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Heterómeros de receptores CB1, CB2, GPR55 y GPR18: Señalización celular, farmacología y análisis de su potencial como dianas terapéuticas de enfermedades neurodegenerativas

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Universitat de Barcelona. Departament de Bioquímica i Biomedicina Molecular

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[spa]  Los receptores cannabinoides CB1R y CB2R son GPCRs que forman parte del sistema endocannabinoide y son considerados dianas potenciales para numerosas enfermedades. Su compleja farmacología junto con la naturaleza lipofílica de sus ligandos perjudica la traslacionalidad de la investigación centrada en el sistema endocannabinoide. Para comprender mejor la farmacología de CB2R se puso a punto una técnica homogénea y no radioactiva para estudiar la unión de ligando en célula viva, gracias a la cual se identificó un segundo centro de afinidad en CB2R, y cambios conformacionales en el receptor cuando éste se coexpresa con GPR55, un GPCR huérfano que une cannabinoides.
Los GPCRs pueden formar heterooligómeros, con propiedades farmacológicas diferentes a las de los receptores individuales. Dado que existen complejos CB1R-CB2R y CB2R-GPR55, se investigó si CB1R y GPR55 podían formar complejos heteroméricos. Se confirmó esta posibilidad en un sistema de expresión heterólogo y en muestras de sistema nervioso central, donde se detectó la huella del heterómero. 
Se postula que en microglía la activación de los receptores de cannabinoides produce un efecto neuroprotector. El GPCR huérfano GPR18, que une cannabinoides y comparte con CB2R un papel regulador de la respuesta inmune, se expresa en microglía. Dado que se ha sugerido un posible cross-talk entre CB2R y GPR18, se estudió si GPR18 era capaz de interaccionar con CB1 y CB2. Se observó que GPR18 no es capaz de formar complejos heteroméricos con CB1R, pero si con CB2, tanto en un sistema heterólogo como en microglía, y en ambos casos se detectó la huella del heterómero. En microglía activada y en cultivos primarios de ratones modelo de la enfermedad de Alzheimer la expresión de CB2R-GPR18 se encuentra aumentada.
Dado el papel de CB2R en microglía, se estudió la presencia y la función de los complejos CB1R-CB2R en microglía en reposo y activada. La expresión aumentada de complejos CB1R-CB2R y su señalización en microglía activada indican que la función de los cannabinoides es la de mantener la microglía en reposo, pero desencadenar una señalización robusta cuando la microglía se activa. En cerebro de animales modelo de enfermedades neurodegenerativas (Parkinson y Alzheimer), donde se encontraron marcadores de microglía activada, se observaron resultados similares a los encontrados en una línea de microglía tratada con lipopolisácarido e interferón gamma. Ello sugiere que CB1R, CB2R y CB1R-CB2R en microglía activada tienen potencial como dianas en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas que cursan con neuroinflamación.
Los receptores CB2R y GPR55 tienen un relevante papel en mecanismos de respuesta a estrés, ansiedad y depresión. Considerando la estrecha relación entre las enfermedades neuropsiquiátricas y el suicidio, se evaluó si la expresión de los complejos CB2R-GPR55 está alterada en suicidas. Se detectó la presencia de heterómeros CB2-GPR55 en corteza prefrontal, y un aumento en la expresión de estos heterómeros en corteza prefrontal de muestras de suicidas.
Para investigar el potencial terapéutico de los fitocannabinoides es necesario conocer mejor su relación con CB1R y CB2R, ya que el mecanismo de acción del cannabidiol y el cannabigerol (dos importantes componentes no psicotrópicos de la planta del cannabis) sobre estos receptores es aún confuso.  Se observó que a concentraciones nanomolares el cannabidiol es capaz de modular de manera negativa la tanto la afinidad de la unión de los agonistas a CB2R como la señalización mediada por este receptor, por lo que se postula que el cannabidiol es un modulador alostérico de CB2R. En cambio, cannabigerol parece unirse al centro ortostérico de CB1R y CB2R, sobre los que actúa como un agonista con selectividad funcional, y modula la señalización de los cannabinoides sobre los heterómeros CB1R-CB2R.

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[eng]  Cannabinoid CB1 (CB1R) and CB2 (CB2R) receptors are GPCRs of the mammalian endocannabinoid system.Their complex pharmacology is delaying the translational success of medications targeting the endocannabinoid system. To better understand CB2R pharmacology, a novel homogeneous technique was developed to study ligand binding to CB2R in living cells, which disclosed a second affinity state of CB2R and conformational changes when CB2R interacts with another GPCR.

To know how cannabinoid signaling is affected by receptor-receptor interactions, we studied whether CB1R and CB2R interact with two orphan GPCRs, namely GPR55 and GPR18. CB1R-GPR55 and CB2R-GPR18 heteromers were detected both in transfected cells and in the central nervous system, and their fingerprint was also revealed. Given the neuroprotective role of CB2R activation to prevent neuroinflammation, the presence of CB1R-CB2R and CB2R-GPR18 heteromers was studied in both resting and activated microglia. The higher number of complexes and the differential signalling found both in activated microglia and in the brain of animal models of neurodegenerative diseases, indicate that CB1R-CB2R and CB2R-GPR18 heteromers have a role in neuroprotection. Other pathologies where cannabinoid receptors have shown an important role are anxiety and depression disorders, which are related to suicide. The presence of the previously described CB2R-GPR55 heteromer was detected in human prefrontal cortex, and a higher amount of heteroreceptor complexes was found in samples from suicide victims, indicating that CB2R-GPR55 heteromers could have a role in depression.

To further exploit the therapeutic potential of the cannabinoids, it is also important to understand how phytocannabinoids, such as cannabidiol and cannabigerol, two compounds found in the cannabis plant and which lack psychoactive effects, interact with CB1R and CB2R. Nanomolar concentrations of cannabidiol modulated in a negative way the affinity of the binding of agonists to CB2R as well as the signaling mediated by this receptor. Thus, it is postulated that cannabidiol is an allosteric modulator of CB2R. In contrast, cannabigerol appears to bind to the orthosteric center of CB1R and CB2R, where it acts as an agonist with functional selectivity, and modulates the signaling of the cannabinoids on CB1R-CB2R heteromers.

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Tesis Doctorals - Departament - Bioquímica i Biomedicina Molecular

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Heterómeros de receptores CB1, CB2, GPR55 y GPR18: Señalización celular, farmacología y análisis de su potencial como dianas terapéuticas de enfermedades neurodegenerativas