EL ÓXIDO NÍTRICO Candela Quiroga Fernández Elba Rico Rodríguez Marta Sofia Rafael Marques Vanesa Riveiro Blanco Laura Ramos Alonso Alejandro Rivero de Aguilar Pensado Daniel Reboredo Siota Míriam Rodríguez Bestilleiro Alexandra Renda Alcalde (Grupo S5)

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN: El NO y su importancia biológica EL ÓXIDO NÍTRICO (NO) Radical libre gaseoso resultante de la combinación de un átomo de Oxígeno y otro de Nitrógeno (PM de 30 Da): - Gas: liposoluble → difusión rápida a través de membranas - Radical libre: elevada reactividad → semivida de segundos Inicialmente fue denominado “Factor Relajante Derivado del Endotelio” (EDRF): - Campo de estudio reciente (80s) - Molécula de señalización celular - Acción sobre el s. cardiovascular VASODILATACIÓN

¡Algo que contrasta con la simplicidad de su estructura química! INTRODUCCIÓN: El NO y su importancia biológica Con el paso del tiempo se comprueba que desempeña diversas e importantes funciones biológicas: AP. CARDIOVASCULAR SISTEMA NERVIOSO SISTEMA INMUNOLÓGICO Hmm, óxido nítrico… ¡Algo que contrasta con la simplicidad de su estructura química!

INTRODUCCIÓN: Biosíntesis del NO La biosíntesis del óxido nítrico corre a cargo de los enzimas conocidos como óxido nítrico sintasas (NOS). La NOS cataliza la oxidación de un nitrógeno guanidino terminal de la L-arginina, para liberar NO y obtener L-citrulina: NOS L-arginina L-citrulina + NO (g) Se trata de una compleja reacción en la que actúan como coenzimas el NADPH, el FAD, el FMN y la tetrahidrobiopterina (BH4) y el grupo hemo como cofactor redox. La NOS presenta una estructura dimérica y un funcionamiento bimodal, ya que combina las actividades oxignesasa y reductasa asociadas a diferentes dominios estructurales: NADPH e- e- NO NH2 ARG – HEMO – BH4 FMN – FMN FAD – NADPH COOH Dominio oxigenasa Dominio reductasa CaM

(expresión ante estímulo) INTRODUCCIÓN: Biosíntesis del NO FORMAS ISOENZIMÁTICAS DE LA NOS (genes y localizaciones ≠) - Dependientes de calcio - Pequeñas cantidades de NO (pmol) durante intervalos cortos - NO = mensajero fisiológico NOS constitutivas (expresión constante) · NOS endotelial (NOSe): endotelio, plaquetas · NOS neuronal (NOSn): S.N. Central y Periférico - Independiente de calcio - Grandes cantidades de NO (nmol) durante intervalos largos NOS inducible (expresión ante estímulo) - NO = agente citoestático y citotóxico · NOS inducible (NOSi): macrófagos y PMN

INTRODUCCIÓN: Biosíntesis del NO Cuadro resumen de las isoenzimas de la NOS

INTRODUCCIÓN: Mecanismo de acción y acciones fisiopatológicas Ideas básicas - Químico: · Neurotransmisores: acetil-colina, bradicinina, sustancia P… 1. Síntesis en respuesta a un estímulo · Citokinas: IFNγ - Físico: fuerzas de cizallamiento de la sangre sobre el endotelio 2. No se acumula en vesículas → difunde desde la célula productora hasta la célula diana · ↓[NO] y [rads. libres] mensajero 3. Sus acciones dependen de la [NO] y del ambiente celular (radicales libres) · ↑[NO] y [rads. libres] función defensiva daño tisular

↑[GMPc] INTRODUCCIÓN: Mecanismo de acción y acciones fisiopatológicas Acción como mensajero estímulo Guanilato ciclasa + Fosfodiesterasa 5 L-arginina GTP GMPc GMP NOS ↑[GMPc] L-citrulina + NO Enzimas con Fe - Canal iónico PKs CÉLULA PRODUCTORA DE NO CÉLULA DIANA DEL NO

INTRODUCCIÓN: Mecanismo de acción y acciones fisiopatológicas NO MENSAJERO FISIOLÓGICO (bajos niveles de NO y rads. libres) AGENTE CITOTÓXICO (altos niveles de NO y rads. libres) Regulación de funciones fisiológicas Metales de transición (Fe-S) Inhib. enzimática irreversible [Hemo] ↑GMPc Depleción de energía y citostasis Nitrosilación irreversible (↑ADP ribosilación) Inactivación Transporte Nitrosilación reversible Grupos tiol Depleción de energía Oxidación (ONOO-) Nitración (N2O3) Excreción NO2- O2 O2- reacción con Daño celular El NO sintetizado en bajas cantidades participa en la regulación de funciones homeostáticas, mientras que en grandes cantidades ejerce una acción citotóxica que puede ser beneficiosa frente a patógenos o lesiva sobre el organismo que lo produce.

EFECTOS DEL NO EN EL APARATO CARDIOVASCULAR

EFECTOS DEL NO: Aparato cardiovascular ACCIÓN VASODILATADORA Y ANTIHIPERTENSIVA El NO de origen endotelial desempeña un papel fundamental como relajante vascular. Es sintetizado en respuesta a dos estímulos: 1. 2. 1. Unión de ligandos a los receptores 2. Fuerzas de cizallamiento Hiperpolarización ↓ Permeabilidad de canales K+ ↑ Actividad de ATPasa de Ca2+ ↓ Fosforilación de la cadena ligera ↑ Fosfatasa cadena ligera miosina ↑ Actividad fosfolipasa C La relajación del músculo causa vasodilatación y disminución de la presión arterial por ↓R vascular → tono basal = vasodilatación

Problemas: vasculitis y shock séptico EFECTOS DEL NO: Aparato cardiovascular ACCIÓN ANTIAGREGANTE Y DE PROTECCIÓN DE LA INTEGRIDAD VASCULAR El NO inhibe la activación, adhesión y agregación plaquetaria y modula la activación del plasminógeno, previniendo la formación de trombos. También protege frente a ciertas disfunciones vasculares (ateroesclerosis), ya que dificulta algunos de los eventos involucrados en el desarrollo de estas patologías: - Previene la adhesión de monocitos y PMN al endotelio vascular - Dificulta el depósito de lipoproteínas en la íntima - Inhibe la proliferación de las células del músculo vascular Papel crítico del NO en el mantenimiento de la homeostasis vascular Problemas: vasculitis y shock séptico

EFECTOS DEL NO EN EL SISTEMA NERVIOSO

EFECTOS DEL NO: Sistema Nervioso A diferencia de los neurotransmisores convencionales, el NO no se acumula en vesículas sino que se sintetiza en el momento en que es necesitado y difunde rápidamente a través de la membrana de la neurona. PAPEL EN EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL 1. Activación de las NOSn en la neurona presináptica (NO: mensajero anterógrado) Potencial de acción Guanilato ciclasa + NO GTP GMPc

EFECTOS DEL NO: Sistema Nervioso 2. Activación de las NOSn en la neurona postsináptica (NO: mensajero retrógrado) La NOSn se puede activar en respuesta a un ↑[Ca2+] producido tras la unión de GLU a los receptores NMDA de la membrana postsináptica. Potencial de acción Receptor NMDA + GLU GTP GMPc Guanilato ciclasa + NO El NO refuerza la liberación de neurotransmisor y mantiene por más tiempo la señal nerviosa jugando un papel importante en la potenciación de la sinapsis a largo plazo (plasticidad neuronal, memoria y aprendizaje).

EFECTOS DEL NO: Sistema Nervioso La generación de grandes cantidades de NO tras una estimulación excesiva de receptores NMDA está relacionada con la destrucción neuronal asociada a los accidentes cerebrovasculares y las enfermedades neurodegenerativas PAPEL EN EL SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO El NO se considera mediador de la transmisión no adrenérgica no colinérgica (NANC) en: - Músculo liso del tracto gastrointestinal - Músculo liso del aparato respiratorio - Músculo liso del aparato genitourinario Problemas causados por la disfunción de la neurotransmisión nitrérgica (NO): - Alteraciones en la motilidad gastrointestinal (estenosis pilórica hipertrófica y acalasia) - Hiperreactividad bronquial asociada al asma - Impotencia masculina

EFECTOS DEL NO EN LA RESPUESTA INMUNE INNATA

EFECTOS DEL NO: Respuesta inmune innata Los neutrófilos y macrófagos son componentes esenciales de la inmunidad innata que ejercen una acción protectora frente a microorganismos patógenos gracias al mecanismo de la fagocitosis. MECANISMO DE FAGOCITOSIS MECANISMOS DE EVASIÓN Mycobacterium spp. Toxoplasma gondii Leishmania spp.

EFECTOS DEL NO: Respuesta inmune innata Para mejorar su eficacia e incluso poder contrarrestar a los parásitos intracelulares, los fagocitos pueden experimentar un proceso de activación a través de diferentes estímulos: IFN-γ LINFOCITO NK + DETERMINADOS PAMPs TNFα + MACRÓFAGO IL-12 Unión a PRRs CONSECUENCIAS IFN-γ - Destrucción microbiana + CD40-L IL-1 - Inflamación IL-12 - Remodelación tisular LINFOCITO TH1

ESTALLIDO RESPIRATORIO EFECTOS DEL NO: Respuesta inmune innata La mejora de la actividad microbicida del fagocito se concreta en tres aspectos: ACTIVIDAD MICROBICIDA ENZIMAS MICROBICIDAS · Hidrolasas · Lisozima · Defensinas · Lactoferrina ESTALLIDO RESPIRATORIO NADPH oxidasa ↓ Especies reactivas del oxígeno SÍNTESIS DE NO Óxido nítrico sintasa inducible ↓ Especies reactivas del nitrógeno NADPH oxidasa superóxido dismutasa O2 O2- H2O2 ·OH

EFECTOS DEL NO: Respuesta inmune innata El NO es sintetizado en grandes cantidades y difunde libremente: Radical peroxinitrito (oxidante) Reducción de reservas de Fe Inactivación de enzimas con grupos prostéticos Fe-S PROBLEMAS: VASCULITIS Y SHOCK SÉPTICO EJEMPLO IFN-γ Macrófagos infectados con Leishmania sp. Macrófagos activados

ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA

ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA CLASIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS - Fármacos que promueven los efectos del NO: · Inhalación de NO · Fármacos donantes de NO · Fármacos inhibidores de la PDE5 · Otros - Fármacos que contrarrestan al NO: · Inhibidores de la NOS Inhalación de NO Por su naturaleza gaseosa, su inestabilidad y por ser inactivado por la Hb al entrar en contacto con la sangre, la administración directa de NO se limita al tratamiento de la hipertensión arterial pulmonar.

ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA: Fármacos que promueven los efectos del NO El endotelio vascular y el epitelio bronquial son las principales fuentes de NO en el pulmón, manteniendo un estado de vasodilatación → la disminución de producción del gas da lugar a un incremento de la resistencia vascular que causa hipertensión. El NO se administra por vía inhalatoria en el tratamiento de la hipertensión arterial pulmonar persistente neonatal, mejorando de forma inmediata la oxigenación y la hemodinámica pulmonar.

ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA: Fármacos que promueven los efectos del NO Fármacos donantes de NO Son un conjunto de sustancias que liberan NO en el organismo tras su administración. Donantes indirectos · Requieren ser metabolizados para poder liberar NO · Poca o nula selectividad tisular · Nitroglicerina → utilizada para provocar relajación de los vasos coronarios, ↓ del trabajo cardíaco y ↑ de riego al miocardio. Tratamiento y prevención de angina de pecho, tratamiento post-infarto, tratamiento coadyuvante de la insuficiencia cardíaca congestiva… Donantes directos · Liberan NO sin metabolización previa Pese a esto, no mejor resultado que donantes indirectos · Selectividad tisular · S-nitroglutatión → inhibe la función plaquetaria, suminisrando NO a la NOSe · Trinitrato de glicerilo → más potente sobre el músculo vascular que sobre plaquetas

Tratamiento de la disfunción eréctil ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA: Fármacos que promueven los efectos del NO Fármacos inhibidores de la PDE5 Se trata de fármacos cuya estructura química deriva de o es semejante al GMPc: Tratamiento de la disfunción eréctil La PDE5 es la isoforma de fosfodiesterasa de nucleótidos cíclicos predominante en el tejido eréctil del pene.

Acúmulo de sangre en el pene ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA: Fármacos que promueven los efectos del NO Fisiología de la erección Estímulos visuales o ideas Descarga parasimpática desde el plexo sacro Estimulación física Liberación de acetil-colina en el endotelio de los tejidos eréctiles Contracción muscular Liberación de NO por acción de la NOSe Difusión SILDENAFILO Compresión venosa PDE5 - ↑[GMPc] Acúmulo de sangre en el pene (erección) Relajación de la musculatura vascular Vasodilatación

Mejoran hemodinámica en inflamación y shock séptico ACTUACIÓN FARMACOLÓGICA (final) Otros compuestos relacionados Suplementos de L-arginina Antioxidantes FÁRMACOS QUE CONTRARRESTAN LOS EFECTOS DE NO: Inhibidores de la NOS Son compuestos capaces de inhibir la actividad de la NOS actuando en el lugar de unión de los distintos sustratos o cofactores. Suelen actuar de forma competitiva: Ensayos clínicos Mejoran hemodinámica en inflamación y shock séptico

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA Farmacología / H.P. Rang y colaboradores. Elsevier, 2008. Farmacología humana / Jesús Flórez. 5ª edición. Elsevier Masson, 2008. Inmunología de Kuby / Kindt, Goldsby y Osborne. 6ª edición. McGraw-Hill, 2007. Molecular biology of the cell / B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raft. 5th edition. Garland Science, 2008 Principios de neurociencia / Kandel y colaboradores. McGraw-Hill Interamericana de España, 2001. Tratado de fisiología médica / Arthur C. Guyton y John E. Hall. Elsevier España, 2006.