Historia de la investigación de las catecolaminas - History of catecholamine research
Las catecolaminas comprenden las sustancias endógenas dopamina , noradrenalina (norepinefrina) y adrenalina (epinefrina), así como numerosos compuestos sintetizados artificialmente como la isoprenalina . Su investigación constituye un capítulo destacado en la historia de la fisiología , la bioquímica y la farmacología . La adrenalina fue la primera hormona extraída de su glándula endocrina y obtenida en forma pura, antes de que se acuñara la palabra hormona . También fue la primera hormona cuya estructura y biosíntesis se aclararon. Aparte de la acetilcolina , la adrenalina y la noradrenalina fueron los primeros neurotransmisores que se descubrieron y las primeras señales bioquímicas intercelulares que se encontraron en las vesículas intracelulares . El adrenorreceptor β fue el primer receptor acoplado a proteína G cuyo gen se clonó . La investigación de catecolaminas dirigida por objetivos comenzó con la preparación por parte de George Oliver y Edward Albert Sharpey-Schafer de un extracto farmacológicamente activo de las glándulas suprarrenales .
Adrenalina en la médula suprarrenal
Precursores
En el mejor libro sobre el asma del siglo XIX, publicado por primera vez en 1860, el médico y fisiólogo británico Henry Hyde Salter (1823–1871) incluyó un capítulo sobre el tratamiento ″ con estimulantes ″. El café fuerte fue muy útil, presumiblemente porque disipó el sueño, lo que favoreció el asma. Aún más impresionante, sin embargo, fue la respuesta a la ″ emoción mental fuerte ″: ″ La cura del asma por la emoción violenta es más repentina y completa que por cualquier otro remedio; de hecho, conozco pocas cosas más llamativas y curiosas en toda la historia de la terapéutica. ... La cura ... no lleva tiempo; es instantáneo, el paroxismo más intenso cesa en el instante. ″ ″ Curación ″ debido a la liberación de adrenalina de las glándulas suprarrenales es la interpretación retrospectiva.
Al mismo tiempo que Salter hizo uso inconsciente de la médula suprarrenal, el médico francés Alfred Vulpian descubrió que había algo único en ella: el material que se raspaba de él se coloreó de verde cuando se le añadió cloruro férrico . Esto no ocurrió ni con la corteza suprarrenal ni con ningún otro tejido. Por tanto, la médula suprarrenal contenía " une matière spéciale, inconnue jusqu'ici et qui constitue le signe particulier de ces organes " ("un material especial, desconocido en lo sucesivo y que constituye el signo particular de estos órganos"). Vulpian incluso llegó a la conclusión de que la sustancia entró en " le torrent circulatoire " ("el torrente circulatorio"), ya que la sangre de las venas suprarrenales provocó la reacción del cloruro férrico.
A principios de la década de 1890, el farmacólogo alemán Carl Jacobj (1857-1944) en el laboratorio de Oswald Schmiedeberg en Estrasburgo estudió la relación entre las glándulas suprarrenales y el intestino. La estimulación eléctrica del nervio vago o la inyección de muscarina provocaron la peristalsis . Este peristalis fue rápidamente abolido por estimulación eléctrica de las glándulas suprarrenales. El experimento ha sido llamado "la primera demostración indirecta del papel de la médula suprarrenal como un órgano endocrino <y> en realidad una demostración más sofisticada de la función de la médula suprarrenal que el estudio clásico de Oliver y Schäfer". Si bien esto puede ser cierto, Jacobj no imaginó una señal química secretada en la sangre para influir en órganos distantes, en otras palabras, una hormona, sino en los nervios que van desde las glándulas suprarrenales hasta el intestino, "Hemmungsbahnen für die Darmbewegung".
Oliver y Schäfer 1893/94
George Oliver era un médico que ejercía en la ciudad balneario de Harrogate en North Yorkshire . Edward Albert Schäfer fue profesor de fisiología en el University College London . En 1918, prefijo el apellido de su profesor de fisiología William Sharpey al suyo para convertirse en Edward Albert Sharpey Schafer. La historia canónica, contada por Henry Hallett Dale , quien trabajó en el University College London de 1902 a 1904, es la siguiente:
El Dr. Oliver, me dijeron, ... tenía un gusto y un ′ instinto ′ por la invención de aparatos sencillos, con los que se podían hacer observaciones y experimentos en seres humanos. El Dr. Oliver había inventado un pequeño instrumento con el que afirmaba poder medir, a través de la piel intacta, el diámetro de una arteria viva, como la arteria radial en la muñeca. Parece haber utilizado a su familia en sus experimentos, y un hijo pequeño fue el tema de una serie en la que el Dr. Oliver midió el diámetro de la arteria radial y observó el efecto sobre ella de inyectar extractos de varias glándulas animales debajo de la piel. . ... Podemos imaginar, entonces, al profesor Schafer, en el antiguo laboratorio fisiológico del University College, ... terminando un experimento de algún tipo, en el que estaba registrando la presión arterial de un perro anestesiado. ... A él entra el Dr. Oliver, con la historia de los experimentos con su niño y, en particular, con la afirmación de que la inyección bajo la piel de un extracto de glicerina de la glándula suprarrenal de ternera fue seguida de un estrechamiento definitivo de la arteria radial. Se dice que el profesor Schafer se mostró completamente escéptico y atribuyó la observación al autoengaño. ... Creo que difícilmente se le puede culpar; sabiendo incluso lo que sabemos ahora sobre la acción de este extracto, ¿quién de nosotros estaría dispuesto a creer que inyectarlo debajo de la piel de un niño haría que su arteria radial se volviera sensiblemente más delgada? El Dr. Oliver, sin embargo, es persistente; él… sugiere que, al menos, no hará ningún daño inyectar en la circulación, a través de una vena, un poco del extracto suprarrenal, que él extrae de su bolsillo. De modo que el profesor Schafer hace la inyección, esperando una demostración triunfante de nada, y se encuentra parado ′ como un observador de los cielos, cuando un nuevo planeta nada en su ken ′, observando el mercurio subir en el manómetro con asombrosa rapidez y con una asombrosa rapidez. altura.
No importa cuán a menudo se haya reiterado esta historia, no está fuera de toda duda. El propio Dale dijo que fue transmitido en University College, y mostró cierta sorpresa de que la constricción de la arteria radial fuera medible. De los descendientes de Oliver, ninguno recordó experimentos con su hijo. El informe de Dale sobre las inyecciones subcutáneas contradice a las partes interesadas. Oliver: “Durante el invierno de 1893-4, mientras procesaba una investigación sobre ... agentes que varían el calibre de ... arterias ... descubrí que la administración por la boca de un extracto de glicerina de las glándulas suprarrenales de la oveja y el ternero produjo una marcada acción constrictiva sobre las arterias ". Schäfer: “En el otoño de 1893 me visitó en mi laboratorio en el University College un caballero que no conocía personalmente. ... Encontré que mi visitante era el Dr. George Oliver, <quien> deseaba discutir conmigo los resultados que había estado obteniendo de la exposición por boca de extractos de ciertos tejidos animales, y los efectos que estos tenían en sus manos producido en los vasos sanguíneos del hombre ". Los efectos sistémicos de la adrenalina administrada por vía oral son muy poco probables. Entonces, los detalles del texto canónico pueden ser leyenda.
El 10 de marzo de 1894, Oliver y Schäfer presentaron sus hallazgos a la Physiological Society de Londres. Un año después siguió un relato de 47 páginas, al estilo de la época sin estadísticas, pero con una descripción precisa de muchos experimentos individuales y 25 grabaciones en tambores ahumados de quimógrafo , mostrando, además del aumento de la presión arterial, bradicardia refleja y contracción del bazo. . ″ Parece establecerse como resultado de estas investigaciones que ... las cápsulas suprarrenales deben considerarse, aunque sin conductos, como glándulas estrictamente secretoras. El material que forman y que se encuentra, al menos en su estado plenamente activo, sólo en la médula de la glándula, produce efectos fisiológicos notables sobre el tejido muscular en general, y especialmente sobre el del corazón y las arterias. Su acción ... se produce principalmente, si no totalmente, por acción directa. ″
Los informes causaron sensación. Oliver no tardó en probar extractos suprarrenales en pacientes, de nuevo por vía oral y más bien indiscriminadamente, de la enfermedad de Addison , hipotensión (″ pérdida del tono vasomotor ″), Diabetes mellitus y Diabetes insípida a la enfermedad de Graves (″ bocio exoftálmico ″). Parece que se adhirió a las ideas contemporáneas de la organoterapia , creyendo que existían sustancias poderosas en los tejidos y deberían descubrirse para uso medicinal. De hecho, inmediatamente pasó a extraer la glándula pituitaria y, de nuevo con Schäfer, descubrió la vasopresina . En 1903, la adrenalina, mientras tanto purificada, se utilizó por primera vez en el asma. El uso no se basó en el efecto broncodilatador , que se descubrió más tarde, sino en el efecto vasoconstrictor , que se esperaba que aliviara la “turgencia de la mucosa bronquial”, presumiblemente congestión vascular y edema. También a partir de 1903, se añadió adrenalina a las soluciones anestésicas locales . El cirujano Heinrich Braun en Leipzig demostró que prolongaba la anestesia en el lugar de la inyección y simultáneamente reducía los efectos ″ sistémicos ″ en otras partes del cuerpo.
Descubridores independientes
Un año después de que Oliver y Schäfer, Władysław Szymonowicz (1869-1939) y Napoleon Cybulski de la Universidad Jagiellonian en Cracovia informaron hallazgos y conclusiones esencialmente similares. En un aspecto, fueron más allá del trabajo en Inglaterra: la sangre de las venas suprarrenales causó hipertensión cuando se inyectó por vía intravenosa en un perro receptor, mientras que la sangre de otras venas no lo hizo, lo que demuestra que la sustancia presora suprarrenal de hecho se secreta en la sangre y confirma Vulpian. Los autores polacos reconocieron libremente la prioridad de Oliver y Schäfer, y los autores británicos reconocieron la independencia de Szymonowicz y Cybulski. La principal diferencia estaba en la ubicación de la acción: a la periferia de Oliver y Schäfer pero, erróneamente, al sistema nervioso central de Szymonowicz y Cybulski.
Un año más tarde, el oftalmólogo estadounidense William Bates , quizás motivado como Oliver, instiló extractos suprarrenales en el ojo, encontró que ″ la conjuntiva del globo y los párpados se blanquearon en pocos minutos ″, explicó correctamente el efecto de la vasoconstricción y administró los extractos en diversas enfermedades oculares. La literatura de catecolaminas posteriores no le ha hecho justicia. Incluso un artículo de revisión oftalmológica de 1905 lo menciona solo de pasada.
Química
En 1897 John Jacob Abel en Baltimore purificó parcialmente extractos suprarrenales a lo que llamó "epinefrina", y Otto von Fürth en Estrasburgo a lo que llamó "Suprarenin". El químico japonés Jōkichi Takamine , que había establecido su propio laboratorio en Nueva York, inventó un nuevo procedimiento de aislamiento y lo obtuvo en forma de cristal puro en 1901 y dispuso que Parke-Davis lo comercializara como "Adrenalina", escrito sin la terminal "e ”. En 1903, se descubrió que la adrenalina natural era ópticamente activa y levorrotaria , en 1905 Friedrich Stolz en Hoechst AG en Höchst (Frankfurt am Main) y Henry Drysdale Dakin en la Universidad de Leeds lograron la síntesis del racemato , en 1906 la química La estructura fue dilucidada por Ernst Joseph Friedmann (1877-1956) en Estrasburgo, y en 1908 Arthur Robertson Cushney (1866-1926) demostró que el enantiómero dextrorrotario era casi inactivo en la Universidad de Michigan , lo que lo llevó a concluir brillantemente que ″ el La «sustancia receptora» afectada por la adrenalina ″ es capaz de discriminar entre los isómeros ópticos y, por tanto, es ópticamente activa por sí misma. En total, se han acuñado 32 denominaciones, de las cuales “adrenalina”, preferida en el Reino Unido, y “epinefrina”, preferida en los Estados Unidos, persisten como nombres genéricos en la literatura científica.
La adrenalina como transmisor
Se abrió un nuevo capítulo cuando Max Lewandowsky en 1899 en Berlín observó que los extractos suprarrenales actuaban sobre el músculo liso del ojo y la órbita de los gatos, como el músculo dilatador del iris y la membrana nictitante , de la misma manera que la estimulación del nervio simpático . La correspondencia fue ampliada por John Newport Langley y, bajo su supervisión, Thomas Renton Elliott en Cambridge . En cuatro artículos del volumen 31 de 1904 del Journal of Physiology, Elliott describió las similitudes órgano por órgano. Su hipótesis visionaria se encuentra en el resumen de una presentación a la Sociedad Fisiológica del 21 de mayo de 1904, poco más de diez años después de la presentación de Oliver y Schäfer: ″ La adrenalina no excita los ganglios simpáticos cuando se les aplica directamente, como lo hace la nicotina . Su acción efectiva se localiza en la periferia. ... Encuentro que incluso después de ... una denervación completa, ya sea de tres días o diez meses de duración, el músculo simple de las pupilas dilatadoras responderá a la adrenalina, y eso con mayor rapidez y mayor persistencia que el iris cuyo las relaciones nerviosas están ilesas. Por lo tanto, no puede ser que la adrenalina excite cualquier estructura derivada y dependiente para su persistencia de la neurona periférica. ... El punto en el que se recibe el estímulo del excitante químico, y se transforma en lo que puede provocar el cambio de tensión de la fibra muscular, es quizás un mecanismo desarrollado a partir de la célula muscular en respuesta a su unión con el simpático simpatizante. Fibra, cuya función es recibir y transformar el impulso nervioso. Entonces, la adrenalina podría ser el estimulante químico liberado en cada ocasión en que el impulso llega a la periferia. ″ El resumen es el ″ certificado de nacimiento ″ de la neurotransmisión química. Elliott nunca volvió a ser tan explícito. Parece que se desanimó por la falta de una respuesta favorable de sus superiores, Langley en particular, y unos años más tarde abandonó la investigación fisiológica.
- El ″ certificado de nacimiento ″ de la neurotransmisión química
El gran avance de la neurotransmisión química se produjo cuando, en 1921, Otto Loewi en Graz demostró la ″ humorale Übertragbarkeit der Herznervenwirkung ″ en anfibios . Vagusstoff transmitió la inhibición de los nervios vagos y Acceleransstoff transmitió la estimulación de los nervios simpáticos al corazón. Loewi tardó algunos años en comprometerse con respecto a la naturaleza del Stoffe , pero en 1926 estaba seguro de que Vagusstoff era acetilcolina, y en 1936 escribió: ″ Ya no dudo en identificar al Sympathicusstoff con adrenalina ″.
Tuvo suerte en esta última afirmación. En la mayoría de los órganos de los anfibios, incluido el corazón, la concentración de adrenalina supera con creces la de noradrenalina, y la adrenalina es de hecho el principal transmisor. En los mamíferos , sin embargo, surgieron dificultades. En un estudio exhaustivo de estructura-actividad de compuestos similares a la adrenalina, Dale y el químico George Barger en 1910 señalaron que la hipótesis de Elliott asumía un paralelismo más estricto entre los efectos de los impulsos nerviosos simpáticos y la adrenalina de lo que realmente existía. Por ejemplo, los impulsos simpáticos se comparten con los efectos contráctiles de la adrenalina en el trígono, pero no los efectos relajantes en el fondo de ojo de la vejiga urinaria del gato . A este respecto, el ″ amino-etanol-catecol ″ (noradrenalina) imitaba a los nervios simpáticos más de cerca que la adrenalina. El fisiólogo de la Escuela de Medicina de Harvard, Walter Bradford Cannon , que había popularizado la idea de un sistema simpatico-adrenal que prepara al cuerpo para la lucha y la huida , y su colega Arturo Rosenblueth desarrollaron una teoría elaborada pero ″ extraña ″ de dos simpatizantes , el simpatizante E (excitador) y simpatina I (inhibidora). El farmacólogo belga Zénon Bacq y los farmacólogos canadienses y estadounidenses entre 1934 y 1938 sugirieron que la noradrenalina podría ser el transmisor simpático posganglionar, o al menos uno de ellos. Sin embargo, nada definitivo salió a la luz hasta después de la guerra. Mientras tanto, Dale creó una terminología que desde entonces ha impreso el pensamiento de los neurocientíficos : que las células nerviosas deben llevar el nombre de su transmisor, es decir, colinérgicas si el transmisor era "una sustancia como la acetilcolina", y adrenérgico si era "alguna sustancia como la adrenalina". ″.
En 1936, el año de la aceptación final por parte de Loewi de la adrenalina como transmisor simpático (anfibio), Dale y Loewi recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina ″ por sus descubrimientos relacionados con la transmisión química de los impulsos nerviosos ″.
Formación y destrucción
″ Nuestro conocimiento moderno de la vía biosintética de las catecolaminas comienza en 1939, con la publicación de un artículo de Peter Holtz y sus colegas: describieron la presencia en los riñones de cobaya de una enzima que llamaron dopa descarboxilasa , porque catalizó la formación de dopamina y dióxido de carbono a partir del aminoácido L-dopa . ″ El bioquímico germano-británico Hermann Blaschko (1900-1993), que en 1933 había dejado Alemania porque era judío, escribió esto en 1987 en Oxford , mirando hacia atrás en “Medio siglo de investigación sobre la biosíntesis de catecolaminas”. El artículo de Peter Holtz (1902-1970) y sus compañeros de trabajo se originó en el Instituto de Farmacología de Rostock . Ya en ese mismo año 1939 tanto Blaschko, entonces en Cambridge, como Holtz en Rostock predijeron la secuencia completa tirosina → l-DOPA → oxitiramina = dopamina → noradrenalina → adrenalina. Edith Bülbring , quien también había huido del racismo nacionalsocialista en 1933, demostró la metilación de noradrenalina a adrenalina en el tejido suprarrenal en Oxford en 1949, y Julius Axelrod detectó feniletanolamina N-metiltransferasa en Bethesda, Maryland en 1962. Las dos enzimas restantes, tirosina hidroxilasa y dopamina β-hidroxilasa , también se caracterizaron alrededor de 1960.
Incluso antes de contribuir a la vía de formación, Blaschko había descubierto un mecanismo de destrucción. Una enzima tiramina oxidasa descrita en 1928 también oxidaba dopamina, noradrenalina y adrenalina. Más tarde se denominó monoamino oxidasa . Esto pareció aclarar el destino de las catecolaminas en el cuerpo, pero en 1956 Blaschko sugirió que, debido a que la oxidación era lenta, “se descubrirá que otros mecanismos de inactivación ... juegan un papel importante. Aquí hay un vacío en nuestro conocimiento que queda por llenar ". En un año, Axelrod redujo la brecha al mostrar que la dopamina, la noradrenalina y la adrenalina estaban O-metiladas por la catecol-O-metil transferasa . Sin embargo, para llenar el vacío por completo, se tuvo que apreciar el papel de las membranas (ver más abajo).
Noradrenalina
Gracias a Holtz y Blaschko quedó claro que los animales sintetizan noradrenalina. Lo que faltaba para atribuirle un papel transmisor era la prueba de su presencia en los tejidos a concentraciones eficaces y no solo como intermediario de corta duración. El 16 de abril de 1945, Ulf von Euler del Karolinska Institutet en Estocolmo, que ya había descubierto o co-descubierto la sustancia P y las prostaglandinas , presentó a Nature el primero de una serie de artículos que daban esta prueba. Después de muchos bioensayos y ensayos químicos en extractos de órganos, llegó a la conclusión de que los tejidos inervados simpáticamente de mamíferos y, en pequeñas cantidades, el cerebro, pero no la placenta libre de nervios , contenían noradrenalina y que la noradrenalina era la simpatía de Cannon y Rosenblueth, el ″ transmisor fisiológico de la acción de los nervios adrenérgicos en mamíferos ″. El desbordamiento de noradrenalina en la sangre venosa del bazo del gato tras la estimulación del nervio simpático dos años más tarde confirmó la conclusión. En corazones de anfibios, por otro lado, se confirmó el papel transmisor de la adrenalina.
La guerra impidió que Peter Holtz y su grupo en Rostock fueran reconocidos junto a von Euler como los descubridores del segundo transmisor de catecolaminas, la noradrenalina. Su enfoque fue diferente. Buscaron catecolaminas en la orina humana y encontraron un material que aumenta la presión arterial, la urosimpatina, que identificaron como una mezcla de dopamina, noradrenalina y adrenalina. “En cuanto al origen de Urosimpatina, nos gustaría sugerir lo siguiente. La dopamina en la orina es la fracción que no se consumía para la síntesis de simpatina E y I . ... La simpatía E y la I , es decir, la noradrenalina y la adrenalina, se liberan en la región de las terminaciones nerviosas simpáticas cuando se excitan ”. El manuscrito fue recibido por Springer-Verlag en Leipzig el 8 de octubre de 1944. El 15 de octubre, la imprenta de Braunschweig fue destruida por un ataque aéreo. La publicación se retrasó hasta el volumen 204, 1947, de Naunyn-Schmiedebergs Archiv für Pharmakologie und Experimentelle Pathologie . Peter Holtz más tarde solía citar el artículo como ″ Holtz et al. 1944/47 ″ o ″ Holtz, Credner y Kroneberg 1944/47 ″.
Recordando su análisis de estructura-actividad y el de Barger de 1910, Dale escribió en 1953: “Sin duda debería haber visto que la nor-adrenalina podría ser el transmisor principal, que la teoría de Elliott podría ser correcta en principio y defectuosa solo en este detalle. … Es fácil, por supuesto, ser sabio a la luz de hechos recientemente descubiertos; al carecer de ellos, no logré saltar a la verdad, y difícilmente puedo reclamar el crédito por haberme arrastrado tan cerca y luego haberme detenido ".
El siguiente paso condujo al sistema nervioso central. Fue tomada por Marthe Vogt , una refugiada de Alemania que en ese momento trabajaba con John Henry Gaddum en el Instituto de Farmacología de la Universidad de Edimburgo . ″ La presencia de noradrenalina y adrenalina en el cerebro ha sido demostrada por von Euler (1946) y Holtz (1950). Sin duda alguna, se suponía que estas sustancias se producían en los nervios vasomotores cerebrales <= vasoconstrictor>. El presente trabajo se ocupa de la cuestión de si estas aminas simpaticomiméticas , además de su papel como transmisoras en las terminaciones vasomotoras, juegan un papel en la función del propio tejido nervioso central. En este artículo, estas aminas se denominarán simpatina , ya que se encontró que invariablemente se presentaban juntas, y la noradrenalina representaba el componente principal, como es característico del transmisor del sistema simpático periférico ". Vogt creó un mapa detallado de la noradrenalina en el cerebro del perro. Su distribución desigual, que no refleja la distribución de los nervios vasomotores, y su persistencia después de la extirpación de los ganglios cervicales superiores hizo que fuera ″ tentador asignar a la simpatia cerebral una función transmisora como la que asignamos a la simpatina que se encuentra en los ganglios simpáticos y sus fibras postganglionares. ″ Su asignación fue confirmada, el toque final fue la visualización de las vías de noradrenalina, adrenalina y (ver más abajo) dopamina en el sistema nervioso central por Annica Dahlström y Kjell Fuxe con el método de fluorescencia de formaldehído desarrollado por Nils-Åke Hillarp (1916-1965) y Bengt Falck (nacido en 1927) en Suecia y mediante técnicas de inmunoquímica .
Dopamina
Como la noradrenalina es un intermediario en el camino hacia la adrenalina, la dopamina está en el camino hacia la noradrenalina (y por lo tanto la adrenalina). En 1957, la investigadora Katharine Montagu identificó la dopamina en el cerebro humano . En 1958/59, Arvid Carlsson y su grupo en el Departamento de Farmacología de la Universidad de Lund , incluidos los estudiantes de medicina Åke Bertler y Evald Rosengren, no solo encontraron dopamina en el cerebro, sino también, como la noradrenalina en el estudio ejemplar de Marthe Vogt, en niveles desiguales. distribución, bastante diferente de la distribución de la noradrenalina. Esto defendía una función más allá de un intermedio. La concentración fue mayor en el cuerpo estriado , que contenía solo trazas de noradrenalina. El grupo de Carlsson había descubierto previamente que la reserpina , que se sabía que causaba un síndrome de parkinsonismo , agotaba la dopamina (así como la noradrenalina y la serotonina) del cerebro. Llegaron a la conclusión de que ″ la dopamina se ocupa de la función del cuerpo estriado y, por tanto, del control de la función motora ″. Así, por primera vez, el parkinsonismo inducido por reserpina en animales de laboratorio y, por implicación, la enfermedad de Parkinson en humanos se relacionó con el agotamiento de la dopamina estriatal. Un año después, Oleh Hornykiewicz , que había sido introducido a la dopamina por Blaschko y estaba llevando a cabo una reacción de color en extractos de cuerpo estriado humano en el Instituto Farmacológico de la Universidad de Viena , vio la deficiencia de dopamina cerebral en la enfermedad de Parkinson ″ con <his> A simple vista: en lugar del color rosado que dan las concentraciones comparativamente altas de dopamina en las muestras de control, los viales de reacción que contienen los extractos del cuerpo estriado de la enfermedad de Parkinson apenas mostraban un matiz de decoloración rosada ″.
En 1970, von Euler y Axelrod fueron dos de los tres ganadores del Premio Nobel de Fisiología o Medicina , "por sus descubrimientos sobre los transmisores humorales en las terminales nerviosas y el mecanismo para su almacenamiento, liberación e inactivación", y en 2000 Carlsson fue uno de los tres ganadores que obtuvieron el premio “por sus descubrimientos sobre la transducción de señales en el sistema nervioso”.
Paso de la membrana
Las membranas juegan un papel doble para las catecolaminas: las catecolaminas deben atravesar las membranas y entregar su mensaje químico a los receptores de la membrana .
Las catecolaminas se sintetizan dentro de las células y se secuestran en vesículas intracelulares. Esto fue demostrado por primera vez por Blaschko y Arnold Welch (1908-2003) en Oxford y por Hillarp y su grupo en Lund para la médula suprarrenal y más tarde para los nervios simpáticos y el cerebro. Además, las vesículas contenían trifosfato de adenosina (ATP), con una relación molar de noradrenalina: ATP en las vesículas del nervio simpático de 5,2: 1 según lo determinado por Hans-Joachim Schümann (1919-1998) y Horst Grobecker (nacido en 1934) en el grupo de Peter Holtz. en la Universidad Goethe de Frankfurt . Blaschko y Welch se preguntaron cómo salían las catecolaminas cuando los impulsos nerviosos llegaban a las células. La exocitosis no estaba entre las posibilidades que consideraron. Requería la analogía de la liberación ″ cuántica ″ de acetilcolina en la unión neuromuscular mostrada por Bernard Katz , tercer ganador del Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1970 ; la demostración de la liberación conjunta con catecolaminas de otros constituyentes de vesículas como ATP y dopamina β-hidroxilasa; y las incuestionables imágenes microscópicas de electrones de vesículas fusionándose con la membrana celular - para establecer exocitosis.
La acetilcolina, una vez liberada, se degrada en el espacio extracelular por la acetilcolinesterasa , que se enfrenta a ese espacio. En el caso de las catecolaminas, sin embargo, las enzimas de degradación monoamino oxidasa y catecol-O-metil transferasa, como las enzimas de síntesis, son intracelulares. Por tanto, no el metabolismo sino la captación a través de las membranas celulares es el medio principal de su eliminación del espacio extracelular. Los mecanismos se descifraron a partir de 1959. El grupo de Axelrod en Bethesda deseaba aclarar el destino in vivo de las catecolaminas utilizando catecolaminas marcadas radiactivamente de alta actividad específica , que acababan de estar disponibles. La 3 H-adrenalina y la 3 H-noradrenalina administradas por vía intravenosa a los gatos estaban parcialmente O-metiladas, pero otra parte se absorbió en los tejidos y se almacenó sin cambios. Erich Muscholl (nacido en 1926) en Mainz , que había trabajado con Marthe Vogt en Edimburgo, deseaba saber cómo la cocaína sensibilizaba los tejidos a las catecolaminas, un mecanismo de acción fundamental de la cocaína descubierto por Otto Loewi y Alfred Fröhlich en 1910 en Viena. La noradrenalina intravenosa se absorbió en el corazón y el bazo de las ratas, y la cocaína impidió la absorción, "aumentando así la cantidad de noradrenalina disponible para la combinación con los receptores adrenérgicos". La captación de 3 H-noradrenalina se vio gravemente afectada después de la simpatectomía , lo que indica que se produjo principalmente en las terminales nerviosas simpáticas. En apoyo de esto, Axelrod y Georg Hertting (nacido en 1925) demostraron que la 3 H-noradrenalina recién incorporada se volvía a liberar del bazo del gato cuando se estimulaban los nervios simpáticos. Unos años más tarde, Leslie Iversen (nacida en 1937) en Cambridge descubrió que otras células también absorbían catecolaminas. Llamó captación en neuronas noradrenérgicas, que eran sensibles a la cocaína, captación 1 y captación en otras células, que eran resistentes a la cocaína, captación 2 . Con la captación sensible a la reserpina desde el citoplasma hacia las vesículas de almacenamiento, había tres mecanismos de paso por la membrana de catecolaminas. El libro de Iversen de 1967 "La captación y almacenamiento de noradrenalina en los nervios simpáticos" tuvo éxito, mostrando la fascinación del campo y su rica farmacología.
Con el advenimiento de la genética molecular , los tres mecanismos de transporte se han rastreado hasta las proteínas y sus genes desde 1990. Ahora comprenden el transportador de noradrenalina de la membrana plasmática (NAT o NET), la captación clásica 1 y el transportador de dopamina análogo (DAT). ; el transportador de monoaminas extraneuronales de la membrana plasmática o el transportador de cationes orgánicos 3 (EMT o SLC22A3 ), captación 2 de Iversen ; y el transportador vesicular de monoaminas (VMAT) con dos isoformas. Los transportadores y enzimas intracelulares como la monoamino oxidasa que operan en serie constituyen lo que el farmacólogo Ullrich Trendelenburg de la Universidad de Würzburg llamó sistemas metabolizadores .
Receptores
La investigación sobre las catecolaminas se entrelazó con la investigación sobre sus receptores. En 1904, Dale se convirtió en director del Laboratorio de Investigación Fisiológica de Wellcome en Londres y comenzó a investigar los extractos de cornezuelo de centeno . La relevancia de su comunicación de 1906 ″ Sobre algunas acciones fisiológicas del cornezuelo de centeno ″ radica menos en los efectos de los extractos administrados solos que en su interacción con la adrenalina: invirtieron el efecto presor normal de la adrenalina a un efecto depresor y el efecto de contracción normal sobre útero de la gata preñada a la relajación: reversión de la adrenalina . Los efectos presores y de contracción uterina de los extractos de pituitaria, por el contrario, permanecieron sin cambios, al igual que los efectos de la adrenalina sobre el corazón y los efectos de la estimulación del nervio parasimpático . Dale vio claramente la especificidad del efecto ″ paralítico ″ ( antagonista ) del cornezuelo de centeno para ″ las llamadas uniones mioneurales conectadas con la verdadera división simpática o torácica - lumbar del sistema nervioso autónomo ″ - los adrenoceptores . También vio su especificidad para las ″ uniones mioneurales ″ que median la contracción del músculo liso en contraposición a las que median la relajación del músculo liso. Pero ahí se detuvo. No concibió ninguna relación estrecha entre el inhibidor del músculo liso y los sitios de acción cardíacos de las catecolaminas.
Los receptores de catecolaminas persistieron en este estado vacilante durante más de cuarenta años. Se encontraron agentes bloqueadores adicionales como la tolazolina en Suiza y la fenoxibenzamina en los Estados Unidos, pero al igual que los alcaloides del cornezuelo de centeno , bloquearon sólo los receptores excitadores del músculo liso. También se sintetizaron agonistas adicionales . Entre ellos se destacó la isoprenalina, N- isopropil- noradrenalina, de Boehringer Ingelheim , estudiada farmacológicamente junto con adrenalina y otros derivados de noradrenalina N-sustituidos por Richard Rössler (1897-1945) y Heribert Konzett (1912-2004) en Viena. Los farmacólogos vieneses utilizaron su propia prueba de Konzett-Rössler para examinar la broncodilatación. La inyección intravenosa de pilocarpina para inducir el broncoespasmo fue seguida de la inyección intravenosa de los agonistas. “La disposición de todas las aminas de acuerdo con su efecto broncodilatador produce una serie desde la más potente, isopropil-adrenalina, a través de los cuerpos aproximadamente equipotentes adrenalina, propil- adrenalina y butil- adrenalina, hasta la isobutil- adrenalina débilmente activa ”. La isoprenalina también ejerció efectos cronotrópicos e inotrópicos positivos marcados . Boehringer lo introdujo para su uso en el asma en 1940. Después de la guerra, estuvo disponible para los antiguos enemigos de Alemania y, a lo largo de los años, se comercializó con unos 50 nombres. Además de este éxito terapéutico, fue uno de los agonistas con los que Raymond P. Ahlquist resolvió el enigma de la ″ unión mioneural ″. "En virtud de esta propiedad, la reputación de la sustancia se extendió por todo el mundo y se convirtió en una herramienta para muchas investigaciones sobre diferentes aspectos de la farmacología y la terapéutica". La historia tenía un lado oscuro: la sobredosis causó numerosas muertes debido a efectos secundarios cardíacos, un estimado de tres mil solo en el Reino Unido.
Ahlquist era director del Departamento de Farmacología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Georgia , ahora Georgia Regents University . En 1948 vio lo que se le había escapado a Dale en 1906. “Se ha considerado que los receptores adrenotrópicos pertenecen a dos clases, aquellos cuya acción resulta en excitación y aquellos cuya acción resulta en inhibición de las células efectoras. Los experimentos descritos en este artículo indican que, aunque hay dos tipos de receptores adrenotrópicos, no pueden clasificarse simplemente como excitadores o inhibidores, ya que cada tipo de receptor puede tener una u otra acción dependiendo de dónde se encuentre ". Ahlquist eligió seis agonistas, que incluían adrenalina, noradrenalina, α-metilnoradrenalina e isoprenalina, y examinó sus efectos en varios órganos. Descubrió que las seis sustancias poseían dos, y sólo dos, órdenes de potencia en estos órganos. Por ejemplo, el orden de potencia era ″ adrenalina> noradrenalina> α-metilnoradrenalina> isoprenalina ″ para promover la contracción de los vasos sanguíneos, pero ″ isoprenalina> adrenalina> α-metilnoradrenalina> noradrenalina ″ para estimular el corazón. El receptor con el primer orden de rango (por ejemplo, para la contracción de los vasos sanguíneos) lo llamó receptor adrenotrópico alfa (ahora receptor adrenotrópico α o receptor adrenérgico α ), mientras que el receptor con el segundo orden de rango (por ejemplo, para la estimulación del corazón, pero también para la broncodilatación) lo llamó receptor beta adrenotrópico (ahora receptor beta adrenérgico o receptor beta adrenérgico ). ″ Este concepto de dos tipos fundamentales de receptores se opone directamente al concepto de dos sustancias mediadoras ( simpatina E y simpatina I ) propuesto por Cannon y Rosenblueth y que ahora se cita ampliamente como 'ley' de la fisiología. ... Sólo hay una neurohormona adrenérgica, o simpatina , y esa simpatina es idéntica a la epinefrina ".
La neblina que rodeaba a los receptores desapareció. Sin embargo, tal vez porque Ahlquist rechazó a Cannon y Rosenblueth con bastante dureza, su manuscrito fue rechazado por el Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics y solo en una segunda presentación fue aceptado por el American Journal of Physiology.
En retrospectiva, aunque Ahlquist tenía razón en su postulado de ″ un transmisor - dos receptores ″, se equivocó en la identificación del transmisor con la adrenalina. Hay una calificación adicional. Para muchas respuestas a la estimulación del nervio simpático, el ATP co-almacenado con noradrenalina (ver arriba) es un cotransmisor . Actúa a través de purinoceptores . Por último, Ahlquist no pudo aducir la selectividad de todos los antagonistas conocidos en su momento para el adrenorreceptor α como argumento adicional.
Inicialmente, la terminología α, β tardó en difundirse. Esto cambió con dos publicaciones en 1958. En la primera, de Lilly Research Laboratories , la dicloroisoprenalina bloqueó selectivamente algunos efectos inhibidores del músculo liso de la adrenalina y la isoprenalina; en el segundo, bloqueó también los efectos excitadores cardíacos de la adrenalina y la isoprenalina. En el primero, que no menciona a Ahlquist, la dicloroisoprenalina bloqueaba "ciertos sitios receptores inhibidores adrenérgicos"; pero en el segundo, los resultados apoyan el postulado de Ahlquist (1948) de que los receptores inhibidores adrenotrópicos y los receptores adrenérgicos cronotrópicos e inotrópicos cardíacos son funcionalmente idénticos, es decir, que ambos son receptores de tipo beta. ... Se sugiere que esta terminología se extienda al ámbito de los fármacos bloqueadores adrenérgicos, por ejemplo, que los fármacos bloqueadores se designen de acuerdo con el receptor por el que tienen la mayor afinidad, ya sea como bloqueantes alfa o beta adrenérgicos ".
La dicloroisoprenalina fue el primer bloqueador beta ; conserva alguna actividad intrínseca . Pronethalol siguió en 1962 y propranolol en 1964, ambos inventados por James Black y sus colegas en Imperial Chemical Industries Pharmaceuticals en Inglaterra. En 1967, los β-adrenoceptores se subdividieron en β 1 y β 2 , y a finales de la década de 1970 se empezó a sospechar un tercer tipo β, sobre todo en los adipocitos.
Después de premoniciones, por ejemplo, en el trabajo del farmacólogo portugués Serafim Guimarães , la subclasificación de los receptores adrenérgicos α llegó en 1971 con el descubrimiento de la autorregulación de la liberación de noradrenalina a través de los receptores adrenérgicos α en las terminales sinápticas noradrenérgicas , los autorreceptores α presinápticos . Su existencia fue inicialmente combatida, pero ahora está establecida, por ejemplo, mediante la demostración de su ARN mensajero en neuronas noradrenérgicas. Se diferenciaron de los receptores α en las células efectoras y en 1974 se convirtieron en los receptores α 2 prototipo , y los receptores mediadores de la contracción del músculo liso conocidos desde hace mucho tiempo se convirtieron en α 1 .
Incluso antes de que la dopamina fuera identificada como el tercer transmisor de catecolaminas, Blaschko sospechaba que podría poseer receptores propios, ya que Peter Holtz y su grupo en 1942 habían descubierto que pequeñas dosis de dopamina reducían la presión arterial de conejos y cobayas, mientras que la adrenalina siempre aumentaba. la presión arterial. Holtz se equivocó en su interpretación, pero Blaschko no tenía "ninguna duda de que sus observaciones son de la mayor importancia histórica, como el primer indicio de una acción de la dopamina que se diferencia de manera característica y específica de las de las otras dos catecolaminas". Una nueva investigación del efecto reductor de la presión arterial en perros en 1964 propuso ″ receptores de dopamina específicos para la dilatación ″ y, al mismo tiempo, evidencia de receptores de dopamina distintos de los adrenorreceptores α y β acumulados a partir de otros enfoques experimentales.
En 1986, un grupo de dieciséis científicos, entre ellos Robert Lefkowitz y Brian Kobilka, de la Universidad de Duke en Durham , Carolina del Norte , clonó el primer gen que codifica un receptor de catecolaminas, el adrenoceptor β 2 del pulmón de hámster . Se han clonado genes para todos los receptores de catecolaminas de mamíferos, para los nueve receptores adrenérgicos α 1A , α 1B , α 1D , α 2A , α 2B , α 2C , β 1 , β 2 y β 3 y los cinco receptores de dopamina D 1 , D 2 , D 3 , D 4 y D 5 . Su estructura fina, sin agonistas ni activados por agonistas, está siendo estudiada a alta resolución.
Earl Wilbur Sutherland ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1971 ″ por sus descubrimientos sobre los mecanismos de acción de las hormonas ″, en particular el descubrimiento del monofosfato de adenosina cíclico como segundo mensajero en la acción de las catecolaminas en los adrenorreceptores β y del glucagón en receptores de glucagón , que condujeron al descubrimiento de proteínas G heterotriméricas . En 1988 James Negro era uno de los tres ganadores del Premio Nobel de Medicina y Fisiología "por sus descubrimientos de principios importantes para el tratamiento de drogas", "principios importantes" de negro es el bloqueo de beta-adrenérgicos y de histamina H 2 receptores . En 2012, Robert Lefkowitz y Brian Kobilka compartieron el Premio Nobel de Química ″ por estudios de receptores acoplados a proteína G ″.
Referencias
Otras lecturas
- Paul Trendelenburg: Adrenalin und adrenalinverwandte Substanzen . En: Arthur Heffter (Ed.): Handbuch der experimentantellen Pharmakologie volumen 2 parte 2. Berlín, Julius Springer 1924, p. 1130-1293.
- H. Blaschko: Catecholamines 1922-1971 . En: H. Blaschko und E. Muscholl (Ed.): Catcholamines. Handbuch der experimentantellen Pharmakologie volumen 33. Berlín, Springer-Verlag, 1972, págs. 1-15. ISBN 0-387-05517-7 .
- Herman Blaschko (1987). "Medio siglo de investigación sobre la biosíntesis de catecolaminas". Revista de cardiología aplicada : 171–183.
- Zénon M. Bacq: Transmisión química de impulsos nerviosos . En: MJ Parnham, J. Bruinvels (Eds.): Descubrimientos en farmacología. Volumen 1: Psicofarmacología y neurofarmacología , Amsterdam, Elsevier, 1983, págs. 49-103. ISBN 0-444-80493-5 .
- MR Bennett (1999). "Cien años de adrenalina: el descubrimiento de los autorreceptores". Investigación Clínica Autonómica . 9 (3): 145-149. doi : 10.1007 / BF02281628 . PMID 10454061 . S2CID 20999106 .
- Josef Donnerer, Fred Lembeck: Adrenalina, noradrenalina y dopamina: las catecolaminas. En: Los lenguajes químicos del sistema nervioso. Basilea, Karger, 2006, pág. 150–160.