INTRODUCCIÓN

En 1998 les fue otorgado el Premio Nobel de Medicina y Fisiología a Robert Furchgott, Louis Ignarro y Ferid Murad, por sus contribuciones al descubrimiento del modo de acción del óxido nítrico (ON), siguiendo los métodos clásicos de investigación de la fisiología y de la farmacología. El óxido nítrico es un gas diatómico presente hace unos cuatro millones de años, y es parte de la contaminación, del humo de chimeneas o de los vehículos, entre otros. También se produce en la mayoría de las células para facilitar la transmisión de señales a través de las membranas celulares, regulando la función de otra célula. El descubrimiento de esta propiedad ha representado un nuevo principio de señalización en los sistemas biológicos y patológicos.

De ser estudiado como un producto de degradación resultante de la combustión de los derivados del petróleo, hoy en día, el ON es considerado como un elemento químico favorable, desde que se conoce de su producción en el organismo humano y animal. Corresponde a una molécula transmisora en los vasos sanguíneos, donde su formación continua por las células endoteliales, actúa sobre las unidades musculares subyacentes para mantener la vasodilatación y el flujo sanguíneo. Ejerce también un papel importante en los mecanismos inmunes de defensa: los macrófagos, cuando están activados, pueden sintetizar grandes cantidades de ON, que se usa como una molécula para destruir microorganismos.

Por otra parte, el GMP cíclico es otro mensajero importante. Aunque está distribuido por todo el organismo, tiene un papel crucial en el cerebro, el sistema cardiovascular y en los órganos sensoriales (por ejemplo, en la detección de luz por las células de la retina). De hecho, las células han utilizado el GMP cíclico desde tiempos ancestrales; esta molécula y la enzima que la sintetiza (guanilil ciclasa) se pueden encontrar en todo el reino animal, en plantas e incluso en bacterias. Es químicamente muy similar al AMP cíclico. A pesar de que fue descubierto también hace mucho tiempo (en 1963) y que su papel como segundo mensajero se acepta desde 1970, la regulación de la síntesis de este compuesto ha sido un misterio hasta hace muy pocos años. Esta cuestión se ha resuelto con el descubrimiento del óxido nítrico y de los péptidos natriuréticos.



En diversas patologías como hipertensión, hipercoleresterolemia, diabetes, envejecimiento, tabaquismo, disfunción eréctil e insuficiencia cardiaca se han observado alteraciones de la vía del óxido nítrico/GMP cíclico. Dada la relevancia clínica de estas deficiencias, se han realizado importantes esfuerzos de investigación para encontrar la forma de contrarrestar estas alteraciones. Los conocimientos sobre el óxido nítrico y la vía de señalización del GMP cíclico ofrecen nuevas dianas terapéuticas que permitirán en el futuro desarrollar avanzados tratamientos.

ÓXIDO NÍTRICO Y GMP CÍCLICO EN LA SEÑALIZACIÓN CELULAR Y LA INVESTIGACIÓN TERAPÉUTICA

Estudiando la guanilciclasa en varios homogeneizados de tejidos, se encontró sorpresivamente actividad en el particulado. Lo que más sorprendió fue la acción catalítica del homogeneizado en relación al sustrato guanosín-trifosfato (GTP). En cambio, la guanidil-ciclasa soluble (GCs) demostraba una actividad típica (tipo Michaelis-Menten). Se sospechó que las enzimas tenian diferentes isoformas, lo que no podía determinarse por lo impuro de la preparación en que se trabajaba. Esta purificación significó un trabajo de doce años. Por esta vía se descubrió que el azida de sodio (NaN3), el nitrito de sodio y la hidroxilamina activaban la enzima. Con estos activadores de la guanilciclasa se pensó estudiar la activación hormonal en los homogeneizados y determinar el mecanismo de acción molecular. Después de muchos experimentos se encontró que la hemoglobina y la miohemoglobina eran inhibidores del azida, que es el anión N3. Muestras extraídas de hígado o cerebro lo activaban porque el hígado procesaba un factor que convertía el ázide en activador, el que purificado resultó ser la catalasa. El anión N3, nitrato e hidroxilamina aumentan los niveles de GMP y producen relajación muscular igual como lo hacen la nitroglicerina y el nitroprusiato de sodio. Todas estas drogas que activan el GCs son relajantes del músculo liso y se las llama “nitrovasodilatadores” y actúan convirtiéndose en óxido nítrico el que a su vez activa el GCs.

Así se definió la acción de estas pre-drogas óxido nítricas. Pero también se cree que el óxido nítrico pueda actuar como un mensajero intracelular para hormonas y drogas. La idea que se pudiera activar una enzima con un radical libre (óxido nítrico) y que este radical libre fuese un mensajero endógeno molecular fue visto con escepticismo por los investigadores. Esto se pudo comprobar solo después de 7 años de estudio y con técnicas especiales.

El óxido nítrico es una molécula antiguamente conocida y hasta 1980 considerada como un contaminante ambiental producto de las combustiones. En 1980, Robert Ferchgott descubrió que el endotelio liberaba un factor que producía relajación del músculo liso vascular cuando se estimulaba con sustancias como la acetilcolina, histamina o bradiquinina. El autor sospechó que esta sustancia era un radical semejante al óxido nítrico que elevaba los niveles de GMP cíclico del músculo liso. Esta sustancia activaba la proteína quinasa dependiente del GMP cíclico y fosforilaba el músculo liso. Otros agentes que producen relajación muscular como los inhibidores de la fosfodiasterasa aumentan los niveles de nucleótidos cíclicos o disminuyen la concentración de calcio intracelular. Por estas razones Ferchgott concluyó que las sustancias que descubriera era el óxido nítrico o semjante (figura 1).

Los vasodilatadores endoteliales producen óxido nítrico que activa la guanilciclasa soluble para formar GMP cíclico. Este activa las proteinquinasa dependientes produciendo fosforilización proteica, disminución del calcio del citosol, desfosforilización de la cadena liviana de la miosina y relajación muscular.

Degucci estudiando la guanilciclasa en cultivo de neuroblastoma descubrió la relación del óxido nítrico con la L-arginina y la L-N-metilarginina. Así se ha encontrado en tejidos como cerebro, macrófagos y células endoteliales varias isoformas del ácido nítrico-sintetasa siendo la L –arginina el sustrato de la enzima y la L-N-metilarginina un inhibidor de la sintetasa. Las diversas isoformas son codificadas por diferentes genes en distintos cromosomas. Ellas oxidan la nitroguanidina de la L-arginina a la L-hidroxiarginina y de ahí a óxido nítrico y citrulina. Se ha logrado obtener ratones con supresiones específicas para cada una de las sintetasas del óxido nítrico en varios tejidos y sugerirlo como modelo en la elaboración de medicamentos.

El receptor para el óxido nítrico, la guanilciclasa soluble tiene 7 isoformas de las cuales en los mamíferos solo se encuentra en la forma alfa-1 beta-1. A niveles inferiores hay un grupo hemoprostético que es activado como homodímero. Cuando el óxido nítrico se une al hemoferroso se rompe la unión histidina y se pierde la inhibición de la acción catalítica de la GCs. Algo semejante puede lograr el monóxido de carbono pero a concentraciones mayores. Se están estudiando otras sustancias con igual acción, con fines terapéuticos para enfermedades como la angina o hipertensión. También se ha pensado en hipertensión pulmonar, la enfermedad de Raynaud, el vasoespasmo y desórdenes de la coagulación. Todas las guanilciclasas solubles tienen gran analogía en sus dominios catalíticos lo que sugiere que provienen de un mismo gen ancestral. El GMP cíclico puede regular los canales de los cationes, las proteinquinasa dependientes de él y algunas isoformas de fosfodiaterasas (figura 2). Cada uno de estos sitios moleculares en estas vías puede ser un objeto para estudio del uso de nuevas drogas como agentes simples y proveer también las bases para el desarrollo de terapias combinadas.

El GMPc formado bajo la influencia del óxido nítrico tiene múltiples efectos. Puede regular las isoformas de las proteinquinasas dependientes del GMPc, los nucleótidos fosfodiasterasas cíclicos, los canales catiónicos y tal vez otros procesos aún no conocidos. El procedimiento en cascada y sus efectos se pueden ver en la parte baja de la figura. Así BAY es el activador de la guanil-ciclasa soluble; BMP es el péptido natriuretico del cerebro; IRAG es el receptor inositol del sustrato quinasa CMPC y VASP la fosfoproteína vaodilatadora estimulada.

Muchas compañías biomoleculares se han fundado basadas en varios aspectos del óxido nítrico, péptidos nitroureicos y biología del GMP cíclico. Hay varias áreas clínicas como la de pacientes con hipertensión arterial, diabetes, arterioesclerosis, fumadores y obesos, los que tienen disfunciones endoteliales en los vasos sanguíneos y producen óxido nítrico en cantidades insuficientes. Uno de los varios senderos para el proceso y degradación de las proteínas es la metilación de los residuos de arginina en la proteína para producir dimetil L-arginina simétrica y asimétrica. La dimetil L-arginina asimétrica es un inhibidor competitivo del óxido nítrico sintetasa compitiendo con la L-arginina en el sitio de la catálisis. La dimetilarginina es metabolizada en una vía que requiere cofactores reducidores. Similarmente, el óxido nítrico sintetasa requiere de cofactores reducidos, el NADPH y BH4, para producir el óxido nítrico. Si los cofactores son deficientes o están oxidados, el óxido nítrico sintetasa produce el anión superoxidasa en vez del óxido nítrico. Las enfermedades mencionadas anteriormente están asociadas a un estrés oxidativo, producción de sustancias oxígeno reactivas como el hidrógeno peroxidasa y el anión superóxido y el radical hidroxilo que pueden oxidar los factores requeridos. Es así como el óxido nítrico sintetasa produce el anión superóxido en vez de óxido nítrico con lo que se acumula la dimetil L-arginina asimétrica la que a su vez inhibe el óxido nítrico sintetasa.

Además, el anión superóxido interactúa con el óxido nítrico y produce peroxinitrito reactivo que es un producto altamente tóxico a lo que se agrega la disminución de formación óxido nítrico y la eliminación acelerada del mismo. Los vasos sanguíneos no se dilatan apropiadamente, la presión arterial se eleva, se aceleran los procesos inflamatorios como la arterioesclerosis y se compromete el aparato vascular en general.

Algunas experiencias en animales sugieren que una alimentación suplementada con L-arginina y varios antioxidantes pueden ser de utilidad en estas enfermedades, pero se requiere nuevos estudios y experimentos para tener una mejor aproximación del uso de estos suplementos, perfeccionando los diseños, ya que los controles clínicos en esta área están en sus primeras etapas.