Ligandos basados en la oligomerización de los receptores de adenosina y dopamina, un nuevo concepto terapéutico

Resumen

Los receptores acoplados a proteína G (GPCR) son las dianas de un elevado porcentaje de los agentes terapéuticos que están actualmente en el mercado y continúan siendo el principal foco de atención de muchas investigaciones biomédicas y de diversos programas para el descubrimiento de fármacos. Más del 90% de los GPCR se expresan en el cerebro. La mayoría de estrategias terapéuticas dirigidas a GPCR neuronales se basan en el uso de agonistas o de antagonistas específicos para un determinado tipo de receptor. Esta estrategia se está aplicando en la actualidad en la búsqueda de ligandos alostéricos que discriminan entre distintos subtipos de receptores y que se están revelando como fármacos alternativos a agonistas o antagonistas ortostéricos. En el otro extremo del espectro, se sabe que el uso de ligandos altamente específicos para un receptor puede ser insuficiente en la modulación de algunos sistemas complejos in vivo y se conoce que la interacción con más de un receptor puede ser una estrategia más efectiva, en algunos desórdenes neurológicos, que la basada en la establecida filosofía "una diana, una enfermedad". El desarrollo de ligandos múltiples constituye una nueva tendencia en la investigación farmacológica de GPCR, con aplicación en desordenes en los que la alteración de un único receptor da lugar a efectos terapéuticos insuficientes. Teniendo en cuenta estos precedentes, el primer Objetivo General de esta Tesis ha sido la caracterización de ligandos múltiples capaces de interaccionar con receptores de dopamina D1 y D2. La dopamina desempeña un papel importante en la neurotransmisión. Ejerce sus acciones a través de la interacción con GPCR que están altamente expresados en el estriado, la principal estructura de entrada de los ganglios basales, por lo que está implicada en un gran número de neuropatologías entre las que se incluyen el Parkinson y la esquizofrenia. En esta Tesis se ha evaluado una quimioteca de compuestos híbridos indoloquinolicidina-péptido obteniendose siete compuestos que muestran afinidad en el rango µM bajo para receptores de dopamina D1 y D2. El modo de unión de los ligandos indoloquinolicidina-péptido es dependiente de la configuración relativa del esqueleto de indoloquinolicidina, siendo más afines los derivados trans que los cis, principalmente para el receptor D1. Cuatro de estos compuestos se han caracterizado como agonistas duales de los receptores D1 y D2 de dopamina. Por otro lado se ha realizado la caracterización funcional del ligando indoloquinolicidina-péptido 28 demostrando que es un modulador alostérico negativo de la unión de agonistas y antagonistas a receptores de dopamina D1 estriatales. El ligando indoloquinolicidina-péptido 28 es el primer modulador ago-alostérico descrito para el receptor D1 ya que se comporta como un agonista parcial del receptor a la vez que disminuye la potencia, mientras que preserva la eficacia, de la señalización inducida por agonistas ortostéricos. En el desarrollo de fármacos, la selección de compuestos cabeza de serie suele asumir que los GPCR son unidades funcionales monoméricas, sin embargo, existen actualmente numerosos ejemplos que demuestran que los GPCR pueden formar homómeros y heterómeros que representan una nueva entidad funcional con propiedades farmacológicas únicas. Su implicación en procesos fisiológicos y clínicos y la comprensión de sus nuevas propiedades farmacológicas y de señalización ayudan al desarrollo de nuevas estrategias para el diseño de agentes farmacológicos dirigidos a homo- o heterodímeros que puedan presentar una mejor eficacia o selectividad. Una de estas estrategias es el desarrollo de ligandos bivalentes que interaccionan a la vez con los dos receptores del dímero. Estos compuestos no sólo tienen interés farmacológico si no que se revelan como una herramienta importante para determinar la existencia de homómeros y heterómeros in vivo. Así pues, el desarrollo de ligandos bivalentes que interaccionan con dímeros de GPCR se ha propuesto como una estrategia tanto para el estudio de la oligomerización de los receptores como para el diseño de nuevas terapias. Teniendo en cuenta estos precedentes, el segundo Objetivo General de esta Tesis ha sido la caracterización de ligandos bivalentes capaces de interaccionar con receptores de dopamina y/o de adenosina. La adenosina juega un papel importante en la neuromodulación y ejerce sus acciones a través de la interacción con GPCR que están altamente expresados en el estriado, donde colocalizan con los receptores de dopamina. Por otra parte, se conoce que los receptores de adenosina y de dopamina pueden formar homodímeros y heterodímeros entre sí en células vivas. Aunque se poseen evidencias indirectas contundentes de la existencia en el cerebro de oligómeros no se dispone de herramientas que permitan confirmarlo de manera más directa. En la evaluación de librerías de ligandos homobivalentes formados por dos antagonistas del receptor A2A de adenosina o dos agonistas del receptor D2 de dopamina se ha concluido que el ligando homobivalente constituido por dos moléculas del antagonista del receptor A2A de adenosina, XCC, unidas por un espaciador (Lys-Lys-[PEG/poliamida]-Lys-Lys) de longitud corta (26 átomos) y el ligando homobivalente constituido por dos moléculas del agonista del receptor D2 de dopamina, (±)PPHT-NH2, unidas por un espaciador (Glu-Lys-[PEG/poliamida]-Lys-Glu) de longitud corta (51 átomos), son herramientas farmacológicas útiles para la detección de homómeros de receptores de adenosina A2A o de homómeros de receptores de dopamina D2 en tejido nativo. En la evaluación de una librería de ligandos heterobivalentes, formados por un antagonista del receptor A2A de adenosina y un agonista del receptor D2 de dopamina se ha demostrado que los ligandos heterobivalentes, formados por el antagonista del receptor de adenosina A2A, XCC, y el agonista del receptor de dopamina D2, (±)PPHT-NH2, unidos por los espaciadores (Lys-Lys-[PEG/poliamida]-Lys-Glu) de longitudes cortas (de 26 a 66 átomos) interaccionan con el receptor D2 de dopamina y el receptor A2A de adenosina en el heterómero A2A-D2 con mayor afinidad que los correspondientes controles monovalentes. Ello hace que estos compuestos sean herramientas farmacológicas útiles para la detección de heterómeros de receptores A2A-D2 en tejido nativo. Además, estos ligandos heterobivalentes conservan el carácter agonista para el receptor D2 y antagonista para el receptor A2A lo que les confiere un potencial interés terapéutico para la enfermedad de Parkinson.