Dinorfini (Dyn) su klasa opioidnih peptida koji nastaju iz prekursora proteina prodinorfina. Kada se prodinorfin cijepa tokom obrade pomoću proprotein konvertaze 2 (PC2), oslobađaju se višestruki aktivni peptidi: dinorfin A, dinorfin B i α/β-neoendorfin. Depolarizacija neurona koji sadrži prodinorfin stimulira PC2 obradu, koja se odvija unutar sinapsnih vezikula u presinapsnom terminalu. Povremeno, prodinorfin nije u potpunosti prerađen, što dovodi do oslobađanja "velikog dinorfina". "Veliki dinorfin" je molekula od 32 aminokiseline koja se sastoji od dinorfina A i dinorfina B.
Dinorfin A, dinorfin B i veliki dinorfin sadrže visok udio baznih aminokiselinskih ostataka, posebno lizina i arginina (29,4%, 23,1% , odnosno 31,2% baznih ostataka), kao i mnoge hidrofobne ostatke (41,2%, 30,8%, odnosno 34,4% hidrofobnih ostataka). Iako su dinorfini široko rasprostranjeni u CNS-u, njihove najveće koncentracije su u hipotalamusu, produženoj moždini, ponsu, srednjem mozgu i kičmenoj moždini. Dinorfini se skladište u velikim (promjera 80–120 nm) vezikulama gustog jezgra koje su znatno veće od vezikula koje skladište neurotransmitere. Ove velike vezikule gustog jezgra razlikuju se od malih sinapsnih vezikula po tome što je potreban intenzivniji i produženi stimulus da bi velike vezikule oslobodile svoj sadržaj u sinapsnu pukotinu. Skladištenje vezikula gustog jezgra karakteristično je za skladištenje opioidnih peptida.
Prve naznake o funkcionalnosti dinorfina dali su Goldstein. et al. u svom radu s opioidnim peptidima. Grupa je otkrila endogeni opioidni peptid u svinjskoj hipofizi koji se pokazao teškim za izolirati. Sekvenciranjem prvih 13 aminokiselina peptida, stvorili su sintetičku verziju peptida sa sličnom potentnošću kao i prirodni peptid. Goldstein i saradnici su primijenili sintetički peptid na uzdužni mišić gvinejskog ileuma i otkrili da je to izuzetno potentan opioidni peptid. Peptid je nazvan dinorfin (od grčkog dynamis, što znači moć) kako bi se opisala njegova potentnost.
Dinorfini ostvaruju svoje efekte prvenstveno putem κ-opioidnog receptora (KOR), receptora spregnutog s G-proteinom. Identificirana su dva podtipa KOR-a: K1 i K2. Iako je KOR primarni receptor za sve dinorfine, peptidi imaju određeni afinitet za μ-opioidni receptor (MOR), δ-opioidni receptor (DOR) i glutamatni receptor tipa N-metil-D-asparaginske kiseline (NMDA). Različiti dinorfini pokazuju različitu selektivnost receptora i potenciju na njima. Veliki dinorfin i dinorfin A imaju istu selektivnost za ljudski KOR, ali dinorfin A je selektivniji za KOR u odnosu na MOR i DOR nego veliki dinorfin. Veliki dinorfin je potentniji na KOR-ima nego dinorfin A. I veliki dinorfin i dinorfin A su potentniji i selektivniji od dinorfina B.
Proizvodnja Dinorfin se proizvodi u mnogim različitim dijelovima nervnog sistema, uključujući hipotalamus, striatum, hipokampus i kičmenu moždinu. Obrasci ekspresije gena iz Allenovog atlasa mozga kod miševa, makakija i ljudi mogu se vidjeti na linku here.
Dinorfin ima mnogo različitih fizioloških djelovanja, ovisno o mjestu proizvodnje. Na primjer, dinorfin koji se proizvodi u magnocelularnim vazopresinskim neuronima supraoptičkog jezgra važan je u obrascima električne aktivnosti. Dinorfin koji se proizvodi u magnocelularnim oksitocinskim neuronima je inhibitor negativne povratne sprege lučenja oksitocina. Dinorfin koji se proizvodi u arkuatnom jezgru i u oreksinskim neuronima lateralnog hipotalamusa utiče na kontrolu apetita.
Analgezija Pokazalo se da je dinorfin modulator odgovora na bol. Han i Xie su otkrili da ubrizgavanje dinorfina u subarahnoidni prostor kičmene moždine pacova proizvodi analgeziju zavisnu od doze, koja je mjerena latencijom trzaja repa. Analgezija je djelomično eliminirana opioidnim antagonistom naloksonom.
Han i Xie su otkrili da je dinorfin 6-10 puta potentniji od morfina po molu. Osim toga, tolerancija na morfin nije smanjila analgeziju izazvanu dinorfinom. Ren i saradnici su pokazali neke od složenosti povezanih s analgezijom izazvanom dinorfinom. Autori su otkrili da kombinovanje subanalgetskih nivoa morfina i dinorfina A1-13, verzije dinorfina A koja sadrži samo prvih 13 aminokiselina peptida, u kičmenoj moždini pacova ima aditivne efekte. Međutim, kada je dinorfin A1-13 ubrizgan u intracerebroventrikularnu (ICV) regiju mozga, imao je antagonistički efekat na analgeziju izazvanu morfinom.
Studija koju su sproveli Lai i saradnici otkrila je da dinorfin zapravo može stimulirati bol. Grupa je otkrila da djeluje na receptor bradikinina, kao i na KOR. N-terminalni tirozin dinorfina A je neophodan za aktiviranje opioidnih receptora kao što je KOR, ali je neophodan za vezivanje za receptore bradikinina. Lai i saradnici proučavali su efekte dinorfina A2-13 koji nije sadržavao N-terminalni tirozin. Na osnovu rezultata dinorfina A2-13, autori su predložili mehanizam u kojem dinorfin A aktivira receptore bradikinina i na taj način stimulira reakciju na bol.
Prema ovom mehanizmu, dinorfin aktivira receptore bradikinina, što pokreće oslobađanje kalcijumskih iona u ćeliju putem naponski osjetljivih kanala u ćelijskoj membrani. Blokiranje receptora bradikinina u lumbalnom dijelu kičmene moždine preokrenulo je upornu bol. Sistem višestrukih puteva mogao bi pomoći u objašnjavanju kontradiktornih efekata dinorfina u CNS-u.
Svensson i saradnici su pružili još jedan mogući mehanizam kojim dinorfin može uzrokovati bol u kičmenoj moždini. Autori su otkrili da primjena skraćenog dinorfina A2-17, koji se ne veže za opioidne receptore, uzrokuje povećanje fosforilirane p38 mitogenom aktivirane protein kinaze (MAPK) u mikrogliji u dorzalnom rogu kičmene moždine. Aktivirani p38 je prethodno povezan s oslobađanjem prostaglandina izazvanim NMDA, što uzrokuje bol. Dakle, dinorfin bi također mogao izazvati bol u kičmenoj moždini putem neopioidnog puta p38.
Druge studije su identificirale ulogu dinorfina i stimulacije kappa opioidnih receptora u neuropatskoj boli. Ista grupa je također pokazala da dinorfin-KOR sistem posreduje u proliferaciji astrocita, putem aktivacije p38 MAPK, što je bilo potrebno za efekte neuropatske boli na analgetske odgovore. Uzevši zajedno, ovi izvještaji ukazuju na to da dinorfin može izazvati višestruke efekte i na kappa opioidne i na neopioidne puteve kako bi modulirao analgetske odgovore.
Ovisnost Ovisnost o kokainu nastaje zbog složenih molekularnih promjena u mozgu nakon višestrukog izlaganja kokainu. Pokazalo se da su dinorfini važan dio ovog procesa. Iako jednokratno izlaganje kokainu ne utiče na nivoe dinorfina u mozgu, ponovljena izlaganja drogi povećavaju koncentracije dinorfina u striatumu i substantia nigra kod pacova.
Jedan predloženi molekulski mehanizam za povećanje nivoa dinorfina uključuje transkripcijsku regulaciju putem CREB (protein koji veže 3’,5’-monofosfatni odgovorni element). Prema modelu koji su predložili Carlezon i saradnici, upotreba kokaina povećava ekspresiju cAMP i cAMP-zavisne protein kinaze (PKA). PKA dovodi do aktivacije CREB-a, što povećava ekspresiju dinorfina u nucleus accumbens i dorzalnom striatumu, područjima mozga važnim za ovisnost. Dinorfin smanjuje oslobađanje dopamina vezivanjem za KOR-ove na dopaminskim nervnim završecima.
Kokain Carlezon i saradnici su izveli nekoliko eksperimenata kako bi potvrdili ovaj model. Otkrili su da su miševi, kada im je ubrizgan kokain, radije bili na mjestu gdje im je ubrizgan (pokazali su jaču preferenciju mjesta) znatno više nego kontrolni miševi (kojima je ubrizgan fiziološki rastvor). Međutim, kod miševa koji prekomjerno eksprimiraju CREB pod konstitutivnim promotorom, uočena je averzija prema mjestu. Ovo ukazuje na to da povećanje CREB-a poništava pozitivne efekte kokaina. Northern blot analiza nekoliko dana nakon prekomjerne ekspresije CREB-a pokazala je značajno povećanje dinorfin iRNK u akumbensnom jezgru.
Blokiranje KOR-ova antagonistom (norBNI) blokiralo je averzivne efekte uzrokovane prekomjernom ekspresijom CREB-a. Dakle, čini se da upotreba kokaina u konačnici dovodi do povećanja transkripcije prodinorfinske iRNK. Dinorfin inhibira oslobađanje dopamina, što bi moglo objasniti pojačavajuća svojstva kokaina.
Također postoje dokazi koji ukazuju na to da povećane količine dinorfina mogu zaštititi ljude od ovisnosti o kokainu. Prema istraživanju na Univerzitetu Rockefeller, gen za dinorfin prisutan je u dvije verzije: funkcionalna varijacija "visoke proizvodnje" i funkcionalna varijacija "niske proizvodnje". Visokoproduktivna funkcionalna varijacija gena sadrži polimorfizme u promotorskim regijama za koje se pretpostavlja da uzrokuju proizvodnju više kopija dinorfinske iRNK, što bi ljudima koji nose ovu varijaciju dalo "ugrađeni odbrambeni sistem" protiv ovisnosti o drogama.
Stres i depresija Land i saradnici su prvi opisali mehanizam disforije u kojoj kortikotropin-oslobađajući faktor (CRF) izaziva oslobađanje dinorfina. Dok su kontrolni miševi pokazivali averzivno ponašanje kao odgovor na testove prisilnog plivanja i elektrošokove u stopalima, miševi kojima je nedostajao dinorfin nisu pokazivali nikakve takve znakove averzije. Primijetili su da ubrizgavanje CRF-a dovodi do averzivnog ponašanja kod miševa s funkcionalnim genima za dinorfin čak i u odsustvu stresa, ali ne i kod onih s delecijama gena za dinorfin. Averzija prema mjestu je eliminirana kada je receptor CRF2 blokiran antagonistom.
Zajedno, ovi rezultati su naveli Landa i saradnike da zaključe da se disforični elementi stresa javljaju kada CRF2 stimulira oslobađanje dinorfina i aktivira KOR. Grupa je dalje pretpostavila da bi ovaj put mogao biti uključen u ponašanje traženja droge. U prilog tome, prethodno je pokazano da stres može ponovo uspostaviti ponašanje traženja kokaina kod miševa putem CRF mehanizma.
Također je dokazano da dinorfin utiče na ponašanje u traženju droge i potreban je za ponovno uspostavljanje traženja kokaina izazvano stresom, ali ne i primjesom, izazvano. Nizvodni element ovog puta kasnije su identificirali Bruchas et al. Autori su otkrili da KOR aktivira p38, člana porodice protein kinaza aktiviranih mitogenom (MAPK), putem fosforilacija. Aktivacija p38 je neophodna za stvaranje ponašanja zavisnih od KOR-a.
Zbog svoje uloge u posredovanju disforije, dinorfin je također istraživan u vezi sa depresijom. Newton et al. proučavali su efekte CREB-a i dinorfina na naučenu bespomoćnost (životinjski model za depresiju) kod miševa. Prekomjerna ekspresija dominantno negativnog CREB-a (mCREB) kod transgenih miševa imala je antidepresivni učinak (u smislu ponašanja), dok je prekomjerna ekspresija divljeg tipa CREB-a uzrokovala povećanje simptoma sličnih depresiji. Kao što je prethodno opisano, CREB povećava transkripciju prodinorfina, što dovodi do različitih podtipova dinorfina. Newton i saradnici podržali su ovaj mehanizam, jer je mCREB bio kolokaliziran sa smanjenom ekspresijom prodinorfina. Također, direktni antagonizam dinorfina uzrokovao je antidepresivne efekte slične onima koji se vide kod ekspresije mCREB-a. Dakle, CREB-dinorfinski put reguliše raspoloženje, kao i nagrade za kokain.
Shirayama et al. koristili su se sa nekoliko životinjskih modela depresije kod pacova kako bi opisali efekte dinorfina A i B na depresiju. Autori su otkrili da naučena bespomoćnost povećava nivoe dinorfina A i B u hipokampusu i nucleus accumbens-u te da injekcija KOR antagonista norBNI indukuje oporavak od naučene bespomoćnosti. Stres imobilizacije uzrokuje povećanje nivoa i dinorfina A i B u hipokampusu i nucleus accumbens-u. Stres prisilnog plivanja povećava nivoe dinorfina A u hipokampusu. Shirayama i saradnici zaključili su da su i dinorfini A i B važni u odgovoru na stres. Autori su predložili nekoliko mehanizama koji objašnjavaju efekte KOR antagonista norBNI na naučenu bespomoćnost. Prvo, povećani nivoi dinorfina blokiraju oslobađanje glutamata, neurotransmitera uključenog u plastičnost u hipokampusu, što bi inhibiralo novo učenje.