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Expresión, función y heteromerización de receptores de cannabinoides CB(2) en el sistema nervioso central

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Canela Campos, Enric I. (Enric Isidre), 1949-

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Universitat de Barcelona. Departament de Bioquímica i Biologia Molecular (Biologia)

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[spa] Dentro del sistema endocannabinoide, los receptores de cannabinoides, hasta ahora clonados y caracterizados, son principalmente dos: el de tipo 1 (CB1R) y el de tipo 2 (CB2R). A pesar de que el CB1R se ha determinado ampliamente en el sistema nervioso central (CNS) y su acción se ha visto mediante de una gran variedad de procesos cognitivos y neurológicos, al receptor CB2 se le había atribuido, desde su clonación, una presencia exclusivamente periférica y un papel fundamental en el sistema inmunológico. Sin embargo, en los últimos años, no han sido desdeñables el número de publicaciones orientadas a demostrar la posible presencia encefálica de este receptor y, más aún, su eventual presencia neuronal. Aún así, este hecho sigue siendo una materia ampliamente discutida dentro del marco neurocientífico, motivo por el cual la descripción del CB2R dentro del sistema nervioso central, así como el discernimiento de su posible papel dentro del mismo, sigue siendo, a día de hoy, bastante exigua. En esta Tesis, se ha puesto de manifiesto que el mRNA del CB2 se encuentra presente en distintas áreas cerebrales de mono como la corteza, hipocampo y el globo pálido. Además, dentro de las dos subdivisiones del globo pálido, el mRNA de CB2 se ha podido localizar en distintos tipos neuronales.

Durante la evaluación de su participación en desarrollo, en el modelo embrionario de Xenopus laevis, la sobreexpresión del receptor CB2 humano demostró la implicación del mismo en procesos de desarrollo neural, concretamente, en la formación de los nervios craneales que se forman a partir de la placoda epibranquial y que, al mismo tiempo, correlaciona con un aumento en la fosforilación de la vía de señalización de las Akt y una disminución en la fosforilación de la vía de la MAPK. El patrón de expresión molecular evidenció la implicación de la señal de FGF y WNT y del factor pax2, implicado en el desarrollo de las placodas epibranquiales. En este sentido, se reveló un posible papel del receptor CB2 en la contención del estado proliferativo de células embrionarias, y más especialmente, en su decisión de cambio de estado, actuando a modo de interruptor e impidiendo el paso de éstas hacia un estado diferenciado.

Por otro lado, dado que previamente los receptores de CB2 y de CB1 se habían descrito presentes en las mismas áreas encefálicas, en cantidades bastante dispares, siendo el CB1R mucho más abundante que el CB2R, sugiriendo un posible papel modulador del receptor de CB2 para con el CB1, y dado que ambos receptores forman parte de los receptores acoplados a proteína G (GPCRs), se evalúo la posible heteromerización de los mismos y la variación de la señal de los cannabinoides cuando actuaban a partir del heterómero. De esta manera, se determinó, mediante distintas técnicas biofísicas y bioquímicas, la presencia del heterómero CB1R-CB2R in vitro, en células transfectadas y en un modelo celular neuronal y, en vivo, en distintas áreas encefálicas, tales como el estriado, el globo pálido y la glándula pineal. Dicho heterómero presentaba un cross talk negativo en células transfectadas cuando se co-activaba con los agonistas de ambos receptores con respecto a la activación individual, tanto en la señalización de la vía de la Akt/PI3K como en procesos de neuritogénesis. Además, el uso de antagonistas de ambos receptores puso de manifiesto un cross-antagonismo cruzado que atribuía inexcusablemente el cambio en la señalización observado, con respecto a la activación individual, a una interacción molecular del heterómero.

Finalmente, y mediante técnicas biofísicas, se han encontrado otros posibles candidatos, pertenecientes a diferentes sistemas de neurotransmisores, con los que previamente se había determinado una posible interacción funcional con el sistema cannabinoide, que, del mismo modo, tienen capacidad para heteromerizar con el CB2R, tales como el receptor de adenosina A2A, y el receptor de serotonina 5HT2c

El conjunto de los datos descritos en esta Tesis ha revelado la presencia del receptor de CB2 en el CNS, con un papel característico en el desarrollo neural y un papel modulador del receptor de tipo 1 cuando se encuentra formando parte del mismo heterómero, manifestando así un importante potencial terapéutico.

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[eng] To date the two main receptors of the endocannabinoid system are cannabinoid receptor type 1 and 2 (CB1R and CB2R). While CB1R are known to be widely expressed all over the brain, the putative presence of CB2R in the central nervous system is still a matter of debate. In the present Thesis, we present evidence for the existence of CB2R transcripts in the cerebral cortex, hippocampus brain regions and even in neurons from internal and external divisions of the globus pallidus from primate’s brain. In an embryonic Xenopus laevis model, we have provided data that suggests involvement of CB2R in neural development. CB2R overexpression impairs maxillomandibullar (VII), glossopharyngeal (IX) and vagal (X) cranial nerves development by two differential pathways: activating Akt pathway whilst inhibiting the ERK 1/2 MAPK pathway. This signaling pattern also induces upregulation of genes involved in placodal and cranial nerve development as wnt8, fgf8 and pax2 and concerns CB2R with a putative role in epibranchial placodal progenitor fate.

At the molecular level, we have demonstrated that both cannabinoid receptors, CB1R and CB2R, can form heteromers in transfected neuronal cells as well as in the rat brain pineal gland, nucleus accumbens and globus pallidus where they have been seen previously to colocalize. CB1 and CB2 receptor heteromer agonist co-activation leads to a negative cross-talk. In addition, we found that the CB1R-CB2R heteromers demonstrated a bidirectional crossantagonism, the ability of CB1R antagonist to block the effect of CB2 agonists and, conversely, the ability of CB2 antagonists to block the effect of CB1 agonists. Finally, using biophysical approaches we have shown that CB2 can also form heteromers with other neurotransmitter system receptors as adenosine A2A receptor and serotonin 5HT2c receptor.

The data presented here gives evidence for the presence of CB2R in the central nervous system with and suggest it may play an important role in neural development and/or as a modulator of CB1R when expressed as a heteromer. These characteristics make it a good candidate for drug design and therapeutic use.

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Tesis Doctorals - Departament - Bioquímica i Biologia Molecular (Biologia)

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Expresión, función y heteromerización de receptores de cannabinoides CB(2) en el sistema nervioso central