el adenosín trifosfato y sus receptores

REVISIÓN EN NEUROCIENCIA
De la energética a la neurotransmisión:
el adenosín trifosfato y sus receptores
F. Galindo, A. Flores
FROM ENERGETICS TO NEUROTRANSMISSION: ADENOSINE TRIPHOSPHATE AND ITS RECEPTORS
Summary. Introduction and aims. Adenosine triphosphate (ATP) is a substance that has stood out for being an energy donor,
but today we know that it also has other functions. By activating a large variety of receptors that are widely distributed
throughout the nervous system, ATP plays a role in neurotransmission, neuromodulation, apoptosis, cell proliferation and
differentiation, pain, and so forth. Aims. The aim of this study is to carry out a review of ATP receptors, their contribution to
the correct functioning of neuronal circuits, and their involvement in the development of certain diseases. Development. The
issue is approached from different perspectives, such as the structure of ATP, its metabolism through ecto-ATPases and their
main metabolite, adenosine, in addition to a detailed description of each of the purinergic receptors whose existence has been
internationally accepted. We also examine how ATP and its receptors are involved in the structures of the nervous system, and
more especially those that correspond to the sensory systems. Conclusions. The fact that purinoceptors are so widely
distributed makes them worthy of a detailed examination. This new family of receptors promises to be a new diagnostic and
therapeutic tool that enables us to approach certain aspects of the neurosciences from a new angle, by taking into account a
new protagonist, ATP, in the generation of events that upset health. [REV NEUROL 2006; 43: 667-77]
Key words. Adenosine. ATP. Ecto-ATPases. Neurodevelopment. Neuromodulation. Pain. Purinergic receptors. Sensory systems.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
DEL ADENOSÍN TRIFOSFATO
Los seres vivos requieren de la continua utilización de energía
para tres principales propósitos: la realización de trabajo mecánico en la contracción muscular u otros movimientos celulares,
el transporte activo de iones y moléculas, y la síntesis de macromoléculas y otras biomoléculas a partir de precursores más simples. El principal donador de energía en la mayoría de los procesos que la requieren es el adenosín trifosfato (ATP) [1].
El ATP es un nucleótido constituido por una adenina, una
ribosa y una unidad trifosfato (Fig. 1). Constituye una molécula
rica en energía debido a que su unidad trifosfato contiene dos
enlaces fosfoanhídrido. Una gran cantidad de energía se libera
cuando el ATP se hidroliza a adenosín difosfato (ADP) y ortofosfato (Pi) o cuando se hidroliza a adenosín monofosfato
(AMP) y pirofosfato (PPi).
El ATP es el principal donador inmediato de energía en los
sistemas biológicos. En una célula típica, la molécula de ATP se
consume dentro del primer minuto que sigue a su formación,
por lo que el movimiento, el transporte activo, la amplificación
de señales y los procesos de biosíntesis pueden ocurrir sólo si el
ATP se regenera continuamente [1].
Junto al papel clásico que el ATP desempeña en el metabolismo celular –donde actúa como un cofactor enzimático y
como una fuente de energía a través de su enlace fosfato [1]–,
también funciona como un mensajero extracelular mediante la
activación de una familia de receptores de superficie celular
conocidos como P2 [2].
Aceptado tras revisión externa: 21.06.06.
Laboratorio de Neurobiología. Instituto de Fisiología. Universidad Autónoma de Puebla. Puebla, México.
Correspondencia: Dra. Amira Flores Urbina. Laboratorio de Neurobiología. Instituto de Fisiología. Universidad Autónoma de Puebla. Avda. 14 sur,
6301 Col. San Manuel. Apdo. Postal 406. 72001 Puebla, México. Fax:
(52222) 2 29 55 00 (ext. 7323). E-mail: [email protected]
© 2006, REVISTA DE NEUROLOGÍA
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
El uridín trifosfato (UTP), un nucleótido pirimídico, al igual
que los nucleótidos ADP y uridín difosfato (UDP), puede
modular la función celular mediante la activación de los receptores P2. Por ello, el ATP y otros compuestos púricos y pirimídicos desempeñan un importante rol en diversas funciones celulares, como la neurotransmisión excitatoria, la función pulmonar, la nocicepción, la audición, la apoptosis y la agregación
plaquetaria [3-6].
Metabolismo
Existen diferentes tipos de enzimas localizados en la superficie
celular con la capacidad de hidrolizar los nucleótidos extracelulares (Fig. 2). Estas enzimas incluyen las ectoalcalino fosfatasas, capaces de liberar fosfatos inorgánicos de una variedad de
componentes orgánicos (degradación de nucleótidos 5’-tri, di y
monofosfato y ecto-5’-nucleotidasa, que cataliza la hidrólisis de
nucleótidos 5’-monofosfatos a un nucleósido). La actividad
ATPasa también se ha hallado en asociación con moléculas de
adhesión celular. En general, estas enzimas pueden agruparse
en dos familias: E-NTPasa y PDNP [8]. La primera familia también se conoce como ectoapirasa, NTPasa o E-ATPasa (Tabla I),
y la segunda, como ectofosfodiesterasa/pirofosfatasa, PC-1 o
fosfodiesterasa/nucleótido pirofosfatasa (PDNP). Sin embargo,
no todos los miembros de la familia E-NTPasa son ectoenzimas. Existen formas solubles que pueden ser liberadas por las
células [9] y se conocen como exoenzimas [8].
Las fosfodiesterasas pertenecientes a la familia PDNP son
diferentes de las fosfodiesterasas intracelulares y tienen la capacidad de hidrolizar enlaces fosfodiéster y enlaces pirofosfato de
nucleótidos y ácidos nucleicos. Se ha sugerido, incluso, que
estas enzimas tienen la capacidad de hidrolizar diadenosín polifosfatos [8].
Estudios bioquímicos indican que las enzimas encargadas
de hidrolizar el ATP extracelular a adenosina se encuentran muy
cercanas unas de otras, lo que permite una rápida ruptura del
ATP extracelular. Sus principales características son la activación por Ca2+ y Mg2+, la hidrólisis no específica de diferentes
667
F. GALINDO, ET AL
nucleótidos tri o difosfatos, y su nula sensibilidad a los inhibidores de ATPasas intracelulares. La ecto-ATPasa, como la que se aprecia
en la figura 3, es una glicoproteína con dos
dominios transmembrana y un gran dominio
extracelular, el cual incluye todos los carbohidratos y el sitio o sitios activos; posee también un pequeño dominio intracelular que
corresponde al carboxilo terminal de aproximadamente 10 aminoácidos de tamaño [9].
Las ectonucleotidasas desempeñan dos papeles principales en la transmisión sináptica:
– Inactivan a los nucleótidos liberados y, así,
limitan su actividad de manera temporal y
espacial.
– Tienen la capacidad de producir nucleósidos, como es el caso de la adenosina [10].
Adenosina
En condiciones fisiológicas, la adenosina se
forma intra y extracelularmente de manera
constante. La adenosina generada intracelularmente es transportada al espacio extracelular por difusión facilitada. En algunos tejidos se encuentran proteínas transportadoras
que son capaces de mantener altas concentraciones de adenosina en contra de un gradiente de concentración. Estas proteínas de transporte se han clonado y se conocen como ENT1,
ENT2, CNT1 y CNT2 [11].
La desfosforilación de AMP extracelular
a adenosina, mediada por ecto-5’-nucleotidasas (Fig. 2), es el último paso en la cadena
enzimática que cataliza la rotura de nucleótidos como el ATP a adenosina. Estas enzimas
son esenciales para la producción de adenosina a partir del ATP liberado en condiciones
fisiológicas [12]. La vía catalítica completa
se lleva a cabo en unos cientos de milisegundos y el paso limitador de esta vía parece ser
la desfosforilación de AMP a adenosina por
la ecto-5’-nucleotidasa [13]. En los últimos
años se ha observado la presencia de una 5’nucleotidasa soluble de estructura desconocida que se libera junto con el ATP por la estimulación de terminales nerviosas simpáticas,
y que participa en la hidrólisis extracelular
del ATP a adenosina [8].
Cuando los niveles de adenosina en el
espacio extracelular son altos, es transportada dentro de células por medio de transportadores (Fig. 3) y es fosforilada a AMP por
la adenosincinasa o degradada a inosina por la
adenosindesaminasa [14].
ATP
En 1972, Burnstock propuso que el ATP era
una sustancia liberada de nervios no adrenérgicos y no colinérgicos, ya que la respuesta a
la administración de ATP en el músculo liso
mimetiza la respuesta de la estimulación ner-
668
Adenina
Fosfatos
Ribosa
Figura 1. La molécula de ATP se encuentra conformada por una base púrica (adenina), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfatos en cuyos enlaces se almacena una gran cantidad de energía,
la cual se libera al romperse los enlaces y es empleada por la célula en diferentes procesos.
Figura 2. Diferentes vías que el ATP extracelular puede seguir y mecanismo enzimático que
participa en su metabolismo. El ATP activa a los receptores P2X y P2Y localizados en la membrana celular y es hidrolizado a adenosina (Aden) por diferentes ectoenzimas. La adenosina
actúa sobre receptores P1 o bien es llevada intracelularmente a través de un transportador de
nucleósidos (NT); ya en el interior de la célula, la adenosina puede ser fosforilada por una adenosincinasa (AK) y formar ATP, o bien degradada a hipoxantina (HX) a través de la adenosindesaminasa (ADA).
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
RECEPTORES DE ATP
ción al proponer que existía una familia de receptores capaz de responder a estos compuestos; en general, un receptor se nombra con base
en su ligando natural, por lo que los receptores
para los nucleótidos purínicos y nucleósidos se
conocen como purinoceptores [11]. Sin embargo, debido a que también pueden responder a
pirimidas, se considera más correcto llamarlos
receptores P1 y P2 [21].
Receptores P1
Este receptor tiene la capacidad de responder
principalmente a la adenosina. Los subtipos de
este receptor se designan como A1, A2 y A3, y
éstos pueden a su vez se subdividen, como en
el caso del receptor A2 en A2A y A2B. Estos
datos concuerdan con lo recomendado por el
comité para la nomenclatura de receptores y
clasificación de fármacos de la Unión Internacional de Farmacología (IUPHAR), pero conforme avancen las investigaciones, nuevos subtipos de receptores podrán agregarse a esta clasificación.
Figura 3. Modelo de ecto-ATPasa muscular de pollo. El número y posición de los puentes
Todos los receptores a adenosina presentan
disulfuro se desconoce, pero se sabe de su presencia debido a la estabilidad y resistencia de
una estructura general que los podría colocar
este enzima a la proteólisis. El sitio activo de la ATPasa se cree que se encuentra en la mitad
que corresponde al N-terminal por su homología a otros enzimas que hidrolizan ATP.
dentro de la familia de los receptores a la rodopsina, que a su vez pertenece a la superfaTabla I. Diferentes enzimas que participan en el metabolismo del ATP exmilia de los receptores acoplados a proteínas G. El receptor A2
tracelular y sustancias a las que dan origen.
se ha definido en función de su capacidad de interactuar con la
proteína G estimuladora (Gs). El receptor A1 se ha demostrado
Ecto-ATPasa
ATP → ADP + Pi
que se acopla con proteínas G inhibitorias, como Gi-1, Gi-2, y
Ecto-ADPasa
ADP → AMP + Pi
G0 [22].
El receptor A3 también se encuentra acoplado a una proteína
Ecto-ATPasa-difosfohidrolasa (apirasa)
ATP → AMP + 2Pi
Gi [23]. Hasta hace algunos años se consideraba el efecto antaEctoadenilatocinasa (miocinasa)
ATP + AMP → 2ADP
gónico de las metilxantinas sobre estos receptores, pero ahora
este criterio no puede tomarse como una señal universal de que
Ecto-5'-nucleotidasa
AMP → Adenosina + Pi
participa el receptor a adenosina. Actualmente, el bloqueo por
Ectoalcalinofosfatasa
ATP → ADP → AMP →
metilxantinas de una respuesta determinada es altamente sugeAdenosina + 3Pi
rente de la participación de los receptores para adenosina, aunque la falta de inhibición no puede tomarse como concluyente
de que estos receptores no se encuentren participando [24].
viosa [15]. El primer sitio en donde se localizaron los cuerpos
celulares de las neuronas purinérgicas fue en la pared intestinal, Receptores P2
en particular en el plexo de Auerbach [15]. Se demostró la libe- Las primeras observaciones de los efectos fisiológicos del ATP
ración conjunta de ATP y de catecolaminas en glándulas supra- y de sus análogos las proporcionaron Burnstock et al en 1985
rrenales [16] y, años más tarde, en nervios simpáticos [17].
[25]. Tras analizar varios sistemas, lograron discriminar dos claSilinsky et al concluyeron que el ATP se liberaba junto con la ses principales de receptores P2, los receptores P2X y P2Y.
acetilcolina (ACh) de los nervios frénicos de la rata [18]. En 1974,
Existe evidencia de que los receptores P2X representan una
Dowdall et al comunicaron la presencia de vesículas que coal- familia de canales iónicos activados por ligando, con permeabimacenaban ATP y ACh en una terminal de tipo colinérgico [19]. lidad a Na+, K+ y Ca2+ [26]. Los P2Y son receptores acoplados
Existe cierto desconocimiento en cuanto a la cantidad exac- a proteínas G, a menudo relacionados con la activación de fosta de neurotransmisor dentro de una vesícula o en un quantum folipasa C y, por ende, a la formación de inositol 1,4,5-trifosfaliberado; lo que sí está claro es que los nucleótidos se almace- to (IP3) [27], aunque se han propuesto otros mecanismos adicionales como la generación de AMP cíclico y la movilización de
nan en un rango milimolar [20].
ácido araquidónico [2].
RECEPTORES PURINÉRGICOS
La clasificación de los receptores debe realizarse basándose en
información farmacológica y estructural, pero no siempre se
encuentran disponibles ambas partes y estos receptores no son
la excepción. En 1978, Burnstock hizo una importante contribu-
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
Receptores P2X
Los receptores P2X pertenecen a una familia de al menos siete
proteínas (P2X1-P2X7), se localizan a lo largo de todo el organismo y se expresan de manera abundante en el sistema nervioso [28-30].
669
F. GALINDO, ET AL
El rango de identidad entre las subunidades (P2X1-P2X7) se encuentra entre el 26 y el
47%, con una longitud que oscila entre los
379 y los 595 aminoácidos, siendo el P2X6 el
más pequeño, y el P2X7 el de mayor tamaño.
Estas subunidades presentan dos dominios
transmembrana de suficiente longitud como
para cruzar la membrana celular, colocando
la mayor parte de la proteína del lado extracelular [28,31], la cual forma un asa de aproximadamente 270 residuos, con el grupo amino
y carboxiloterminal en el lado citoplasmático
(Fig. 4). La presencia de varios residuos de
cisteína en esta asa forma puentes disulfuro,
los cuales pueden ser importantes al estabilizar el sitio de unión a los ligandos, una situación parecida a lo que sucede con los receptores nicotínicos en la denominada ‘asa CysCys’ [30-32].
Como otros canales iónicos, los receptores P2X son proteínas oligoméricas compuestas de más de una subunidad por receptor, pero el número de subunidades por receptor aún
no está del todo claro. Las evidencias a favor
de un trímero como unidad mínima para los
Figura 4. Modelo propuesto para una subunidad del receptor P2X. Los dos dominios transreceptores P2X se apoya en estudios electro- membrana (M1 y M2) se encuentran unidos por una asa extracelular muy larga y los grupos
fisiológicos [33], aunque existe la posibilidad amino y carboxilo terminal se localizan en la parte intracelular.
de que algunos receptores puedan estar intebilidad al calcio es mucho menor a la que presenta el recepgrados por más subunidades, en particular el receptor P2X2
[34]. Todos los receptores P2X presentan un canal con casi igual
tor P2X1 [40].
permeabilidad a Na+ y K+, pero mayor para el Ca2+ [35]. La per– P2X2/6. Se encontró que los receptores P2X2 y P2X6 comeabilidad de Ca2+ a través de estos receptores es, probableinmunoprecipitaron después de su expresión en células
mente, un importante componente de la respuesta fisiológica, y
HEK293 [41]. Las características de este receptor se han
por esta razón, la entrada de elevadas cantidades de este ión a
estudiado en oocitos y la principal diferencia que presentan
través de ellos puede contribuir a la patología asociada con esestos receptores con el receptor P2X2 reside en el hecho de
que la suramina origina una inhibición de la corriente de
tos receptores (Tabla II).
manera bifásica: un componente muestra una alta sensiReceptores P2X heteroméricos
bilidad similar a la del receptor P2X2, en el rango nanomolar, mientras que el otro componente resulta menos sensible
– P2X2/3. En ciertas neuronas sensoriales, células de ganglio
simpático y neuronas cerebrales, las acciones del ATP son
(~ 2 μmol) [42].
mimetizadas por el α,β-meATP, lo que indicaría la partici– P2X4/6. La principal evidencia funcional que indica la coexpresión de estos receptores es que la corriente provocada
pación del receptor P2X3; sin embargo, no presenta la desensibilización rápida que lo caracteriza [37]. El receptor
por ATP es menor en oocitos a los cuales se les inyectó solaP2X2/3 responde al α,β-meATP con corrientes sostenidas
mente el ARNm de P2X4, que la provocada por aquellos a
tras la aplicación repetida de dicho fármaco en intervalos
los cuales se les inyectó el ARNm de P2X4 y de P2X6 [43].
Este receptor presenta pocas diferencias fenotípicas compamenores de 5 minutos entre una aplicación y otra. Presenta
rado con el receptor P2X4, lo que dificulta el estudio de las
una alta sensibilidad al bloqueo por 2’,3’-O-(2,4,6-trinitropropiedades del receptor P2X4/6 cuando dentro del mismo
fenil)-ATP (TNP-ATP) y PPADS [38].
sistema se encuentran las formas homoméricas de los recep– P2X1/5. Las subunidades P2X1 y P2X5 pueden estar coinmunoprecipitadas [39] y se han comunicado las propiedades de
tores P2X4 y P2X6.
este receptor heteromérico en oocitos y en células HEK
[39,40]. Se ha observado que este receptor presenta una co- Subtipos del receptor P2Y
rriente sostenida cuando es activado por α,β-meATP, carac- Estos receptores son metabotrópicos y miembros de la superfaterística que no presenta ninguno de los receptores que lo milia de receptores acoplados a proteínas G. Presentan siete
forman cuando se encuentran en su forma homomérica. La dominios transmembrana con el aminoterminal localizado en el
corriente originada por este receptor es inhibida tanto por el lado extracelular, y el grupo carboxilo, en la porción intraceluincremento como por la disminución del pH extracelular, y lar. Los sitios de unión al agonista se han identificado en el terse ve poco afectada por la elevación en la concentración del cer, sexto y séptimo dominio transmembrana [44]. La familia de
calcio extracelular. La sensibilidad a la suramina y al PPADS los receptores P2Y muestra una lenta respuesta a los agonistas y
resulta similar a la que presentan los receptores que lo for- esto se debe a que sus acciones las llevan a cabo a través de sisman cuando se expresan de manera separada. La permea- temas de segundos mensajeros [2,27] (Tabla III).
670
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
RECEPTORES DE ATP
Tabla II. Algunas características de las subunidades que conforman los receptores P2X. Estas siete subunidades son las únicas aceptadas por la
IUPHAR y su homología oscila entre el 26 y el 47% (tomado y modificado de [28-31,36,37]).
Subunidad
N.º de aminoácidos
Desensibilización
Agonistas
Antagonistas
P2X1
399
Rápida
2-MeSATP ≥ ATP > α,β-meATP > ADP
Suramina, PPADS, TNP-ATP, MRS2220, NF023
P2X2
472
Lenta
ATP = ATPγS = 2-MeSATP >
α,β-meATP = βγ-meATP
Suramina, PPADS, NF023
P2X3
397
Rápida
2-MeSATP >> ATP > α,β-meATP >
ATPγS > 2-deoxi-ATP> CTP
Suramina, PPADS, TNP-ATP, NF023
P2X4
388
Lenta
ATP = 2-MeATP > ATPγS >> ADP
Suramina, PPADS, NF023
P2X5
417
Lenta
ATP = ATPγS = 2-MeSATP
Suramina, PPADS, NF023
P2X6
379
Lenta
ATP = 2-MeATP > 2-cloroATP = ADP
Suramina, PPADS, NF023
P2X7
595
Lenta
BzATP >> ATP
Calmidazolium, KN-04, KN-62
ATP: adenosín trifosfato; ADP: adenosín difosfato; 2-MeSATP: 2-metiltio-ATP; α,β-meATP: α,β-metileno-ATP; ATPγS: adenosín 5’-O-(-3-tiotrifosfato); βγ-meATP:
βγ-metileno-ATP; PPADS: piridoxal-fosfato-6-azofenil 2’,4’-disulfonato.
Tabla III. Algunas características de los receptores P2Y actualmente aceptados por la IUPHAR (tomado y modificado de [45-52]).
Receptor
Proteína G
acoplada
Segundo
mensajero
Agonistas
Antagonistas
P2Y1
Gq/11
↑ IP3/DAG
2-MeSATP = ATP >ADP
Suramina, reactivo azul 2, MRS2179
P2Y2
Gi/o, Gq/11
↑ IP3/DAG
ATP ≈ UTP > ATPγS >> 2-MeSATP
Suramina
P2Y4
Gq/11
↑ IP3/DAG
UTP = UDP >> ATP
PPADS
P2Y6
Gq/11
↑ IP3/DAG
UDP >> UTP > ATP = ADP
Suramina, reactivo azul 2
P2Y11
Gq/11, Gs
↑ IP3/DAG, ↑ AMPc
ATP > 2-MeSATP >>> ADP
Suramina, reactivo azul 2
P2Y12
Gi
↓ AMPc
2-MeSADP > ADP
MRS2229, AR-C69931MX
P2Y13
Gi
↓ AMPc
ADP = 2-MeSADP
–
P2Y14
Gi/o
–
UDP-glucosa > UDP-galactosa ≥ UDP-ácido glucurónico
≥ UDP-N-acetilglucosamina
–
IP3: inositol 1,4,5-trifosfato; DAG: diacilglicerol; AMPc: adenosín monofosfato cíclico; UTP: uridín trifosfato; UDP: uridín difosfato; 2MeSADP: 2-metiltio-ADP.
ATP Y SU PARTICIPACIÓN
EN EL SISTEMA NERVIOSO
Se ha observado una importante expresión y distribución tanto
de los receptores P2X como de los P2Y en el sistema nervioso
central. Los receptores P2X se han localizado en la corteza
cerebral, el hipocampo, la habénula, la sustancia negra pars
compacta, el núcleo hipotalámico ventromedial y arcuato [53],
los núcleos paraventricular y supraóptico [54], el núcleo trigeminal mesencefálico, el complejo vagal dorsal y los núcleos del
tracto solitario [55], siendo el receptor P2X2 el que principalmente se ha localizado en estas regiones.
Empleando hibridación in situ para ARNm [30,56] se encontró una fuerte expresión del receptor P2X4 en el cerebelo y
en la médula espinal de la rata. También se presentó una importante inmunorreactividad en áreas como la corteza cerebral, el
hipocampo, el tálamo y el tallo cerebral.
Utilizando microscopía electrónica se ha llegado a la conclusión de que los receptores P2X1-6 se expresan principalmente en las neuronas, mientras que el receptor P2X7 se localiza en las células de la glía, linfocitos y macrófagos, lo que
apoya el posible papel de este receptor en actividades de repa-
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
ración tras la lesión del sistema nervioso por inflamación o infarto [57,58].
Los receptores P2Y también se encuentran en el sistema
nervioso, en particular, los receptores P2Y1 y P2Y11, los cuales
se hallaron en grandes cantidades [59]. El ARNm del receptor
P2Y1 fue altamente expresado en los ganglios basales, el hipocampo, el cerebelo y varias regiones de la corteza cerebral.
Empleando técnicas de inmunohistoquímica se detectó la
participación del receptor P2X12 en células gliales [60], mientras que el ARNm del receptor P2X13 se detectó en diferentes
regiones cerebrales, como el tálamo, el núcleo caudado, la sustancia negra, el hipocampo y el cerebelo [51].
Nocicepción
Los efectos del ATP se han relacionado con la nocicepción, en
particular, su acción sobre la activación de receptores P2X. Es
importante recordar que grandes cantidades de ATP pueden
liberarse desde el espacio intracelular como resultado de lesión
tisular, tumores, inflamación, migraña o distensión visceral, por
lo que la activación de estos receptores seguramente contribuye
a la sensación de dolor que ocurre en esas circunstancias.
671
F. GALINDO, ET AL
En diversos estudios se ha observado que el ATP tiene la
capacidad de activar neuronas sensoriales primarias. Desde
1977, Bleehen et al observaron que la administración de dosis
bajas de ATP (1-3 µmol) producía dolor [61]. Jahr et al brindaron la evidencia de que tanto las neuronas sensoriales como las
neuronas del asta dorsal de la médula espinal podían ser despolarizadas por ATP [62], y se ha encontrado que la administración de ATP en terminales nerviosas nociceptivas provoca la
liberación de glutamato y la generación de corrientes excitatorias postsinápticas (EPSC) en neuronas del asta dorsal de la
médula espinal [63]. En humanos, la inyección intracutánea de
ATP en elevadas concentraciones provocó la activación de una
subpoblación de fibras nociceptoras tipo C, incluyendo las unidades mecanoinsensibles [64]. También se observó que la administración de un agonista de los receptores P2X generó una
respuesta de hiperalgesia térmica cuando se inyectó en la superficie plantar de la rata; además, la coadministración de noradrenalina y αβ-meATP ocasionó una importante facilitación
en la producción de hiperalgesia térmica, semejante a lo que
ocurre cuando se administra de manera conjunta αβ-meATP y
5-HT, lo que implica la participación del sistema nervioso autónomo [65].
Consistente con la expresión predominante de los receptores P2X1, P2X2 y P2X3 en las neuronas pequeñas del ganglio de
la raíz dorsal de la médula espinal, estos receptores también se
han encontrado en fibras nociceptivas de la superficie del asta
dorsal [66].
Algunas neuronas del ganglio nodoso muestran una lenta
desensibilización a la aplicación de αβ-meATP, al contrario de
lo encontrado con el receptor P2X3 expresado en oocitos de Xenopus, cuyas neuronas muestran una rápida desensibilización.
La coexpresión de P2X2 y P2X3 origina un canal iónico con desensibilización lenta [67], lo que confirma la presencia de canales heteromultiméricos que se pueden presentar en subconjuntos de neuronas sensoriales.
Nakatsuka et al, trabajando con cortes de médula espinal de
rata y utilizando la técnica de patch-clamp en la configuración
de célula completa, encontraron que la activación de los receptores P2X al aplicar αβ-meATP incrementa hasta en un 80% la
liberación de glutamato de las células del asta dorsal y es predominante en las sinapsis sensoriales primarias de las láminas II y
V, lo que sugiere que los receptores que podrían estar participando serían P2X3 y P2X2/3 [6].
El dolor vascular –presente en la angina de pecho–, la migraña, la lumbalgia y el dolor pélvico en las mujeres suceden
durante la fase de hiperemia reactiva que sigue al vasoespasmo
local. En esta situación, grandes cantidades de ATP se liberan
del endotelio vascular, que actúa sobre los receptores P2Y en el
epitelio, lo que provoca la liberación de óxido nítrico y vasodilatación [68]. Burnstock propuso que, en la microcirculación, el
ATP difundía a través de las células endoteliales para activar las
terminales nociceptivas de las fibras sensoriales localizadas en
la adventicia [69].
Vestíbulo y audición
La participación del ATP extracelular en el oído interno fue comunicada por Bobbin et al en 1978 [70] y es a partir de ese
momento cuando se intenta dilucidar la importancia de esta sustancia en la fisiología del oído interno; sin embargo, la mayor
parte de los esfuerzos se han dirigido hacia la fisiología auditiva, dejando atrás la parte vestibular.
672
Estudios electrofisiológicos, farmacológicos, bioquímicos
y de marcadores para calcio indican la presencia de receptores
P2X y P2Y en la cóclea, específicamente en el órgano de Corti [71], y en células ciliadas externas aisladas de diferentes
especies [72,73]; además, se ha demostrado la presencia de
ATP en los compartimientos endolinfáticos y perilinfáticos de
la cóclea [74].
Robertson et al, utilizando diferentes agonistas y antagonistas de los receptores P2, sugirieron que el ATP, a través de sus
receptores, podría modular la actividad de las fibras aferentes
cocleares al afectar la función de la sinapsis entre la célula ciliada y la fibra aferente [75].
El efecto del ATP extracelular en las células ciliadas aisladas de la cresta del cobayo sugiere que el ATP controla directamente la entrada de Ca2+ hacia la ciliada [76].
En 1994, Aubert et al, trabajando con el canal semicircular
de la rana, sugirieron que el ATP podía participar modulando la
fisiología vestibular y tales efectos podrían estar mediados por
un receptor P2Y [77].
Glioglio et al brindaron las primeras evidencias que demostraban la presencia de actividad ecto-ATPasa en los tejidos vestibulares [78].
En nuestro laboratorio recientemente estudiamos el efecto
del ATP y su análogo, el αβ-meATP, sobre la descarga basal de
las aferentes vestibulares durante el desarrollo embrionario, y
observamos que estos compuestos ocasionaron un incremento
en la frecuencia de descarga de las aferentes que fue dependiente de la concentración y de la edad; las preparaciones obtenidas
de embriones de 15 y 17 días de desarrollo fueron las que mostraron la mayor respuesta ante la microinyección de ATP y su
análogo, en comparación con los embriones de 19 y 21 días
[79]. Estos experimentos confirman la participación de los receptores purinérgicos en etapas tempranas de desarrollo, en donde su presencia podría resultar fundamental para la completa
maduración del sistema.
Retina
En la retina se ha observado que los receptores P2 participan de
muy diferentes maneras. Se cree que los receptores P2Y están
envueltos en los cambios estructurales de las células fotorreceptoras bovinas [80] y en el incremento de las concentraciones
intracelulares de Ca2+ en la retina de embriones de pollo [81].
Trabajos realizados con cortes de retina de rata adulta demostraron que las ondas de Ca2+ originadas en las células de Müller
fueron provocadas por varios agonistas purinérgicos, lo que
indicó la presencia de receptores P2Y1 en las células gliales de
la retina [82]. También se demostró que los receptores P2Y1,
P2Y2, P2Y4 y P2Y6 se expresan en la retina de la rata y presentan un patrón de distribución que varía en las diferentes capas
de la retina [83].
Ishii et al brindaron la evidencia de que los receptores P2X1
y P2X7 se expresan en la retina del mono y que se encuentran
asociados a las neuronas [84]. El receptor P2X7 se encontró en
células horizontales y ganglionares. Por otra parte, el receptor
P2X1 está distribuido de manera muy cercana a las dendritas de
las células amácrinas, que son dopaminérgicas. Lo anterior sugiere que las células dopaminérgicas son presinápticas a los sitios en donde se encontró inmunorreacción para los receptores
P2X1. Este asepcto coincide con el hecho conocido de que las
neuronas dopaminérgicas pueden liberar ATP como un cotransmisor [84].
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
RECEPTORES DE ATP
La administración de UTP en la retina de embriones de pollo in vitro en etapas tempranas del desarrollo acelera la mitosis
en la zona ventricular y lo contrario sucede cuando se aplica
suramina, lo que indica la participación de los receptores P2Y
en esta respuesta, siendo la concentración intracelular de Ca2+
([Ca2+]i) un factor determinante en la regulación de la mitosis
en las células de esta región [85].
Estudios recientes indican que la distribución, la función y
las características generales de los receptores P2 pueden cambiar durante las enfermedades oftálmicas, como sucede en la
vitreorretinopatía proliferativa –en donde existe una sobreexpresión de los receptores P2X7 en las células de Müller [86]– o
en la enfermedad provocada por el virus Borna –donde se han
observado alteraciones electrofisiológicas de los receptores purinérgicos [87]–.
Olfato
Hasta hace algunos años, la participación del ATP y otros nucleótidos en la fisiología del olfato consistía principalmente en
ser precursores de segundos mensajeros. De esta manera, el
esquema inicial de eventos presentes en la olfación sólo incluía
el GTP y el ATP como elementos clave en la activación de proteínas G y de la adenilatociclasa, ya que aún no se tenía idea de
que los receptores para nucleótidos podían estar presentes a este
nivel [88]. Años más tarde, usando RT-PCR (transcriptasa inversa-reacción en cadena de la polimerasa) y métodos inmunohistoquímicos, Hegg et al localizaron en el epitelio y en el bulbo olfatorio la expresión de los receptores P2X2 y P2Y2 [89]. Estos
autores demostraron que la activación de los receptores purinérgicos suprimía la sensibilidad del olfato, lo que sugería que el
incremento en el [Ca2+]i se encontraba mediando esta disminución; sin embargo, el mecanismo preciso de este efecto aún se
desconoce. En un estudio realizado en rata se demostró que el
ATP intracelular disminuía de manera significativa cuando el
epitelio olfatorio era dañado por fumar, probablemente debido a
la liberación de ATP por las células lesionadas; ello provocaría
un incremento en los niveles extracelulares de ATP, el cual, al
disminuir la sensibilidad de las células olfatorias, podría funcionar como un nuevo mecanismo de neuroprotección [90].
Glía
Todas las células de la glía tienen la capacidad de activarse cuando existe alguna lesión en el sistema nervioso central. La estimulación de los receptores P2 localizados en la glía puede provocar su activación, lo que también dependerá del nivel y la
duración de la exposición al ATP. La manera en cómo esto sucede se puede dividir en tres etapas:
– En condiciones fisiológicas, existe un rápido, pequeño y
transitorio incremento en los niveles de ATP que principalmente activa a los receptores P2Y y rápidamente desensibiliza a los P2X. La activación de los receptores P2Y1 localizados en los astrocitos ocasiona la propagación de las ondas
de Ca2+, que funcionan como una vía de procesamiento paralelo que acopla las funciones de las neuronas y la glía.
– En esta etapa, las células gliales sufren una segunda activación ocasionada por una mayor y más prolongada exposición al ATP extracelular, lo cual a su vez provoca un mayor
incremento en el [Ca2+]i de la glía. Ello es suficiente para
provocar que los astrocitos liberen ATP y ácido araquidónico, ocasionando que la señal se difunda y se magnifique en
el resto de las células gliales.
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
– Sólo en respuesta a muy altas concentraciones de ATP se
provoca una respuesta en los receptores P2X que no se desensibilizan o saturan en estas condiciones, y es entonces
cuando las células gliales alcanzan una tercera etapa de activación en respuesta a una lesión, que genera muerte celular,
importantes fenómenos inflamatorios y la producción de
una extensa escara glial, lo cual evita el subsiguiente crecimiento axonal.
En resumen, el ATP liberado por los astrocitos y las cascadas de
señalización provocadas por él pueden ser el paso crítico en el
inicio y propagación de la respuesta a la lesión entre las células
de la glía [91].
Gracias al empleo de técnicas moleculares se ha logrado
caracterizar a los subtipos de receptores P2 que se expresan en
la línea celular N9 de la microglía. Bianco et al han concluido
que todos los receptores P2 están presentes en estas células [92],
y de ellos, los subtipos P2X7, P2Y2/4, P2Y6, P2Y12/13 y P2Y14
estuvieron acoplados a incrementos en la [Ca2+]i. Esta línea
celular presenta un perfil de receptores P2 comparable al encontrado en células de microglía obtenidas de embriones de roedor,
lo que a su vez permite establecer que las células N9 son un buen
modelo de estudio para entender la participación de los compuestos purinérgicos en la regulación de la microglía [92].
Neuromodulación
Estudios realizados in vitro en células obtenidas de sistema nervioso central y periférico, y lo comunicado en trabajos realizados in vivo, han brindado evidencias de que las señales desencadenadas por ATP y adenosina contribuyen a modular la liberación de algunos neurotransmisores como la ACh, la noradrenalina, la serotonina, la dopamina y el glutamato [93-97]. Los
mecanismo a través de los cuales se lleva a cabo esta modulación pueden ser los siguientes: la activación de los receptores
P2X permite que el Ca2+ ingrese en la célula, lo que a su vez
incrementa la [Ca2+]i y favorece la liberación del neurotransmisor. En el caso de los receptores P2Y, cuando éstos se estimulan,
se generan segundos mensajeros a través de la activación de
proteínas G. La formación de IP3 y la movilización de Ca2+ pueden estimular una variedad de vías de señalización que incluyen
la proteincinasa C (PKC), la fosfolipasa A2 (PLA2), los canales
de K+ dependientes de Ca2+, la óxido nítrico sintasa y la generación de óxido nítrico. El diacilglicerol (DAG), a su vez, puede
también estimular la PKC, que activa, entre otras, las proteincinasas activadas por mitógenos (MAPK) y favorece el flujo de
Ca2+ al interior de la célula vía canales de Ca2+ activados por
voltaje. Otra manera de actuar es mediante la inhibición de la
adenilatociclasa con el consecuente decremento en los niveles
de AMPc. Como se puede apreciar, son muy variados los caminos que los receptores purinérgicos pueden emplear para llevar
a cabo sus acciones, siendo éstas sólo algunas de las muchas
vías que pueden activarse tras su estimulación [2].
Neurodesarrollo
Una creciente evidencia sugiere que las señales purinérgicas
participan en el desarrollo embrionario. Los receptores purinérgicos han mostrado ser uno de los primeros receptores funcionales en la membrana de las células del embrión de pollo
durante la gastrulación, cuando el ATP induce una rápida acumulación de IP3 y una movilización de Ca2+ de manera semejante a la provocada por la ACh [98]. Kidd et al comunicaron la
673
F. GALINDO, ET AL
expresión del receptor P2X3 en diversas estructuras cerebrales
de la rata en los períodos embrionario y neonatal, pero no en
el de la rata adulta [99]. Empleando técnicas de inmunohistoquímica, Cheung et al encontraron, en embriones de rata en el
estadio E11-E11.5, la presencia del receptor P2X3 en la porción
del tubo neural que formará el postencéfalo [100]. En los embriones de E14.5, muchas estructuras que se localizan en el sistema nervioso central que se ha diferenciado del tubo neural,
muestran una importante inmunorreacción al receptor P2X3;
sin embargo, en las ratas en estadios posnatales, la expresión de
estos receptores fue menor hasta que, en el día 16 posnatal, escasos núcleos mostraron la presencia de este receptor. El resto
de los receptores P2X no estuvo presente en el tubo neural ni en
los ganglios sensoriales en el período embrionario comprendido entre E11 y E12.5 [100].
Un estudio realizado por Fu sobre los efectos del ATP en el
desarrollo de la sinapsis neuromuscular en células en cultivo de
Xenopus, encontró que la aplicación de ATP a esta sinapsis ocasionaba un aumento en la amplitud y frecuencia de la corriente
sináptica espontánea [101]. También se observó que el ATP
potenciaba la respuesta a ACh en la membrana muscular, lo
cual sugería que la liberación de ATP de las terminales nerviosas podría favorecer la respuesta a la ACh en las células musculares en desarrollo durante la fase temprana de la sinaptogénesis [101].
Conducta
También se ha podido comprobar que el ATP participa en ciertos aspectos del comportamiento. La estimulación de los receptores P2 localizados en el núcleo accumbens de la rata, tras la
microinyección de 2-MeSATP, se caracterizó por una actividad
locomotora más consistente y prolongada cuando el animal se
encontraba en un ambiente nuevo [102]. En otros aspectos del
comportamiento, como la alimentación, se cree que ADP y ATP
facilitan la decisión del animal de ingerir alimentos a través de
una vía que favorece la presencia de dopamina en el núcleo
accumbens; además, la administración de PPADS por microdiálisis suprime la liberación de dopamina secundaria al deseo de
alimentarse, así como también el tipo y la cantidad de alimento
que se ingiere [103]. Se ha observado que los antagonistas de
los receptores de glutamato provocan un intenso impulso por
comer debido principalmente a una inhibición de receptores
NMDA y no NMDA en el núcleo accumbens, por lo que la reducción de los niveles de glutamato podría tener un efecto directo sobre la ingesta de alimentos [104].
En ratas sometidas a un estado prolongado de privación alimenticia se incrementó el ARNm del receptor P2Y1 en la región
del núcleo accumbens, que podría ser secundario a una reducida
estimulación de éste, lo cual se correlaciona con una disminución en la liberación de dopamina en ratas bajo las mismas condiciones [105]. Se puede asumir, entonces, que estos cambios
adaptativos en la expresión de los receptores P2 tienen el objetivo de incrementar su sensibilidad para responder ante estímulos
motivacionales, como la comida [105].
Participación de los receptores
para ATP en algunas enfermedades
Los receptores para nucleótidos y nucleósidos participan en
enfermedades del sistema nervioso central y periférico. Se ha
observado que puede existir una liberación masiva de ATP a
consecuencia de estrés metabólico, isquemia o traumatismo cerebral, lo cual provoca incrementos en la [Ca2+]i secundarios a
la activación de los receptores purinérgicos; ello puede desencadenar mecanismos de apoptosis o necrosis [106]. Trabajando
con células granulosas de cerebelo, Amadio et al llegaron a la
conclusión de que el ATP actúa como un mediador de la muerte
neuronal debido a que ocasiona inflamación celular, liberación
de deshidrogenasa láctica y fragmentación nuclear, por lo que
se considera que el ATP liberado a causa de una lesión puede
participar en eventos neuronales degenerativos [107].
Cuando se lesionan las neuronas de la médula espinal, se
incrementa la expresión del receptor P2X7; sin embargo, cuando
este receptor se bloquea, se favorece la recuperación funcional y
disminuye la muerte celular en la zona peritraumática [108].
La oclusión de la arteria cerebral media en la rata también
provocó una mayor expresión del receptor P2X7 en las neuronas
de la región periférica al infarto; además, la microscopía electrónica reveló que estos receptores se concentraron en la membrana nuclear de estas neuronas [58]. La muerte celular por isquemia es un proceso prolongado que origina mecanismos apoptóticos, los cuales muy probablemente se encuentran mediados
por el receptor P2X7. Estos hallazgos indican que, quizá, la interferencia del sistema ATPérgico excitatorio podría proveer neuroprotección en los casos de isquemia cerebral.
La activación del receptor P2X7 puede inducir apoptosis, lo
que facilita la embriogénesis y elimina células cancerígenas o
infectadas, siendo Ca2+ un mediador de la apoptosis inducida
por ATP [109]. Se ha observado que este receptor tiene la peculiaridad de formar poros en la membrana plasmática tras la continua presencia del agonista, lo que incrementa la permeabilidad no sólo para Ca2+, sino también para otros cationes [110].
CONCLUSIONES
El descubrimiento del ATP, realizado en 1929, se debe a Fiske y
Subbarow en Estados Unidos y Lohmann en Alemania [111],
que de manera independiente y con cierta rivalidad lograron
localizarlo en extractos de músculo esquelético. Nunca imaginaron que la parte energética era solamente una de las múltiples
funciones que realiza en los diferentes organismos en donde se
ha encontrado. Hoy día, conscientes de su participación extracelular, de la existencia de sus receptores y de su amplia distribución en el sistema nervioso, resulta fundamental llegar al
completo entendimiento de su estructura, comportamiento y
participación en condiciones de salud y de enfermedad. Cuando
se comprendan por completo, podrá aprovecharse su potencial
terapéutico, bloqueándolos en situaciones en donde su activación sea dañina y promoviendo su funcionamiento cuando puedan resultar de utilidad para mejorar la salud.
BIBLIOGRAFÍA
1. Stryer L. Metabolism: basic concepts and design. In Stryer L, ed. Biochemistry. New York: Freeman; 1998. p. 443-62.
2. Ralevic V, Burnstock G. Receptors for purines and pyrimidines. Pharmacol Rev 1998; 50: 413-92.
3. Burnstock G, Williams M. P2 purinergic receptors: modulation of cell
674
function and therapeutic potential. J Pharmacol Exp Ther 2000; 295:
862-9.
4. Nikolic P, Housley GD, Luo L, Ryan AF, Thorne PR. Transient expression of P2X1 receptor subunits of ATP-gated ion channels in the developing rat cochlea. Dev Brain Res 2001; 126: 173-82.
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
RECEPTORES DE ATP
5. Burnstock G. Purinergic signalling and vascular cell proliferation and
death. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2002; 22: 364-73.
6. Nakatsuka T, Tsuzuki K, Ling JX, Sonobe H, Gu JG. Distinct roles of
P2X receptors in modulating glutamate release at different primary
sensory synapses in rat spinal cord. J Neurophysiol 2003; 89: 3243-52.
7. Zimmermann H. Two novel families of ectonucleotidases: molecular
structures, catalytic properties and a search for function. Trends Pharmacol Sci 1999; 20: 231-6.
8. Todorov LD, Mihaylova-Todorova S. Westfall TD, Sneddon P,
Kennedy C, Bjur RA, et al. Neuronal release of soluble nucleotidases
and their role in neurotransmitter inactivation. Nature 1997; 387: 76-9.
9. Kirley TL. Complementary DNA cloning and sequencing of the chicken muscle ecto-ATPase. J Biol Chem 1997; 272: 1076-81.
10. Zimmermann H. Biochemistry, localization and functional roles of
ecto-nucleotidases in the nervous system. Prog Neurobiol 1996; 49:
589-618.
11. Dunwiddie TV, Diao L. Regulation of extracellular adenosine in rat
hippocampal slices is temperature dependent: role of adenosine transporters. Neuroscience 2000; 95: 81-8.
12. Zimmermann H, Braun N, Kegel B, Heine P. New insights into molecular structure and function of ectonucleotidases in the nervous system.
Neurochem Int 1998; 32: 421-25.
13. Dunwiddie TV, Diao L, Proctor WR. Adenine nucleotides undergo rapid, quantitative conversion to adenosine in the extracellular space in rat
hippocampus. J Neurosci 1997; 17: 7673-82.
14. Decking UK, Schlieper G, Kroll K, Schrader J. Hipoxia-induced inhibition of adenosine kinase potentiates cardiac adenosine release. Circ
Res 1997; 81: 154-64.
15. Burnstock G. Purinergic nerves. Pharmacol Rev 1972; 24: 509-81.
16. Douglas WW, Poisner AM. On the relation between ATP splitting
and secretion in the adrenal chromaffin cell: extrusion of the ATP
(unhydrolysed) during release of catecholamines. J Physiol 1966;
183: 249-56.
17. Geffen LB, Livett BG. Synaptic vesicles in sympathetic neurons. Physiol Rev 1971; 51: 98-157.
18. Silinsky EM, Hubbard JI. Release of ATP from rat motor nerve terminals. Nature 1973; 243: 404-5.
19. Dowdall MJ, Boyne AF, Whittaker VP. Adenosine triphosphate: a constituent of cholinergic synaptic vesicles. Biochem J 1974; 140: 1-12.
20. Zimmermann H. Signalling via ATP in the nervous system. Trends
Neurosci 1994; 17: 420-6.
21. Kennedy C. The discovery and development of P2 receptor subtypes. J
Auton Nerv Syst 2000; 81: 158-63.
22. Freissmuth M, Selzer E, Schütz W. Interactions of purified bovine
brain A1-adenosine receptors with G-proteins. Reciprocal modulation
of agonist and antagonist binding. Biochem J 1991; 275: 651-6.
23. Palmer TM, Gettys TW, Stiles GL. Differential interaction with and
regulation of multiple G-proteins by the rat A3 adenosine receptor. J
Biol Chem 1995; 270: 16895-902.
24. Klinger M, Freissmuth M, Nanoff C. Adenosine receptors: G proteinmediated signalling and the role of accessory proteins. Cell Signal
2002; 14: 99-108.
25. Burnstock G, Kennedy C. Is there a basis for distinguishing two types
of P2-purinoceptor? Gen Pharmacol 1985; 16: 433-40.
26. Bean BP. Pharmacology and electrophysiology of ATP-activated ion
channels. Trends Pharmacol Sci 1992; 13: 87-90.
27. O'Connor SE, Dainty IA, Leff P. Further subclassification of ATP
receptors based on agonist studies. Trends Pharmacol Sci 1991; 12:
137-41.
28. Valera S, Hussy N, Evans RJ, Adami N, North RA, Surprenant A, et al.
A new class of ligand-gated ion channel defined by P2X receptor for
extracelular ATP. Nature 1994; 371: 516-9.
29. Collo G, North RA, Kawashima E, Merlo-Pich E, Neidhart S, Surprenant A, et al. Cloning of P2X5 and P2X6 receptors and the distribution and properties of an extended family of ATP-gated ion channels. J
Neurosci 1996; 16: 2495-507.
30. Buell G, Lewis C, Collo G, North RA, Surprenant A. An antagonistinsensitive P2X receptor expressed in epithelia and brain. EMBO J
1996; 15: 55-62.
31. Brake AJ, Wagenbach MJ, Julius D. New structural motif for ligandgated ion channels defined by an ionotropic ATP receptor. Nature
1994; 371: 519-23.
32. Jiang LH, Rassendren F, Surprenant A, North RA. Identification of
amino acid residues contributing to the ATP-binding site of a purinergic P2X receptor. J Biol Chem 2000; 275: 34190-6.
33. Stoop R, Thomas S, Rassendren F, Kawashima E, Buell G, Surprenant
A, et al. Contribution of individual subunits to the multimeric P2X2
receptor: estimates based on methanethiosulfonate block at T336C.
Mol Pharmacol 1999; 56: 973-81.
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
34. Kim M, Yoo OJ, Choe S. Molecular assembly of the extracellular
domain of P2X2, an ATP-gated ion channel. Biochem Biophys Res
Commun 1997; 240: 618-22.
35. Khakh BS. Molecular physiology of P2X receptors and ATP signalling
at synapses. Nat Rev 2001; 2: 165-74.
36. Chen CC, Akoplan AN, Sivilotti L, Colquhoun D, Burnstock G, Wood
JN. A P2X purinoceptor expressed by a subset of sensory neurons.
Nature 1995; 377: 428-31.
37. Surprenant A, Buell G, North RA. P2X receptors bring new structure
to ligand-gated ion channels. Trends Neurosci 1995; 18:224-9.
38. Spelta V, Jiang LH, Surprenant A, North A. Kinetics of antagonist
actions at rat P2X2/3 heteromeric receptors. Br J Pharmacol 2002;
135: 1524-30.
39. Le KT, Boue-Grabot E, Archambault V, Séguela P. Functional and biochemical evidence for heteromeric ATP-gated channels composed of
P2X1 and P2X5 subunits. J Biol Chem 1999; 274: 15415-59.
40. Surprenant A, Schneider DA, Wilson HL, Galligan JJ, North RA.
Functional properties of heteromeric P2X1/5 receptors expressed in
HEK cells and excitatory junction potentials in guinea pig submucosal
arterioles. J Auton Nerv Syst 2000; 81: 249-63.
41. Torres GE, Egan TM, Voigt MM. Hetero-oligomeric assembly of P2X
receptor subunits. Specificities exist with regard to possible partners. J
Biol Chem 1999; 10: 6653-9.
42. King BF, Townsend-Nicholson A, Wildman SS, Thomas T, Spyer KM,
Burnstock G. Coexpression of rat P2X2 and P2X6 subunits in Xenopus
oocytes. J Neurosci 2000; 20: 4871-7.
43. Le KT, Babinski K, Seguela P. Central P2X4 and P2X6 channel subunits coassemble into a novel heteromeric ATP receptor. J Neurosci
1998; 18: 7152-9.
44. Von Kugelgen I, Wetter A. Molecular pharmacology of P2Y-receptors.
Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 2000; 362: 310-23.
45. Webb TE, Simon J, Krishek BJ, Bateson AN, Smart TG, King BF, et al.
Cloning and functional expression of a brain G-protein coupled ATP
receptor. FEBS Lett 1993; 324: 219-25.
46. Lustig KD, Shiau AK, Brake AJ, Julius D. Expression cloning of an
ATP receptor from mouse neuroblastoma cells. Proc Natl Acad Sci
USA 1993; 90: 5113-7.
47. Communi D, Pirotton S, Parmentier M, Boeynaems JM. Cloning and
functional expression of a human uridine nucleotide receptor. J Biol
Chem 1995; 270: 30849-52.
48. Chang K, Hanaoka K, Kumada M, Takuwa Y. Molecular cloning and
functional analysis of a novel P2 nucleotide receptor. J Biol Chem
1995; 270: 26152-8.
49. Nicholas RA, Watt WC, Lazarowski ER, Li Q, Harden K. Uridine
nucleotide selectivity of the three phospholipase C-activating P2
receptors: identification of UDP-selective, a UTP-selective, and an
ATP- and UTP-specific receptor. Mol Pharmacol 1996; 50: 224-9.
50. Communi D, Govaerts C, Parmentier M, Boeynaems JM. Cloning of
human purinergic P2Y receptor couple to phospolipase C and adenylyl
cyclase. J Biol Chem 1997; 272: 31969-73.
51. Communi D, Suárez-González N, Detheux M, Brézillon S, Lannoy V,
Parmentier M, et al. Identification of a novel human ADP receptor coupled to Gi. J Biol Chem 2001; 276: 41479-85.
52. Abbracchio MP, Boeynaems JM, Barnard EA, Boyer JL, Kennedy C,
Miras-Portugarl MA, et al. Characterization of the UDP-glucose
receptor (re-named here the P2Y14 receptor) adds diversity to the P2Y
receptor family. Trends Pharmacol Sci 2003; 24: 52-5.
53. Xiang Z, Bo X, Oglesby I, Ford A, Burnstock G. Localization of ATPgated P2X2 receptor immunoreactivity in the rat hypothalamus. Brain
Res 1998; 813: 390-7.
54. Loesch A, Miah S, Burnstock G. Ultrastructural localisation of ATPgated P2X2 receptor immunoreactivity in the rat hypothalamo-neurohypophysial system. J Neurocytol 1999; 28: 495-504.
55. Atkinson L, Batten TF, Deuchars J. P2X(2) receptor immunoreactivity
in the dorsal vagal complex and area postrema of the rat. Neuroscience
2000; 99: 683-96.
56. Bo X, Zhang Y, Nassar M, Burnstock G, Schoepfer R. A P2X purinoceptor cDNA conferring a novel pharmacological profile. FEBS Lett
1995; 375: 129-33.
57. Di Virgilio F, Sanz JM, Chiozzi P, Falzoni S. The P2Z/P2X7 receptor
of microglial cells: a novel immunomodulatory receptor. Prog Brain
Res 1999; 120: 355-68.
58. Franke H, Gunther A, Grosche J, Schmidt R, Rossner S, Reinhardt R,
et al. P2X7 receptor expression after ischemia in the cerebral cortex of
rats. J Neuropathol Exp Neurol 2004; 63: 686-99.
59. Moore DJ, Chambers JK, Wahlin JP, Tan KB, Moore GB, Jenkins O, et
al. Expression pattern of human P2Y receptor subtypes: a quantitative
reverse transcription-polymerase chain reaction study. Biochim Biophys Acta 2001; 1521: 107-19.
675
F. GALINDO, ET AL
60. Hollopeter G, Jantzen HM, Vincent D, Li G, England L, Ramakrishnan
V, et al. Identification of the platelet ADP receptor targeted by antithrombotic drugs. Nature 2001; 409: 202-7.
61. Bleehen T, Keele CA. Observations on the algogenic actions of adenosine compounds on the human blister base preparation. Pain 1977; 3:
367-77.
62. Jahr CE, Jessel TM. Synaptic transmission between dorsal root ganglion and dorsal horn neurons in culture: antagonism of monosynaptic
excitatory postsynaptic potentials and glutamate excitation by kynurenate. J Neurosci 1985; 5: 2281-9.
63. Gu JD, MacDermott AB. Activation of ATP P2X receptors elicits glutamate release from sensory neuron synapses. Nature 1997; 389: 749-53.
64. Hilliges M, Weidner C, Schmelz M, Schmidt R, Orstavik K, Torebjörk E, et al. ATP responses in human C nociceptors. Pain 2002; 98:
59-68.
65. Waldron JB, Sawynok J. Peripheral P2X receptors and nociception:
interactions with biogenic amine systems. Pain 2004; 110: 79-89.
66. Vulchanova L, Riedl MS, Shuster SJ, Stone LS, Hargreaves KM, Buell
G, et al. P2X3 is expressed by DRG neurons that terminate in inner
lamina II. Eur J Neurosci 1998; 10: 3470-8.
67. Lewis C, Neldhart S, Holy C, North RA, Buell, G, Surprenant A.
Coexpression of P2X2 and P2X3 receptor subunits can account for
ATP-gated currents in sensory neurons. Nature 1995; 377: 432-5.
68. Bodin P, Bunstock G. Synergistic effect of acute hypoxia on flowinduced release of ATP from cultured endothelial cells. Experientia
1995; 51: 256-9.
69. Burnstock G. A unifying purinergic hypothesis for the initiation of
pain. Lancet 1996; 347: 1604-5.
70. Bobbin RP, Thompson MH. Effects of putative transmitters on afferent
cochlear transmission. Ann Otol Rhinol Laryngol 1978; 87: 185-90.
71. Niedzielski AS, Schacht J. P2 purinoceptors stimulate inositol phosphate release in the organ of Corti. Neuroreport 1992; 3: 273-5.
72. Ashmore JF, Ohmori H. Control of intracellular calcium by ATP in isolated outer hair cells of the guinea-pig cochlea. J Physiol 1990; 428:
109-31.
73. Shigemoto T, Ohmori H. Muscarinic agonists and ATP increase the
intracellular Ca2+ concentration in chick cochlear hair cells. J Physiol
1990; 420: 127-48.
74. Muñoz D, Thorne P, Housley G, Billet T. Adenosine 5'-trifosfato (ATP)
concentrations in the endolymph and perilymph of guinea pig cochlea.
Hear Res 1995; 90: 119-25.
75. Robertson D, Paki B. A role for purinergic receptors at the inner hair
cell-afferent sinapse? Audio Neurootol 2002; 7: 62-7.
76. Rennie KJ, Ashmore JF. Effects of extracellular ATP on hair cells isolated from the guinea-pig semicircular canals. Neurosci Lett 1993;
160: 185-9.
77. Aubert A, Norris CH, Guth PS. Influence of ATP and ATP agonists on
the physiology of the isolated semicircular canal of the frog (Rana pipiens). Neuroscience 1994; 62: 963-74.
78. Gioglio L, Russo G, Polimeni M, Prigioni I. Ecto-ATPase activity sites
in vestibular tissues: ultracytochemical study in frog semicircular
canals. Hear Res 2003; 176: 1-10.
79. Galindo RF, Manjarrez E, Flores A. Purinergic receptors in the vestibular system of the chicken embryo (Gallus domesticus). Society for
Neuroscience. 35th Annual Meeting. Washington DC; 2005.
80. Borys TJ, Gupta BD, Deshpande S, Abrahamson EW. The structural
changes in bovine rod outer segments in the presence of ATP. Photochem Photobiol 1986; 43: 183-7.
81. Sugioka M, Fukuda Y, Yamashita M. Ca2+ responses to ATP via
purinoceptors in the early embryonic chick retina. J Physiol 1996; 493:
855-63.
82. Li Y, Holtzclaw LA, Russell JT. Müller cell Ca2+ waves evoked by purinergic receptor agonists in slices of rat retina. J Neurophysiol 2001;
85: 986-94.
83. Fries JE, Wheeler-Schilling TH, Guenther E, Kohler K. Expression of
P2Y1, P2Y2, P2Y4, and P2Y6 receptor subtypes in the rat retina.
Invest Ophthalmol Vis Sci 2004; 45: 3410-7.
84. Ishii K, Kaneda M, Li H, Rockland KS, Hashikawa T. Neuron-specific
distribution of P2X7 purinergic receptors in the monkey retina. J Comp
Neurol 2003; 459: 267-77.
85. Pearson R, Catsicas M, Becker D, Mobbs P. Purinergic and muscarinic
modulation of the cell cycle and calcium signalling in the chick retinal
ventricular zone. J Neurosci 2002; 22: 7569-79.
86. Bringmann A, Pannicke T, Moll V, Milenkovic I, Faude F, Enzmann V,
et al. Upregulation of P2X(7) receptor currents in Müller glial cells
during proliferative vitreoretinopathy. Invest Ophthalmol Vis Sci 2001;
42: 860-7.
676
87. Pannicke T, Weick M, Uckermann O, Wheeler-Schilling T, Fries JE,
Reichel MB, et al. Electrophysiological alterations and upregulation of
ATP receptors in retinal glial Müller cells from rats infected with the
Borna disease virus. Glia 2001; 35: 213-23.
88. Vodyanoy V, Vodyanoy I. ATP and GTP are essential for olfactory response. Neurosci Lett 1987; 73: 253-8.
89. Hegg CC, Greenwood D, Huang W, Han P, Lucero MT. Activation of
purinergic receptor subtypes modulates odor sensitivity. J Neurosci
2003; 23: 8291-301.
90. Kilgour JD, Simpson SA, Alexander DJ, Reed CJ. A rat nasal epithelial
model for predicting upper respiratory tract toxicity: in vivo-in vitro
correlations. Toxicology 2000; 145: 39-49.
91. James G, Butt AM. P2Y and P2X purinoceptor mediated Ca2+ signalling in glial cell pathology in the central nervous system. Eur J
Pharmacol 2002; 447: 247-60.
92. Bianco F, Fumagalli M, Pravettoni E, D'Ambrosi N, Volonte C, Matteoli M, et al. Pathophysiological roles of extracellular nucleotides in
glial cells: differential expression of purinergic receptors in resting and
activated microglia. Brain Res Brain Res Rev 2005; 48: 144-56.
93. Sperlagh B, Vizi ES. Effect of presynaptic P2 receptor stimulation on
transmitter release. J Neurochem 1991; 56: 1466-70.
94. Allgaier C, Pullmann F, Schobert A, Von Kugelgen I, Hertting G. P2
purinoceptors modulating noradrenaline release from sympathetic neurons in culture. Eur J Pharmacol 1994; 252: R7-8.
95. Shigetomi E, Kato F. Action potential-independent release of glutamate by Ca2+ entry through presynaptic P2X receptors elicits postsynaptic firing in the brainstem autonomic network. J Neurosci 2004; 24:
3125-35.
96. Zhang YX, Yamashita H, Ohshita T, Sawamoto N, Nakamura S. ATP
increases extracellular dopamine level through stimulation of P2Y
purinoceptors in the rat striatum. Brain Res 1995; 691: 205-12.
97. Okada M, Kawata Y, Murakami T, Wada K, Mizuno K, Kaneko S.
Interaction between purinoceptor subtypes on hippocampal serotonergic transmission using in vivo microdialysis. Neuropharmacology.
1999; 38: 707-15.
98. Laasberg T. Ca2(+)-mobilizing receptors of gastrulating chick embryo.
Comp Biochem Physiol C 1990; 97: 9-12.
99. Kidd EJ, Miller KJ, Sansum AJ, Humphrey PP. Evidence for P2X3
receptors in the developing rat brain. Neuroscience 1998; 87: 533-9.
100. Cheung KK, Burnstock G. Localization of P2X3 receptors and coexpression with P2X2 receptors during rat embryonic neurogenesis. J
Comp Neurol 2002; 443: 368-82.
101. Fu WM. Potentiation by ATP of the postsynaptic acetylcholine response at developing neuromuscular synapses in Xenopus cell cultures.
J Physiol 1994; 477: 449-58.
102. Kittner H, Hoffmann E, Krugel U, Illes P. P2 receptor-mediated effects
on the open field behaviour of rats in comparison with behavioural
responses induced by the stimulation of dopamine D2-like and by the
blockade of ionotrophic glutamate receptors. Behav Brain Res 2004;
149: 197-208.
103. Kittner H, Krugel U, El Ashmawy IM, Illes P. Suppression of feedingevoked dopamine release in the rat nucleus accumbens by the blockade
of P(2) purinoceptors. Eur J Pharmacol 2000; 406: R13-4.
104. Krugel U, Schraft T, Regenthal R, Illes P, Kittner H. Purinergic modulation of extracellular glutamate levels in the nucleus accumbens in
vivo. Int J Dev Neurosci 2004; 22: 565-70.
105. Pothos EN, Creese I, Hoebel BG. Restricted eating with weight loss
selectively decreases extracellular dopamine in the nucleus accumbens
and alters dopamine response to amphetamine, morphine, and food
intake. J Neurosci 1995; 15: 6640-50.
106. Volonte C, Amadio S, Cavaliere F, D'Ambrosi N, Vacca F, Bernardi G.
Extracellular ATP and neurodegeneration. Curr Drug Targets CNS
Neurol Disord 2003; 2: 403-12.
107. Amadio S, D’Ambrosi N, Cavaliere N, Murra B, Sancesario G, Bernardi G, et al. P2 receptor modulation and cytotoxic function in cultured CNS neurons. Neuropharmacology 2002; 42: 489-501.
108. Wang X, Arcuino G, Takano T, Lin J, Peng WG, Wan P, et al. P2X7
receptor inhibition improves recovery after spinal cord injury. Nat Med
2004; 10: 821-7.
109. Orrenius S, Zhivotovsky B, Nicotera P. Regulation of cell death: the
calcium-apoptosis link. Nat Rev 2003; 4: 552-65.
110. Virginio C, MacKenzie A, North RA, Surprenant A. Kinetics of cell
lysis, dye uptake and permeability changes in cells expressing the rat
P2X7 receptor. J Physiol 1999; 519: 335-46.
111. Simoni RD, Hill RL, Vaughan M. The determination of phosphorus
and the discovery of phosphocreatine and ATP: the work of Fiske and
Subbarow. J Biol Chem 2002; 277: 21e.
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
RECEPTORES DE ATP
DE LA ENERGÉTICA A LA NEUROTRANSMISIÓN:
EL ADENOSÍN TRIFOSFATO Y SUS RECEPTORES
Resumen. Introducción y objetivo. El adenosín trifosfato (ATP) es
una sustancia que se ha distinguido por ser un donador de energía,
pero hoy en día se tiene conocimiento de que sus funciones van más
allá. A través de la activación de una gran variedad de receptores
ampliamente distribuidos en el sistema nervioso, el ATP participa en
la neurotransmisión, la neuromodulación, la apoptosis, la proliferación y diferenciación celulares, el dolor... Objetivo. Realizar una
revisión de los receptores para ATP, de su contribución al correcto
funcionamiento de los circuitos neuronales, y de la participación en
el desarrollo de algunas enfermedades. Desarrollo. Se aborda el
tema desde diferentes perspectivas, como la estructura del ATP, su
metabolismo a través de ecto-ATPasas y su principal metabolito, la
adenosina, así como una descripción detallada de cada uno de los
receptores purinérgicos existentes y que se han aceptado internacionalmente; se revisa cómo el ATP y sus receptores participan en
estructuras del sistema nervioso, principalmente las correspondientes a los sistemas sensoriales. Conclusiones. La amplia distribución
de los purinoceptores invita a explorarlos de manera detallada. Esta
nueva familia de receptores promete constituir una nueva herramienta diagnóstica y terapéutica que permita abordar aspectos de
las neurociencias con un nuevo enfoque, considerando la participación de un nuevo protagonista, el ATP, en la generación de sucesos
que alteran la salud. [REV NEUROL 2006; 43: 667-77]
Palabras clave. Adenosina. ATP. Dolor. Ecto-ATPasas. Neurodesarrollo. Neuromodulación. Receptores purinérgicos. Sistemas sensoriales.
REV NEUROL 2006; 43 (11): 667-677
DA BIOENERGÉTICA À NEUROTRANSMISSÃO:
A ADENOSINA TRIFOSFATO E OS SEUS RECEPTORES
Resumo. Introdução e objectivo. A adenosina trifosfato (ATP) é
uma molécula que se distinguiu pelo seu potencial energético. No
entanto, actualmente sabemos que as suas funções são bem mais
vastas. Através da activação de uma grande variedade de receptores amplamente distribuídos no sistema nervoso, a ATP participa na
neurotransmissão, na neuromodulação, na apoptose, na proliferação e diferenciação celular, nas vias da dor... Objectivo. Efectuar
uma revisão sobre os receptores da ATP, do seu contributo para o
correcto funcionamento dos circuitos neuronais, e da sua participação no desenvolvimento de algumas doenças. Desenvolvimento.
Fez-se a abordagem do tema sob diferentes perspectivas: a estrutura molecular da ATP, o seu metabolismo via ecto-ATPases e o seu
principal metabolito, a adenosina; assim como uma descrição pormenorizada de cada um dos receptores purinérgicos existentes
internacionalmente aceites. Fez-se a revisão de como a ATP e os
seus receptores participam nas estruturas do sistema nervoso, principalmente nas vias sensoriais. Conclusões. A ampla distribuição
dos receptores purinérgicos convida à sua exploração detalhada.
Esta nova família de receptores promete constituir uma nova ferramenta de diagnóstico e terapêutica permitindo abordar aspectos
das neurociências sob uma nova perspectiva, considerando a intervenção de um novo protagonista, a ATP, na origem de acontecimentos que alteram a saúde. [REV NEUROL 2006; 43: 667-77]
Palavras chave. Adenosina. ATP. Dor. Ecto-ATPases. Neurodesenvolvimento. Neuromodulação. Receptores purinérgicos. Sistemas sensoriais.
677