesta citotóxica . Por lo tanto, se determina por qué un tumor debe sobreexpresar un receptor «suicida». Sin embargo, la citotoxicidad se desencadena más comúnmente por dosis farmacológicas (es decir, cerca de milimolar) de ATP. Por el contrario, la activación de P2X7 por el ATP liberado endógenamente produce un efecto trófico, promotor del crecimiento.
Los nucleótidos y nucleósidos en el líquido de la superficie de las vías respiratorias regulan las actividades de depuración mucociliar (MCC), el principal mecanismo de defensa natural que elimina las partículas extrañas y los patógenos de las superficies de las vías respiratorias. Estos efectos en las vías respiratorias están mediados principalmente por dos subtipos de receptores purinérgicos, el receptor P2Y2 acoplado a Gq y el receptor de adenosina A2b conjugado a Gs. La activación del receptor A2b da lugar a la activación dependiente del AMP cíclico del canal Cın1 del regulador transmembrana de la fibrosis quística (CFTR) y a la estimulación de la frecuencia del pulso ciliar. La activación agonista del receptor P2Y2 promueve la inhibición de la secreción de Cl dependiente de CFTR e independiente de CFTR, el latido ciliar y la secreción de mucina, así como la absorción de Na+ .
El fenómeno sobre el proceso revela la participación de una cascada biológica. En este contexto, los agonistas de la adenosina y los abridores de los canales de K+ sensibles al ATP (KATP) imitan algunos efectos protectores del proceso de precondicionamiento. Además, estos efectos son revertidos por los antagonistas de la adenosina y los bloqueadores de KATP; esto sugiere que la liberación de adenosina y la activación de los canales KATP a través de los receptores de adenosina Al pueden constituir un paso temprano en el precondicionamiento cerebral isquémico.
Se sabe que la activación del receptor de adenosina, de la proteína quinasa C (PKC) y del canal de potasio sensible al ATP (KATP) desencadena el precondicionamiento. Los datos aportan pruebas directas de que el canal KATP, y no el receptor de adenosina, es el efector corriente abajo de la PKC en el inicio del preacondicionamiento mediado por ésta. Tanto el receptor de adenosina como el canal KATP son necesarios para promover el efecto protector real durante la hipoxia continua . Se evalúa la posibilidad de unir la etapa biológica de la participación del evento protector de los receptores de adenosina A1 y los canales KATP, asociados con la tolerancia cruzada entre la tolerancia epiléptica inducida por KA o la epilepsia inducida por KA y la isquemia global .