Los neurotransmisores (NT) son un ejemplo de señalización de corto alcance de célula a célula (también conocida como paracrina ), y las vías de señalización son ubicuas en todas las formas de vida. Puede encontrar las moléculas comúnmente usadas como NT en todo, desde simples microorganismos hasta plantas y todo el reino animal.
Aquí hay una tabla que resume algunas medidas de acetilcolina y catecolaminas en microorganismos, plantas y animales (artículo original disponible en Research Gate [1]):
Aunque la tabla está etiquetada como “neurotransmisores”, estas medidas son solo para las moléculas mismas, y su uso en diferentes formas de vida es bastante diversa. Por ejemplo, en paramecio, la acetilcolina molecular participa en la conjugación. [2] En las plantas, las catecolaminas pueden servir como una forma de defensa química [3].
Las moléculas que se usan como neurotransmisores en sí podrían haber surgido por primera vez a través de otros procesos, y la evidencia parece indicar que la neurotransmisión no evolucionó a través de la aparición de nuevas moléculas, sino nuevas formas de utilizar los mismos conjuntos de moléculas:
La presencia de hormonas, neurotransmisores, sus receptores y enzimas biosintéticas y degradativas está claramente asociada no solo con el presente y el pasado reciente, sino también con los últimos cientos de millones de años. La evidencia está aumentando, lo que indica una conservación sustancial de la estructura de la proteína y la función de estos receptores y enzimas durante estos tremendos períodos de tiempo. Estos hallazgos indican que la evolución y el desarrollo del sistema nervioso no dependían de la formación de nuevas o mejores sustancias transmisoras, proteínas receptoras, transductores y proteínas efectoras, sino que implicaban una mejor utilización de estos elementos altamente desarrollados para crear circuitos avanzados y refinados. [4] ]
¿Qué neurotransmisor, entonces, apareció primero? La acetilcolina es un candidato probable (y fue descubierto primero por Henry Dale [5]), pero las catecolaminas se ven también bastante temprano. Tampoco he mencionado los dos neurotransmisores más frecuentes en el cerebro humano, el glutamato y el ácido gamma- aminobutírico, que son aminoácidos intermedios y / o productos en las principales vías metabólicas (y, por lo tanto, también se observan en todas las formas de vida). [6]
La línea de tiempo general, entonces, parece ser así *:
- Las moléculas que eventualmente se usarían como NT fueron inicialmente productos de vías metabólicas en vida unicelular y muticelular más simples, o se usaron como señales químicas.
- Estos componentes moleculares comunes fueron luego reutilizados en mecanismos de señalización más complejos
- Acontecimientos evolutivos posteriores pueden haber provocado la diversidad y variedad en las proteínas asociadas a los neurotransmisores.
Una cosa a tener en cuenta es que las moléculas de los neurotransmisores no son proteínas codificadas en los genes, pero los otros componentes de la neurotransmisión (receptores, transportadores y enzimas) son proteínas, y la divergencia evolutiva de los subtipos de los neurorreceptores es, si se pregunta yo, posiblemente más importante para el desarrollo del sistema nervioso.
En el caso de los neurorreceptores, parece haber muchos ejemplos de duplicación y divergencia de genes. Por ejemplo, los receptores del canal iónico regulados por ligando, un grupo que incluye receptores para Ach, glicina y GABA, parecen tener un gen ancestral común, que se diferenciaba en formas de invertebrados y vertebrados. Las formas de los vertebrados se duplicaron y divergieron de nuevo en la variedad de formas que parecen ser de mamíferos y otros animales. [7] Se observan patrones similares de duplicación y divergencia con los receptores vinculados a la proteína G también. [8]
También hay algunas historias evolutivas muy interesantes con neurorreceptores, a nivel de la secuencia de ADN. Los polimorfismos en la región promotora de genes relacionados con el sistema de serotonina ( 5-HTTLPR y MAOALPR ) se han relacionado con la agresividad en mandriles (género Papio ), y las diferencias de comportamiento entre estas especies parecen estar conectadas a la presión selectiva de estos genes regiones donde se encuentra Papio. [9] *
tl; dr : los neurotransmisores fueron las primeras moléculas utilizadas por organismos unicelulares y multicelulares para otros fines relacionados con el metabolismo y las señales de quimioterapia. En algún punto de la evolución, comenzaron a ser utilizados por otras vías de señalización, y en invertebrados y vertebrados, los eventos de duplicación y divergencia conformaron la variedad de subtipos de neurorreceptores que se ven en la actualidad.
Notas:
* Este informe se basa en parte en notas de más de 3 años de una electiva de graduado en neurogenética. Las referencias, hasta donde yo sé, aún son buenas, sin embargo. Con suerte, los expertos de Quora con más conocimiento en profundidad también se darán cuenta.
** Para otro ejemplo de un nombre genético pegadizo, MAOALPR se ha denominado “El gen Guerrero”
*** Tal vez se haya dado cuenta de que esta respuesta ni siquiera aborda los NT y los coemisores de péptidos. Se descubrieron NT de péptidos pequeños después de las principales catecolaminas y NT de aminoácidos, y no estoy muy familiarizado con esa parte específica de la literatura. Sin embargo, parece probable que estas NT de péptidos también tuvieran el mismo patrón, utilizado originalmente para otros fines.
Notas a pie de página
[1] Consideraciones evolutivas de neurotransmisores en células microbianas, vegetales y animales
[2] Síntesis de la molécula de señal acetilcolina durante el ciclo de desarrollo de Paramecium primaurelia (Protista, Ciliophora) y su posible diversión … – PubMed – NCBI
[3] Evolución de los sistemas de receptores de neurotransmisores.
[4] Evolución de los sistemas de receptores de neurotransmisores.
[5] Henry Dale y el descubrimiento de la acetilcolina.
[6] http://www.sciencedirect.com/sci…
[7] Evolución precoz de receptores Ionotrópicos de GABA y regímenes selectivos que actúan sobre las subunidades de Theta y Epsilon específicas de mamíferos.
[8] La evolución molecular de los receptores acoplados a la proteína G: enfoque en los receptores 5-hidroxitriptamina.
[9] Información sobre la base genética de la agresión en Papio y la evolución de dos polimorfismos de longitud en las regiones promotoras de los genes relacionados con la serotonina (5-HTTLPR y MAOALPR) en Papionini
