Inicialmente la clasificación de los receptores de dopamina se limitaba a dos subtipos, D1 y D2, en base a su capacidad estimulante o inhibitoria que ejercen respectivamente sobre la adenilato ciclasa (Kebabian y Calne4 en 1979). No fue hasta la aparición de la tecnología de ADN recombinante y con ella la clonación molecular de estos receptores en 1990, cuando se reveló una más amplia heterogeneidad de los mismos, confirmándose diferencias farmacológicas, bioquímicas y fisiológicas entre las dos familias, y así los receptores D1 se dividieron en dos subgrupos, D1 y D5, generalmente asociados a funciones estimuladoras, que compartían una elevada homología en los dominios transmembrana (80%) y carecían de intrones; los receptores D2 fueron a su vez subdivididos en D2L /D2S, D3, (por Sokoloff en 1990) y D4 (Van Tol en 1991), asociados a funciones inhibitorias, con la característica común de la presencia de intrones, y también con secuencias transmembrana altamente conservadas, siendo de un 75% entre los receptores D3 y D2 y de un 53% entre receptores D4 y D2.
Los receptores de dopamina pertenecen a la familia de los receptores acoplados a proteínas G (GPCR), cuya estructura se caracteriza por poseer siete dominios transmembrana formados por hélices de 22 a 24 residuos hidrofóbicos, que se enlazan entre sí mediante seis bucles de aminoácidos, tres intracelulares y otros tres en el espacio extracelular (Figura 1.5) 5.
Todos los receptores acoplados a proteínas G, poseen un número similar de aminoácidos en el tramo final de la cadena del NH2 terminal, con diferentes lugares susceptibles de N-glicosilación.
En la familia de receptores D1, existen dos lugares de glicosilación, uno en la cadena del NH2 terminal y otro en el segundo bucle extracelular, mientras que el receptor D2 posee cuatro, el receptor D3 presenta tres y el receptor D4 solamente uno. El tramo COOH terminal es aproximadamente siete veces más largo en los receptores de la familia D1 que en los de la familia D2, y es rico en residuos de serina y treonina. También contiene un residuo de cisteína, que se conserva en todos los receptores acoplados a proteínas G, y
4 Kebabian, J.K.; Calne, D.B. Nature 1979, 277, 93.
5 Missale C.; Nash S.R.; Robinson S.W.; Jaber M.; Caron M.G. Physiological Rev. 1998, 78, 189.
Figura 1.5. Estructura del receptor D1 de
dopamina. (P):Lugares potenciales de fosforilación; (Y): Lugares potenciales de glicosilación; (E1-E3): Bucles extracelulares; (I2-I3): Bucles intracelulares.
se asocia al anclaje de la cola citoplasmática a la membrana, que en los receptores de la familia D1 se encuentra cerca del grupo carboxilo, mientras que en los receptores de la familia D2, el carboxilo terminal forma parte del residuo de cisteína. Los receptores de dopamina poseen además dos residuos de cisteína en el segundo y tercer bucles extracelulares, que formarían un puente disulfuro estabilizando la estructura del receptor. Las dos familias de receptores también difieren en la longitud del tercer bucle intracelular, que es el responsable del acoplamiento a la proteína G y de la transmisión de la señal, siendo más largo en la familia de los receptores D2, típico de los receptores que interaccionan con proteínas G inhibitorias, inhibiendo la formación del AMP cíclico, mientras que en los receptores pertenecientes a la familia D1 este bucle es más corto, asociándose a receptores que interaccionan con proteínas G excitatorias.
Estudios de mutagénesis y modelos de proteínas con diferentes receptores demuestran que la dopamina, y consecuentemente los agonistas, se unen a los dominios hidrofóbicos transmembrana. Los residuos altamente conservados están presentes en el centro de la proteína, y representan un bolsillo estrecho con aminoácidos claves en la unión al ligando, constituyendo el lugar de unión más probable del agonista.
Tabla 1.1 Características moleculares de los receptores de dopamina
Familia D1 Familia D2 D1 D5 D2 D3 D4 D2S D2L 446 (r) 475 (r) 415 (r) 444 (r) 446 (r) 385 (r) Aminoácidos (aa) 446 (h) 477 (h) 414 (h) 443 (h) 400 (h) 387-515 (h) 57 (r) 50 (r) 135 (r) 444 (r) 166 (r) 106 (r) aa. en 3º bucle citoplasmático. 57 (h) 50 (h) 134 (h) 443 (h) 120 (h) 101-261 (h) 113 (r) 117 (r) 16 (r) 16 (r) 18 (r)
aa. en COOH terminal
113 (h) 116 (h) 16 (h) 16 (h) 18 (h)
Intrones 0 0 6 5 3
Localización cromosomal 5q 35.1 4p 15.1-16.1 11q 22-23 3q 13.3 11p 15.5 (r) rata (h) humano
Se han detectado además diferentes isoformas de los receptores de dopamina que merecen una revisión resumida.
Receptores D1 y D5.
Como decíamos anteriormente su estructura está altamente conservada, aunque difieren en el tercer bucle intracelular que es similar en tamaño, pero con secuencias diferentes que probablemente sean responsables de una mayor afinidad de la dopamina por los receptores D5. Por ello, anteriormente se consideraba el receptor D5 como una isoforma (D1B) del receptor D1.
Se han aislado dos isoformas adicionales en vertebrados inferiores, D1C, del
Xenopus laevis (por Sugamori en 1994) y D1D del Gallus domesticus (por Demchyshyn y
col. en 1995) que se pudieron haber perdido con el tiempo en la divergencia del linaje en la evolución de los mamíferos, ya que en mamíferos no han sido detectados hasta la fecha.
Receptores D2.
El receptor D2 existe en dos isoformas mayoritarias, denominados D2 largos (D2L, 444 aa) y D2 cortos (D2S, 415 aa) formados a partir de un mismo gen por una inserción alternativa de aminoácidos6, y que difieren entre sí en una cadena de 29 residuos localizados en el tercer bucle citoplasmático7. Estas dos isoformas, presentan un mismo patrón de expresión, aunque la proporción entre ellos depende de la región cerebral; así, los receptores D2S se expresan mayoritariamente en los cuerpos neuronales y en los axones de neuronas del mesencéfalo, y los receptores D2L, se expresan preferentemente en las zonas postsinápticas, en el estriado y en la glándula pituitaria.
Figura 1.6. Mapa del ensayo S1 nucleasa8
. Expresión de dos isoformas de RD2, D2S y D2L examinadas en diferentes zonas cerebrales. Cada línea contiene 10µg de RNA
6 Montmayeur, J. P.; Bausero, P.; Amalaiky, N.; Maroteaux, L.; Hen, R.; Borrelli, E. FEBS Lett. 1991, 278,
239.
7 Vallone, D.; Picetti, R.; Borrelli, E. Neurosc. & Behav. Rev. 2000, 24, 125.
8 Tan, S.; Hermann, C.; Iaccarino, M.; Omori, A.; Usiello, A.; Borrelli, E. Dopamine in the CNS., vol. I. Chapter 6, pág. 159. Ed. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 2002.
Ambas isoformas presentan un perfil farmacológico similar, pero diferentes características funcionales, puesto que como se menciona anteriormente, el tercer bucle intracelular desempeña un papel crucial en la transmisión de la señal, especialmente en la determinación de la especificidad del tipo de unión a la proteína G, y por ello, en la activación de diferentes vías de señalización9. Otra divergencia importante es la diferente sensibilidad de los receptores por la proteincinasa C la cual inhibe selectivamente la respuesta mediada por la isoforma D2S10.
También hay que destacar la diferenciación en la regulación de la internalización del receptor11. Recientemente, se relacionó la isoforma D2S con autorreceptores, mientras que la isoforma D2L se considera un receptor postsináptico12.
Receptores D3.
Se han identificado algunas isoformas del receptor D3, aunque codifican proteínas no funcionales.
Receptores D4
El análisis del receptor D4 revela la existencia de varias isoformas con variaciones polimórficas en la secuencia de codificación. Poseen en el tercer bucle intracelular una secuencia repetida de 16 aminoácidos, y el número de repeticiones diferencia a las isoformas: D4.1, D4.2, D4.4, D4.7, D4.10. La isoforma de cuatro repeticiones D4.4 es la predominante en la población humana (60%). El significado funcional de estas isoformas no ha sido elucidado, y a pesar de presentar diferencias de afinidad por el antipsicótico clozapina, no han sido relacionados con una mayor incidencia de la esquizofrenia13.
9 Senogles, S.E.; Heimert, T.L.; Odife, E.R.; Quasney, M.W. J. Biolog. Chem. 2004, 279, 1601. 10 Liu, Y.F.O.; Civelli, D.K.; Grandy, D.K.; Albert, P.R. J. Neurochem. 1992, 59, 2311.
11 Kim, S.J.; Kim, M.Y.; Lee, E.J.; Ahn, Y.S.; Baik, J. Molecular Endocrinology. 2004, 18, 640.
12 Usiello, A.; Bike, J.H.; RougeÂ-Pont, F.; Picetti, R.; Dietrich, A.; LeMeur, M.; Piazza, P.V.; Borrelli, E. Nature. 2000, 408, 199.
1.2.2. TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES DE LOS RECEPTORES