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Heteromerización de receptores de adenosina A2A, dopamina D2 y cannabinoides CB1. Implicaciones farmacológicas y funcionales.

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

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[spa] La visión de los receptores acoplados a proteína G ha evolucionado en los últimos años. Clásicamente se consideraban unidades individuales capaces de producir una señal intracelular; actualmente, está aceptado que estas proteínas de membrana pueden interaccionar con otros receptores de siete dominios transmembrana y que estas interacciones pueden dar lugar a nuevas propiedades farmacológicas de los receptores involucrados. En el sistema nervioso central este escenario es muy atractivo porque las interacciones receptor-receptor pueden estar implicadas en la neurotransmisión y la neuromodulación, de forma que su mal funcionamiento podría derivar en enfermedades neurodegenerativas. En este contexto de interacciones entre receptores acoplados a proteína G, los trabajos presentados en esta memoria hacen hincapié en la relevancia de la heteromerización en las propiedades funcionales y de regulación de estos receptores, así como de la importancia de la descripción de complejos heteroméricos de más de dos receptores para el mejor entendimiento de las funciones biológicas. Existen evidencias de que la interacción funcional y molecular entre los receptores A2A de adenosina y D2 de dopamina tiene gran relevancia en la enfermedad de Parkinson. Los pacientes de esta enfermedad son tratados con L-DOPA, la cual es metabolizada en el cerebro a dopamina. Sin embargo, una porción importante es también metabolizada por otros enzimas a homocisteína. Así pues, en esta memoria se presenta el trabajo Allosteric Modulation of Dopamine D2 Receptors by Homocysteine (Resultados publicados en el Journal of Proteome Research (2006) 5:3077-3083), en el cual se pone de manifiesto el efecto de este compuesto en la funcionalidad y regulación del heterómero A2AR/D2R. También se presenta el trabajo Striatal Adenosine A2A and Cannabinoid CB1 Receptors Form Functional Heteromeric Complexes that Mediate the Motor Effects of Cannabinoids (Resultados publicados en Neuropsychopharmacology (2007) 1-11), que abre una nueva expectativa en el entendimiento de la regulación de estos dos receptores en la función estriatal. Pese a que ambos receptores participan en el estriado en el control de la actividad motora y la adicción a drogas, hasta la fecha solo existían evidencias indirectas de una posible interacción funcional entre estos dos receptores. Así pues, en este trabajo, no sólo se describe que ambos receptores interaccionan molecularmente, si no que esta heteromerización juega un papel clave en la funcionalidad de estos receptores en la actividad motora. Uno de los logros más remarcables es el desarrollo de la técnica de SRET como se presenta en el trabajo Detection of Heteromerization of More than Two Receptors by Sequential BRET-FRET (pendiente de publicación). Esta técnica puede ser de gran utilidad para la descripción de complejos oligómericos de más de dos receptores, lo que es esencial para el mejor entendimiento de la integración de las señales a nivel molecular y nos ayuda en el diseño de nuevos compuestos para el tratamiento de enfermedades. Además en este trabajo se describe por primera vez la ocurrencia de heterómeros entre los receptores A2A de adenosina, D2 de dopamina y CB1 de cannabinoides con las implicaciones que esto puede suponer en la función estriatal, tanto en la regulación de la actividad motora como en los fenómenos de adicción a drogas. Finalmente en el trabajo Insight into the intramembrane and intracellular cross-talk between adenosine A2A, dopamine D2 and cannabinoid CB1 receptor in the heteromer complex (pendiente de publicación) presentado en esta memoria se analizan las consecuencias de la activación del receptor CB1 en las propiedades de unión de radioligandos de los otros dos receptores implicados en el heterómero y el efecto de la activación de los tres receptores en la fosforilación de ERK 1/2. Estos resultados pueden ayudar a despejar las relaciones que se establecen entre estos tres receptores en las neuronas GABAérgicas estriatopalidales, dónde colocalizan.

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[eng] Classically G coupled receptors (GPCR) have been considered as individual units. However nowadays is accepted that these proteins could interact with others GPCRs, generating new properties to the receptors. In the central nervous system, the receptor-receptor interactions could be involved in the neurotransmission and neuromodulation. Thus, the malfunction of these systems could cause neurodegenerative diseases. In this context, the goals of this Thesis are focussed to study 1) the relevance of heteromerization in the functional properties of GPCR and their regulation and 2) the importance of describing heteromeric complexes of more than two receptors for the better understanding of biological functions. There are evidences of functional and molecular interactions between A2AR and D2R that are relevant in Parkinson disease. These patients are treated with L-DOPA, which is metabolized to dopamine. However, some L-DOPA is metabolized to homocysteine. The paper Allosteric Modulation of Dopamine D2 Receptors by Homocysteine (Journal of Proteome Research (2006)), shows the effect of this compound in the functionality and regulation of A2AR/D2R heteromer. Striatal Adenosine A2A and Cannabinoid CB1 Receptors Form Functional Heteromeric Complexes that Mediate the Motor Effects of Cannabinoids (Neuropsychopharmacology (2007)), opens a new perspective to unravelling the regulation of these two receptors in the striatum. The A2AR and CB1R participate in motor control and drug addition, but their functional interaction's evidences are only indirect. This paper, not only describes the molecular interaction between A2AR and CB1R, but also the role of heteromerization in motor control. One of the most remarkable goals of this Thesis is the develop of the SRET technique, described in Detection of Heteromerization of More than Two Receptors by Sequential BRET-FRET (unpublished results). This technique is very useful for the descriptions of complexes of more than two receptors: 1) important to understand the integrated signals at molecular level, and 2) to design new compounds for the treatment of diseases. Also, we described for the first time the occurrence of complexes between A2AR, D2R and CB1R and their implications in striatal function. Finally, in the article Insight into the intramembrane and intracellular cross-talk between adenosine A2A, dopamine D2 and cannabinoid CB1 receptor in the heteromer complex (unpublished results) we analyze the consequences of one of the receptors's activation in the heterotrimer. These results will help us to clear up the relationships among these three receptors in the striatopallidal GABAergic neurons.

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

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Heteromerización de receptores de adenosina A2A, dopamina D2 y cannabinoides CB1. Implicaciones farmacológicas y funcionales.