Heterómeros de receptores de dopamina como dianas terapéuticas en la enfermedad de Parkinson y en discinesias inducidas por el tratamiento con L-DOPA

Abstract

La desregulación de la transmisión dopaminérgica da lugar a la enfermedad de Parkinson. Los receptores de dopamina interaccionan con receptores tanto de la misma familia como con otros tipos de receptores, para formar complejos heteroméricos organizados. Fruto de nuestro trabajo, hemos descubierto que los receptores de adenosina A2A, de cannabinoides CB1 y de dopamina D2 forman heterómeros en el núcleo caudado de Macaca fascicularis no lesionados o lesionados con MPTP pero no en el putamen. Hemos identificado una interacción negativa a nivel de unión de ligandosque se observa en el caudado pero no en el putamen, y también en el estriado de ratas no lesionadas y lesionadas con 6-hidroxidopamina, indicando la expresión del heterotrímero en el estriado de estos animales. La aparición de discinesia en los macacos o ratas por el tratamiento de L-DOPA comporta la pérdida de la expresión del heterotrímero en el caudado de macacos y en el estriado de ratas. Quisimos investigar más a fondo las interacciones con otras proteínas que pueden modular la actividad de dos de los receptores que forman parte del heterotrímero A2A – D2 – CB1 y que tienen un papel importante en la vía indirecta, que está sobre-activada en la patología. La adenosina desaminasa (ADA) es una enzima del metabolismo purínico que regula la cantidad de hormona extracelular que se une a los receptores y mediante su interacción con éstos es capaz de potenciar la unión de los ligandos a los receptores A1i A2A de adenosina, independientemente de su actividad catalítica. Además comprobamos que las mutaciones que más afectan las características cinéticas de la ADA están implicadas en la interacción del enzima con los receptores A1 y A2A de adenosina. El conjunto de nuestros resultados sugiere, que es la forma abierta de la ADA la que es capaz de interaccionar funcionalmente con los receptores de adenosina. Las vías dopaminérgicas y especialmente la señalización mediada por los receptores D1 y D2 de dopamina, están profundamente implicadas en la adicción a cocaína. Ésta, además de interaccionar con DAT, puede unirse a otras proteínas como los receptores sigma-1. Los receptores sigma-1 forman heterómeros con los receptores D2 de dopamina pero no con los otros miembros de la familia D2. Estos heterómeros están constituidos como mínimo por la interacción entre homodímeros de sus componentes. La unión de la cocaína al receptor sigma-1 induce cambios estructurales y funcionales en los heterómeros σ-1-D2, afectando la unión de agonistas sobre los receptores D1 y D2. Esto podría resultar en una desregulación del balance entre las vías directa e indirecta del estriado que contienen neuronas que expresan receptores D1 y D2 respectivamente. Aunque la causa molecular de las discinesias inducidas por el tratamiento del Parkinson con L-DOPA no está del todo clara, diferentes trabajos han mostrado la importancia del receptor de dopamina D3 i nos parecía que la interacción entre receptores de dopamina D1 i D3podia ser una diana prometedora. Se ha detectado un gran incremento del receptor D3 en ambos hemisferios de las ratas discinéticas y correlaciona con el número de células positivas para la PLA D1-D3 tanto en el modelo murino como en el de primate no humano, mientras que, el receptor D1 sólo incrementa su expresión en el hemisferio lesionado. Además, se ha identificado un cross-talk positivo D1-D3 en el lado ipsilateral de las ratas lesionadas discinéticas que incrementa la afinidad del D1 hasta llegar a equilibrarse con el lado contrario (lográndose una simetría). En todas las condiciones, en el lado contralateral a la lesión el receptor D1 siempre se muestra más afín a sus ligandos.

Long-term therapy with L-DOPA, still the most effective treatment in Parkinson’s disease, is associated with severe motor complications such as dyskinesia. It’s known that A2A-CB1-D2 receptors may interact and form functional heteromers. Our results in rat striatum showed that heterotrimer is present in the striatum of both naïve and hemiparkinsonian rats, whereas that the heteromers are lost following treatment with L-DOPA. In a primate model, A2A-CB1-D2 heteromers were abundant in the caudate nucleus of both naïve and lesioned monkeys, whereas analogously to in rodents, L-DOPA treatment blunted the biochemical fingerprint and led to weak expression. The combination of computational and in vitro experiments shows that the structural gate of the catalytic site (α-1 helix containing residues L58-I72 and the loop containing residues A184-I188 of ADA) is important to maintain both the catalytic efficiency of adenosine deaminase and its action as an allosteric modulator of A1 and A2A adenosine receptors. Our data are in line with the notion that the interaction of ADA with adenosine receptors has an important role in the immunosynapse. Using biophysical, biochemical, and cell biology approaches, we discovered that D2 receptors (the long isoform of the D2 receptor) can complex with σ-1 receptors, a result that is specific to D2 receptors, as D3 and D4 receptors didn’t form heteromers. We demonstrate that the sigma-1- D2 receptor heteromers, are found in mouse striatum and that cocaine, by binding to that heteromers, inhibits downstream signaling in both cultured cells and in mouse striatum. Our results illuminate the mechanism by which the initial exposure to cocaine can inhibit signaling via D2 receptor containing neurons.

Binding assays in striatal samples from rodent showed a lateralization of dopamine D1 receptors whose affinity was higher in the left striatum. In dyskinetic striatal samples, the increase in D1-D3 receptor heteromers seem responsible for higher sensitivity in D1 receptor-mediated signaling. This is particularly due to the D3 receptor-mediated increase in the affinity of dopamine for the D1 receptor in the right side that becomes similar to that in the left side. Dyskinesia results from or cause a balancing of D1-mediated transmission in left/right striatum.