TEMA 14.- ORGANOCLORADOS Y RECEPTORES DE HIDROCARBUROS
AROMÁTICOS
Las policlorodibenzo-p-dioxinas (PCDDs) son una familia de 75 compuestos aromáticos
clorados similares conocidos como contaminantes ambientales por el elevado poder tóxico
de algunos de sus miembros, la amplia variedad de sus respuestas tóxicas y la ubicua
presencia en el ambiente.
Todos ellos parecen tener un mecanismo de acción común. El más tóxico es el 2,3,7,8TCDD. La eliminación de algunos de los sustituyentes o el cambio de un lugar a otro (1,4,6
o 9) disminuye la toxicidad. Compuestos relacionados son los PCDFs y PCBs.
2,3,7,8-Tetraclorodibenzo-p-dioxina
2,3,7,8-Tetraclorodibenzofurano
3,3',4,4',5,5'-Hexaclorobifenilo
EFECTOS TOXICOS Y BIOLOGICOS
La toxicidad del 2,3,7,8-TCDD está asociada al propio compuesto más que a sus
metabolitos, ya que prácticamente no sufre bioactivación. El metabolismo y excreción de
los PCDDs representan la detoxificación, y la velocidad de estos procesos es importante en
la determinación de su poder tóxico. Así, la toxicidad de un congenere de dioxina depende
al menos de tres factores: su propio potencial, su velocidad de eliminación y la presencia y
cantidad de otros agonistas o antagonistas.
Los PCDDs y compuestos relacionados presentan un amplio espectro de toxicidad y
respuestas bioquímicas. El efecto más comúnmente observado en humanos es el cloracné,
aunque se han asociado niveles en suero de 2,3,7,8-TCDD y/o PCBs con:
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TOXICIDAD ESPECÍFICA DE TEJIDO
Y
EFECTOS BIOLÓGICOS
PRODUCIDOS POR TCDD
Inmunotoxicidad
Toxicidad dermal
Promotor de tumores
Hepatotoxicidad
Teratogenicidad
Anomalías reproductivas y del desarrollo
Alteración de rutas metabólicas (diabetes)
Inducción de la expresión de genes:
Cytocromo P450 (1A1/2; 1B1)
Glutation S-transferasa Ya
Quinona reductasa
UDP glucuronil transferasa
Aldehido deshidrogenasa 3
Disrupción endocrina
Los cambios inmunológicos por acción de los PCBs se deben a la liberación de
calcio intracelular, activación de tirosina quinasas y liberación de ácido araquidónico de la
membrana, tres rutas importantes en la activación de neutrófilos.
La toxicidad hepática del TCDD está marcadamente potenciada por la presencia de
hierro, probablemente por un mecanismo oxidativo. Este aumento de la toxicidad de TCDD
por hierro muestra diferencias entre especies de ratones, que son probablemente de origen
poligénico.
Los PCBs presentan una afinidad por los receptores estrogénicos entre 100 y 10000
veces inferior a los estrógenos naturales (17-estradiol, estrona y estriol), siendo su
concentración en sangre similar (0,03-0,5 ng/mL). Sin embargo, el menor porcentaje de
unión a proteínas (mayor concentración en la forma activa), y la mayor permeabilidad a
través de las membranas de éstos contaminantes daría origen a la consiguiente acción
farmacológica y sus efectos sobre la salud humana. La ausencia de parte de estos efectos y
la elevada dispersidad en los datos con dioxinas y PCBs se explica por las limitaciones en
los estudios (basados en hallazgos epidemiológicos) y la presencia simultánea de otros
contaminantes (plaguicidas, por ej.) ó mezcla de congéneres, ya que el término “sustancias
semejantes a dioxinas” incluyen también los PCDFs, PCBs coplanares y sus análogos
bromados. Entre ratones la variación se debe a diferencias en la afinidad de sus proteínas
receptoras de Ah para PCDDs y en las ratas a diferencias en el metabolismo. El 2,3,7,8PCDD es un potente inductor y modulador enzimático, induciendo la citocromo P-450
(1A1 y 1A2).
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El mecanismo de acción de los PCDDs actualmente reconocido se muestra a
continuación.
EL RECEPTOR Ah
Experimentos realizados con TCDD demostraron que la exposición al mismo
producía una potencia tóxica inusual, sugiriendo la posible existencia de un receptor para
dioxina. Esta proteína (el receptor) se encontró en la fracción soluble del citosol de células
de hígado de ratón y tenía las características propias de un receptor: unión a dioxinas
saturable (aprox. 105 sitios de unión por célula), reversible y de alta afinidad (en el
rango nanomolar). El ligando de mayor afinidad era planar y contenía átomos de cloro en al
menos 3 de las 4 posiciones; de esta forma la unión al ligando exhibía
estereoespecificidad. A esta proteína se la llamó receptor de hidrocarburos aromáticos
(AhR) porque también une y media los efectos tóxicos de otros hidrocarburos aromáticos
(PCBs e hidrocarburos aromáticos policíclicos). La unión de estos compuestos al AhR
activa una serie de genes, incluyendo los del Cyt P450 CYP1A1, CYP1A2 y CYP1B1.
Hasta el momento, no se ha encontrado ningún ligando endógeno para este receptor aunque
hay evidencias de que existen.
El clonaje y secuenciación del gen del AhR ha demostrado que es un miembro de la
superfamilia de factores de transcripción con secuencias básicas hélice-bucle-hélice
(bHLH), que se activan por la unión a ligandos y tienen gran variedad de funciones en
procesos de crecimiento y diferenciación de tejidos. Esta familia alberga también los
reguladores de la transcripción Per (Period, proteína del ritmo circadiano de Drosophila),
ARNT (translocador nuclear del receptor Ah) y Sim (Single minded, proteína reguladora
que participa en el desarrollo del SNC de Drosophila). Esta superfamilia de factores de
transcripción se llama normalmente bHLH/PAS (Per, Arnt, Sim). Otro miembro de la
superfamilia de factores de transcripción es la proteína que media la activación de genes
por anoxia, llamado Hif1. Tanto el AhR como Hif1 y Sim requieren la dimerización con
ARNT para la activación de genes
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El dominio bHLH está situado hacia el extremo N-terminal del gen del AhR. La
región básica es necesaria para la unión a secuencias específicas del DNA llamadas
elementos de respuesta a dioxinas (DREs) que facilitan el acceso al promotor y aumentan
la velocidad de transcripción de mRNA para CYP1A1 y otras proteínas. El dominio HLH
es necesario para la dimerización con otras proteínas.
En ausencia del ligando, el receptor Ah se encuentra en el citosol como un complejo
oligomérico, unido a dos moléculas de hsp90 (proteína de choque térmico) y posiblemente
a otras proteínas como AIP, c-Src (60 kD), además de contener la subunidad de unión al
ligando (ALBS). La asociación con hsp90 se piensa que es necesaria para mantener el
plegamiento adecuado del AhR para su unión al ligando y también se cree que limita el
paso del AhR al núcleo por bloqueo de una secuencia de localización nuclear en el extremo
N-terminal.
El AhR se expresa en la mayoría de los órganos y células del organismo. Aunque
los datos existentes sugieren que los tejidos humanos son menos sensibles a los efectos
tóxicos del TCDD que los de rata o ratón, parece ser que el AhR en humanos puede existir
en más de una forma, lo que apoyaría las diferencias encontradas.
MECANISMO DE ACCIÓN A TRAVES DEL RECEPTOR Ah
El ligando (por ejemplo el TCDD), debido a su estructura lipofílica, entra en la
célula por difusión pasiva a través de la membrana celular, y se une en el citosol al
receptor Ah. La afinidad en la unión depende de las características del receptor, del
huesped y de las propiedades del ligando. En ratones, por ejemplo, se puede saber si una
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especie es resistente o sensible al TCDD mediante las diferencias en la afinidad del receptor
Ah por el TCDD.
La unión del ligando implica la disociación del oligómero, desplazándose las
moléculas de hsp90, tras lo cual se pueden seguir dos rutas tóxicas:
1.- Aumento rápido de la actividad tirosinquinasa. Esta actividad está mediada por
el receptor Ah y no se debe a la acción directa de las TCDD sobre las proteinquinasas.
2.- Translocación del complejo ligando-receptor al núcleo donde forma un
heterodímero con ARNT. Esta dimerización es necesaria para su unión, corriente arriba, a
elementos del DNA de genes diana (DRE). Este complejo L-AhR-ARNT se une entonces a
DREs (regiones de DNA con una secuencia específica de reconocimiento GCCTG-3’ en la
región lateral 5’ de genes de respuesta) y media el aumento en la velocidad de transcripción
de genes específicos. La activación de la transcripción por este complejo está mediada por
co-activadores (CBP/p300, media la unión entre el complejo AhR-ARNT y factores
asociados a la caja TATA), que atraen a la RNA polimerasa II. Para la asociación del
complejo con DREs, parece ser que se requiere la fosforilación, ya que in vitro, la
desfosforilación de extractos nucleares de células tratadas con TCDD elimina dicha
capacidad de asociación.
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Las diferentes respuestas de especies y tejidos se cree que se deben a la diferente
activación de la expresión de genes, lo que lleva a la transcripción de diferentes mRNAs y
subsiguiente síntesis de proteínas. Sin embargo el único camino realmente establecido es la
característica inducción de las isoenzimas del citocromo P-450 CYP 1A1 y 1A2.
Descubrimientos de 1996 indican que las dioxinas afectan también a la expresión
del virus de la inmunodeficiencia humano (HIV-1), con activación de un factor de
transcripción celular, NF-kappa B.
Varios compuestos relacionados con las dioxinas han mostrado ser aditivos,
sinérgicos o antagónicos con respuestas tóxicas y bioquímicas. El sinergismo o
antagonismo de mezclas de congéneres de desigual potencia, podría depender del grado de
ocupación del receptor Ah.
OTROS LIGANDOS DEL RECEPTOR Ah: Toxinas naturales
Las toxinas naturales pueden tener los mismos mecanismos de toxicidad que las
sintéticas como las dioxinas. Así, sustancias como los PAH (hidrocarburos aromáticos
policíclicos) (por ejemplo de un filete cocinado), tienen una elevada afinidad por el receptor
Ah pero son incapaces de producir el espectro de efectos tóxicos observados tras la
exposición a PCDDs debido a que son metabolizados más rápidamente. Los productos de la
oxidación del triptofano, también se unen al receptor Ah y han demostrado tener
propiedades similares a TCDD. Una variedad de flavonas y de otras sustancias de las
plantas en la dieta contienen una sustancia química, la glucobrassicina (un glucosinolato),
cuyos productos de ruptura (mayoritariamente carbinol indol) se unen al receptor Ah
aunque no está claro su efecto. Pueden inducir las enzimas de defensa bajo control del
receptor, causando posiblemente mutagénesis de la misma forma que la TCDD, o pueden
tener un efecto protector regulando el metabolismo de estrógenos, o con actividad
anticancerígena o antioxidante. La glucobrasicina está presente en grandes cantidades en
vegetales del género brassica, incluyendo la col y el brócoli (cerca de 25 mg por cada 100g)
o las coles de Bruselas (125 mg por 100g).
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EL RECEPTOR Ah

Dinámica de proteínas

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