Homòmers i heteròmers dels receptors D(2) de dopamina: implicacions funcionals a l'estriat

Abstract

Els receptors acoblats a proteïna G són la diana d'una gran part dels fàrmacs en ús i en desenvolupament. L'homomerització i l'heteromerització entre GPCR és un concepte cada cop més acceptat dins la comunitat científica. I de fet, els heteròmers entre alguns d'aquests receptors s'estan postulant com a dianes terapèutiques emergents, com és el cas dels heteròmers de receptors A(2A)-D(2) per al cas de la malaltia de Parkinson. Per tant, l'objectiu general d'aquesta tesi ha estat conèixer els mecanismes pels quals els lligands clàssics, nous lligands i altres receptors de la membrana plasmàtica poden regular les característiques farmacològiques dels receptors de dopamina. Entendre la dinàmica dels GPCR i la seva regulació mitjançant lligands o altres proteïnes és fonamental per a desenvolupar fàrmacs més efectius, per això en el primer capítol d'aquest tesi s'ha estudiat i descrit la dinàmica dels receptors D(2) de dopamina i els efectes de l'estimulació per un agonista dels receptors en aquesta utilitzant la microscòpia confocal de disc giratori. El fet que els receptors es trobin en forma de dímers pot afectar a les seves propietats farmacològiques, per tant, aquest fet ha de ser tingut en compte a l'hora d'analitzar els resultats obtinguts en experiments d'unió de radiolligands. En el segon capítol s'han introduït els conceptes de cooperativitat i de modulación al•lostèrica entre agonista i antagonista aplicant el “two-state dimer receptor model” desenvolupat pel nostre grup (Casadó et al., 2009). Utilitzant aquests conceptes s'ha caracteritzat un nou lligand per als receptors D(2) de dopamina, obtingut a partir de l'escombratge d'una biblioteca d'híbrids quinolizidinapèptid, que té propietats d'agonista parcial. Recentment el nostre grup havia descrit l'heteromerització dels receptors de dopamina amb els receptors sigma1 (Navarro et al., 2010), en aquesta tesi hem descrit l'heteromerització dels receptors sigma1 amb els receptors D(2) de dopamina, hem caracteritzat les propietats d'aquest heteròmer i hem plantejat un mecanisme de com aquest fet pot intervenir en els mecanismes d'acció de la cocaïna. Als quart i cinquè capítol d'aquesta tesi hem descrit la modulació al•lostèrica dels receptors D(2) de dopamina per molècules no dopaminèrgiques, com la cafeïna o la cocaïna, a través dels heteròmers formats amb altres receptors (A2A o G1, respectivament). Ja que els heteròmers formats per receptors de dopamina poden ser una diana farmacològica per a controlar el sistema dopaminèrgic, i el nostre grup va descriure la possibilitat de formació d'heteròmers entre receptors A2A d'adenosina, 02 de dopamina i CB1 de cannabinoides, hem estudiat l'expressió i la funcionalitat d'aquests heteròmers en teixits obtinguts d'animals models (macacos i rates lesionats amb MPTP o 6-OHDA) de la malaltia de Parkinson en diferents estats de progressió. Els animals parkinsonians mostren intacta la capacitat d'aquests receptors per interaccionar funcionalment però s'ha observat una desaparició dels heteròmers i de les seves empremtes bioquímiques associades en animals (tant rates com primats) que han estat tractats amb L-dopa. El conjunt d'aquests resultats proporciona un nou escenari amb nous factors a tenir en compte a l'hora de dissenyar noves aproximacions terapèutiques en el camp dels GPCR.

Receptor homomerization and heteromerization is a concept becoming widely accepted. Indeed, the receptor heteromer A(2A)-D(2) has emerged lately as a major target on the treatment of Parkinson’s disease. The main aim of this thesis has been to understand the mechanisms by which receptor homomers and heteromers could be regulated by the classical ligands, novel ligands or by other receptors in the membrane. Understanding the trafficking of GPCR and their regulation by ligands is fundamental to develop more effective drugs. So studied the D(2) receptor ligand-promoted dynamics (Aymerich et al., 2011). We also studied the role of the receptor dimerization in ligand binding and introduced the concepts of cooperativity and antagonist-agonist modulation applying the two­state dimmer receptor model developed by our group (Casadó et al., 2009). Using these concepts we characterized a novel ligand for the dopamine D(2) receptors with properties of a partial agonist (article in preparation). We studied the capacity of D(2) dopamine receptors to form heteromers with or sygma σ1, related to cocaine addiction. We also described the allosteric modulation of D(2) receptors by non‐dopaminergic molecules, such as caffeine or cocaine, through other receptors (A2A or sygmaσ1, respectively) in the heteromers (articles in preparation). Since D(2) receptor heteromers could be a target to control the dopaminergic system, we also examined the expression of receptor heteromers between dopamine D(2), adenosine A(2A) and cannabinoid CB(1) receptors in native rat and primate models of Parkinson’s disease tissues, via the identification of the specific cross-talk between these receptors in ligand binding, and reported the disruption on these receptor heteromers in tissues from animals with L-dopa induced dyskinesia. (articles in preparation).