Potencial dels heteròmers de receptors d'adenosina i de cannabinoides com a dianes terapèutiques en malalties neurodegeneratives i obesitat

Abstract

[cat] Els receptors acoblats a proteïna G o GPCR conformen la major superfamília de proteïnes de membrana cel·lular en organismes eucariotes. De fet, en humans s'han descrit més de 800 tipus de GPCR diferents que suposen al voltant d'un 5% del total del genoma humà. En l'actualitat, ostenten una gran rellevància terapèutica, ja que més del 30% dels fàrmacs aprovats per la FDA (Food and Drug Administration) tenen com a diana terapèutica un d'aquests receptors. Per aquest motiu, els GPCR presenten un gran potencial per a la recerca biomèdica. A més, aquests receptors són capaços d'interaccionar específicament entre ells, originant noves unitats funcionals amb propietats diferents a les que presenten els receptors individualment. En aquest sentit, el procés d'heteromerització entre GPCR és una estratègia puntera pel descobriment de noves dianes terapèutiques per tal de fer front a diverses patologies altament esteses en la nostra societat tals com les malalties neurodegeneratives o l'obesitat.

L'objectiu principal d'aquesta Tesi Doctoral ha estat estudiar la possible interacció molecular entre diversos receptors acoblats a proteïna G. En primer lloc, s'ha estudiat la interacció dels receptors cannabinoides CB1 i CB2 amb el receptor de grelina GHS-R1a, per tal d'explicar un dels mecanismes d'acció a través del qual els cannabinoides són capaços de modular processos fisiològics com la sensació de gana i el control del pes corporal. També s'ha valorat l'expressió dels heteròmers CB1R-GHS-R1a i CB2R-GHS-R1a en ratolins alimentats amb una dieta hipercalòrica com a model animal d'obesitat. Els resultats d'aquesta Tesi Doctoral ens demostren que els receptors cannabinoides CB1 i CB2 són capaços d'interaccionar amb el receptor de grelina GHS-R1a i, en ambdós contextos heteromèrics, trobem un bloqueig de la senyalització Gi cannabinoide. A més, s'ha demostrat una sobreexpressió dels heteròmers CB1R-GHS-R1a i CB2R-GHS-R1a en episodis d'obesitat. A més, s'ha caracteritzat l'agonisme esbiaixat de diverses formes àcides i varíniques dels fitocannabinoides CBD, CBG i Δ9-THC al interaccionar amb els receptors CB1, CB2 i amb l'heteròmer CB1R-CB2R.

El segon gran objectiu d'aquesta Tesi Doctoral ha consistit en valorar la possible interacció entre els receptors d'adenosina A2A i A3 i determinar la seva implicació en malalties neurodegeneratives, emprant ratolins APPSw,Ind com a model animal d'Alzheimer i ratolins tractats amb cuprizona com a model animal d'Esclerosi Múltiple. La funcionalitat característica dels nous heteròmers descrits en aquest estudi s'ha determinat mitjançant l'anàlisi de diverses vies de senyalització com són l'acumulació d'AMPc intracel·lular, la mobilització del Ca2+, la fosforilació de les MAPK, el reclutament de ß-arrestines i la redistribució dinàmica de masses. El segon gran bloc de resultats d'aquesta Tesi Doctoral demostra que els receptors d'adenosina A2A i A3 són capaços d'interaccionar formant una nova unitat funcional que resulta en un bloqueig de la senyalització Gi del receptor A3. Paral·lelament, s'ha determinat una sobreexpressió dels heteròmers A2AR-A3R en malalties neurodegeneratives tals com l'Alzheimer i l'Esclerosi Múltiple. Per tant, els heteròmers A2AR-A3R es postulen com a grans dianes terapèutiques per combatre aquest tipus de patologies fent ús, per exemple, d'antagonistes del receptor A2A que bloquegin el caràcter pro-inflamatori d'aquest receptor mentre potencien el caràcter anti-inflamatori del receptor A3.

[eng] G protein coupled receptors or GPCRs are the largest superfamily of cell membrane proteins in eukaryotic organisms. In fact, more than 800 different types of GPCRs have been described in humans, accounting for about 5% of the total human genome. Currently, they are considered of great therapeutic relevance because more than 30% of FDA-approved drugs have one of these receptors as a therapeutic target. For this reason, GPCRs have great potential in biomedical research. Moreover, these receptors can specifically interact with each other, giving rise to new functional units with different properties from those of the individual receptors. Therefore, the process of heteromerization between GPCRs is a novel strategy for the discovery of new therapeutic targets to combat different pathologies that are highly prevalent in our society, such as neurodegenerative diseases and obesity.

The main objective of this PhD Thesis has been to study the possible molecular interactions between different types of G protein coupled receptors. Firstly, the possible interaction of the cannabinoid receptors CB1 and CB2 with the ghrelin receptor GHS-R1a has been analyzed in order to explain one of the mechanisms of action through which cannabinoids are able to modulate physiological processes such as the food intake and the control of body weight. In addition, the expression of CB1R-GHS-R1a and CB2R-GHS- R1a heteromers has been assessed in mice fed with a high-fat diet as an animal model of obesity. The results of this PhD Thesis demonstrate that the cannabinoid receptors CB1 and CB2 are able to interact with the ghrelin receptor GHS-R1a and, in both heteromeric contexts, the interaction results in a blockade of Gi cannabinoid signaling. Furthermore, overexpression of CB1R-GHS-R1a and CB2R-GHS-R1a heteromers has been demonstrated in episodes of obesity. Moreover, the biased agonism of different acidic and varinic forms of the phytocannabinoids CBD, CBG and Δ9-THC has been characterized when interacting with CB1R, CB2R and the CB1R-CB2R heteromer.

Next, the second major objective of this PhD Thesis has been to assess the possible interaction between adenosine A2A and A3 receptors and to determine their physiological role in neurodegenerative diseases, using APPSw,Ind mice as an animal model of Alzheimer's disease and cuprizone treated mice as an animal model of Multiple Sclerosis. The characteristic functionality of the new heteromers described in this study has been determined by analyzing several signaling pathways such as intracellular cAMP accumulation, Ca2+ mobilization, ERK1/2 phosphorylation, ß-arrestin recruitment and dynamic mass redistribution. Finally, the second major block of results of this PhD Thesis demonstrates that the A2A and A3 adenosine receptors are able to interact forming a new functional unit that results in a blockade of the Gi signaling of the A3 receptor. In parallel, overexpression of A2AR-A3R heteromers has been found in animal models of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and Multiple Sclerosis. Therefore, A2AR-A3R heteromers are postulated as novel therapeutic targets to combat this type of pathologies, using A2A receptor antagonists in order to block the pro- inflammatory character of this receptor while potentiating the anti-inflammatory character of the A3 receptor.