Rational-design of new candidates targeting bak and bombesin receptors in cancer

Abstract

(English) Cancer is the second leading cause of death globally, only behind cardiovascular diseases, being a major public health issue. Cancer comprises a wide group of diseases characterized by abnormal cell growth, which can be achieved by evading cell death mechanisms or by an augmented proliferation, among others. In the tumor processes, prevention, early diagnosis, and early treatment are essential in reducing the number of deaths. However, the secondary effects triggered in most of the treatments used implies an additional need in finding specific treatments of cancer cells. This need of new effective and specific treatments is crucial in our fight against cancer. A huge amount of treatments focus on membrane proteins, proteins that play a critical role in a wide spectrum of cellular functions, such as cell communication, recognition or transport. Apoptosis, a programmed cell death mechanism, is deficient in a huge range of cancer processes. This deficiency directly effects Bcl-2 proteins, a family of proteins that are directly involved in apoptosis. Bak, a member of this Bcl-2 family, is a membrane protein located in the mitochondrial outer membrane, playing a crucial role in the permeabilization of this membrane, a critical and irreversible step in apoptosis. Accordingly, the understanding of the activation mechanism of Bak is key in identifying new molecules capable of binding and regulating its altered activity in tumor processes. The most important family of membrane proteins in pharmacological terms are the G protein-coupled receptors (GPCR). GPCRs recognize a diverse range of ligands, enabling them to mediate a broad spectrum of physiological functions. Dysregulation of these functions can lead to various diseases, such as obesity, neurodegenerative disorders and cancer. Bombesin receptors (BnR) are a type of these GPCRs. Three different types of BnR exist: BB1, BB2 and BB3. Overexpression of these BnRs has been identified in many types of tumors. Therefore, the use of BnRs as pharmacological targets is crucial not only by decreasing cell proliferation, but also to direct agents specifically to cancer cells, decreasing the side effects from tumor treatments. Therefore, this thesis provides a preliminary approach into the characterization of these BnRs, deciphering the most important interacting points in the binding of an endogenous activator, and identifies molecules capable of altering the activation of one of these BnRs.

(Català) El càncer és la segona causa de mort mundialment, només darrere les malalties cardiovasculars, cosa que el fa un problema global de salut pública. El càncer és un conjunt de malalties caracteritzades per un creixement cel·lular anormal, que es pot aconseguir evitant mecanismes de mort cel·lular o per una augmentada proliferació, entre d’altres. En els processos tumorals, la prevenció, i un diagnòstic i tractament prematurs són essencials per reduir el nombre de morts. No obstant, els efectes secundaris en la majoria de tractaments utilitzats afegeix una necessitat addicional per trobar tractaments específics de cèl·lules canceroses. Aquesta necessitat de tractaments efectius i específics és crucial en la nostra lluita contra el càncer. Un gran nombre de tractaments se centren en proteïnes de membrana, proteïnes que juguen un paper crític en un ampli ventall de funcions cel·lulars, com ara la comunicació entre cèl·lules, el reconeixement o el transport. L’apoptosi, un mecanisme de mort cel·lular programada, és deficient en un gran nombre de processes cancerosos. Aquesta deficiència afecta directament les proteïnes Bcl-2, una família de proteïnes que estan directament implicades en l’apoptosi. Bak, un membre d’aquesta família, és una proteïna de membrana localitzada a la membrana mitocondrial externa, jugant un paper crucial en la permeabilització d’aquesta, pas crític i irreversible de l’apoptosi. Així, entendre el mecanisme d’activació de Bak és clau per identificar noves molècules capaces d’unir-s’hi i regular la seva activitat alterada en els processos tumorals. La família de proteïnes de membrana més important en termes farmacològics és la dels receptors acoblats a proteïnes G (GPCR). Els GPCRs reconeixen un ampli rang de lligands, de manera que intervenen en un gran espectre de funcions fisiològiques. La desregulació d’aquestes funcions porta a vàries malalties, com ara l’obesitat, desordres neurodegeneratius i càncer. Els receptors de Bombesina (BnR) són un tipus de GPCRs. Existeixen tres tipus de BnR: BB1, BB2 i BB3, la sobreexpressió dels quals s’ha identificat en molts tipus de tumors. Així, l’ús dels BnR com a dianes terapèutiques és clau, no només en reduir la proliferació cel·lular, sinó també en dirigir aquests agents terapèutics específicament a les cèl·lules canceroses, reduint els efectes secundaris. D’aquesta manera, aquesta tesi aporta un preliminar estudi en la caracterització d’aquests BnRs, desxifrant els punts d’interacció més important en la unió d’un activador endogen, i identificant molècules capaces d’alterar la seva activació.