Regulación epigenética de la expresión estriatal del receptor de adenosina A(2A) en enfermedades neurológicas con trastorno motor asociado

Abstract

La adenosina es un metabolito presente en todo el organismo con distintas funciones fisiológicas. En el sistema nervioso central, desempeña un importante papel como neuromodulador a través de la interacción con sus receptores de membrana: los receptores de adenosina A(1), A(2A), A(2B) y A(3), siendo los más abundantes en el cerebro el A(1 )y el A(2A).

El receptor de adenosina A(2A) (A(2A)R) presenta una elevada expresión en el estriado, especialmente en las neuronas GABAérgicas medianas espinosas que conforman la vía indirecta de los ganglios basales. La actividad de esta vía está relacionada con la inhibición motora. La actividad del A(2A)R puede modular de hecho la actividad motora. Es bien conocido cómo, tanto en modelos animales como en humanos, los antagonistas del receptor, como la cafeína, estimulan el movimiento, mientras que sus agonistas tienen actividad sedante.

Las tres enfermedades abordadas en este trabajo han sido previamente relacionadas con alteraciones del sistema adenosinérgico. En la enfermedad de Parkinson, coincidiendo con una sintomatología hipocinética, se ha descrito una sobreexpresión patológica del A(2A)R en el estriado. La reducción de los niveles del receptor ha sido descrita en la misma región cerebral en el contexto de la enfermedad de Huntington, en la que se da una sintomatología hipercinética. La esquizofrenia, a su vez, ha sido relacionada con una disfunción de los ganglios basales y un déficit en la señalización adenosinérgica.

La línea de investigación en la que se enmarca este trabajo había determinado previamente cómo la expresión tejido específica del A(2A)R en el cerebro está controlada por la metilación de la región 5'UTR de su gen, ADORA2A. A lo largo de la presente tesis se ha investigado si éste u otros mecanismos epigenéticos están implicados en la aparición de niveles anómalos del receptor en las enfermedades de Parkinson y Huntington. Además, se han explorado los niveles de expresión del receptor en el estriado en personas con esquizofrenia. Para todo ello se ha trabajado fundamentalmente con muestras de putamen postmortem, una de las regiones del estriado que ha sido vinculada más estrechamente con el control motor.

Este trabajo ha permitido confirmar que la sobreexpresión patológica del A2A en el estriado en la enfermedad de Parkinson se produce ya en los primeros estadios de la enfermedad (estadios de Braak 1 a 3), coincidiendo con una bajada de los niveles del microARN hsa-miR-34b. El descenso en los niveles de este microARN había sido previamente descrito en cerebros postmortem de personas con Parkinson pero en otras regiones cerebrales, relacionándolo con estrés mitocondrial. En este trabajo se ha validado el A(2A)R como diana para este microARN mediante ensayos funcionales in vitro, por lo que se propone que el descenso del hsa-miR-34b promueve un aumento de los niveles del A(2A)R en el putamen desde las primeras etapas de la progresión patológica.

En cuanto a los resultados en la enfermedad de Huntington, se ha mostrado cómo la reducción de la expresión del A(2A)R en el estriado humano coincide con un incremento en los niveles de metilación y una reducción en los niveles de hidroximetilación de la región 5'UTR del ADORA2A.

El estudio llevado a cabo en la esquizofrenia ha revelado un importante descenso de la expresión del A(2A)R en la mitad de los casos patológicos analizados, coincidiendo con hipermetilación de la región 5'UTR del ADORA2A. Estos casos presentan además una sintomatología motora particular, lo que ha permitido proponer la existencia de un subgrupo de pacientes en esta enfermedad.

Esto resultados ofrecen soporte a ciertas estrategias terapéuticas propuestas para estas enfermedades y basadas en la modulación de la actividad o de la expresión del A(2A)R. Indican además un uso potencial para la medida de los niveles del A(2A)R en los pacientes con trastorno motor. Esta información permitiría una mayor personalización de los tratamientos y una mejora en la interpretación de las respuestas individuales a los fármacos.

Adenosine is a metabolite distributed throughout the entire organism with multiple physiological functions. In the central nervous system it plays a main role as neuromodulator, interacting with specific membrane receptors: A(1), A(2A), A(2B) and A(3). The most brain-enriched are A1 and A2A. Adenosine receptor A(2A) (A(2A)R) is highly expressed in the striatum, specially in the GABAergic medium-sized spiny neurons that form the indirect pathway of the basal ganglia, whose activity has been related with motor inhibition. There is evidence for A(2A)R activity involvement in motor behavior: A(2A)R antagonists, as caffeine, stimulate locomotion, while A(2A)R agonists are sedative.

The three diseases studied in this work have previously been related to adenosinergic system dysfunction. In Parkinson's disease, characterized by hypokinesia, a pathological overexpression of striatal A(2A)R has been described. In Huntington's disease, characterized by hyperkinesia, striatal A(2A)R expression is reduced. Schizophrenia has been related to basal ganglia dysfunction and reduced adenosinergic signaling.

In previous studies, the group described how DNA methylation regulates ADORA2A (A(2A)R gen) basal expression in different cell lines as well as its tissue-specific expression in brain. In the present thesis, it was studied whether this or other epigenetic mechanisms were involved in A(2A)R pathological expression levels detected in Parkinson or Huntington diseases. Besides, A(2A)R levels were analyzed in striatum of schizophrenia patients. The work has been performed mainly using human postmortem putamen samples, a striatal region strongly related to motor control.

Overall, the obtained results (i) reinforce the relation between A(2A)R striatal expression and motor control, (ii) demonstrate involvement of epigenetic mechanisms in pathological A(2A)R expression in different neuropathological contexts and (iii) support therapeutic strategies previously proposed based on the modulation of A(2A)R expression, and indicate potential usefulness of A(2A)R levels measure in patients with motor alterations, considering that this information would allow a better personalization of treatments and a better understanding of individual reactions to drugs.