Resumen de Moduladores del sensor neuronal de calcio DREAM: herramientas farmacológicas para el estudio de su interactoma y su aplicación en la enfermedad de Huntington
- español
La enfermedad de Huntington se caracteriza por una combinación de alteraciones motoras, psiquiátricas y cognitivas. A pesar del conocimiento de la genética de la enfermedad, los mecanismos moleculares que regulan la progresión de la enfermedad no son aún conocidos. Por tanto, la búsqueda de nuevas estrategias que ayuden a elucidar las bases moleculares de esta enfermedad y sirvan como punto de partida para el desarrollo de nuevos fármacos, es crucial. En este sentido, esta Memoria se ha orientado al estudio de una estrategia novedosa mediante la búsqueda de moléculas pequeñas que modulen las interacciones proteína-proteína del sensor neuronal de calcio DREAM involucradas en la enfermedad de Huntington. DREAM, también conocida como calsenilina o KChIP3, es una proteína de unión a calcio de la superfamilia de los sensores neuronales de calcio. A nivel del sistema nervioso, la acumulación excesiva de Ca2+ se ha asociado a diversas enfermedades neurodegenerativas, entre las que se encuentra la EH. Además, recientemente, se ha identificado una disminución en los niveles de DREAM relacionada con la activación y liberación del factor de transcripción ATF6, involucrado en el proceso de plegamiento correcto de proteínas. Por otra parte, se ha establecido que DREAM tiene un papel clave en procesos de plasticidad sináptica y aprendizaje a través de la interacción con los canales de potasio Kv4.3. El déficit de aprendizaje y el de memoria son los primeros síntomas clínicos de la enfermedad de Huntington, y aparecen en los pacientes mucho antes que los síntomas motores. Como consecuencia, dada la importancia de la interacción de DREAM con ATF6 y Kv4.3, la modulación de estos complejos podría abrir nuevas vías en la búsqueda de tratamientos eficaces en la enfermedad de Huntington.
Teniendo en cuenta estos antecedentes, el objetivo general de esta Tesis ha sido la búsqueda de moléculas pequeñas que se unan a DREAM y puedan servir como herramientas farmacológicas para estudiar las interacciones DREAM/KV4.3 y DREAM/ ATF6. Estas nuevas entidades químicas podrían ser útiles para elucidar las bases moleculares de la EH y abrir nuevas vías en la búsqueda de tratamientos eficaces. Para la consecución de este objetivo, se han utilizado dos estrategias químico-médicas que han conformado el capítulo 1 y 2 de la presente tesis doctoral: el diseño basado en la estructura de ligandos conocidos de proteínas homólogas a DREAM, y el diseño basado en la estructura tridimensional de la diana.
Aplicando la primera estrategia, se ha identificado un cabeza de serie, a partir del cual se ha desarrollado un proceso de optimización mediante la incorporación de diversas modificaciones estructurales. La posterior evaluación biológica, mediante resonancia de plasmón de superficie (SPR), ha permitido definir los requisitos estructurales más relevantes para incrementar la capacidad de unión de los ligandos a la proteína DREAM. Además, mediante el estudio de electrofisiología del ligando más potente, se ha identificado un activador de la corriente generada por el canal de potasio KV4.3. Hasta la fecha, sólo se conocen dos activadores de dicho canal, el compuesto descrito en esta Memoria y NS5809. De hecho, este resultado es de gran importancia terapéutica y podría establecer las bases para el desarrollo de potenciales fármacos para el tratamiento de ciertas patologías, tanto neuronales como cardiacas, en las que se ha demostrado una regulación a la baja de KV4.3.
En cuanto a la segunda estrategia, mediante una aproximación multidisciplinar que implica diseño asistido por ordenador, síntesis orgánica, ensayos in vitro, estudios de mutagénesis dirigida, ensayos in cellullo y estudios in vivo, se han identificado dos inhibidores de los complejos KV4.3/DREAM y ATF6/DREAM con potencial aplicación en la EH, lo que abre una nueva vía para la búsqueda de tratamientos eficaces para dicha enfermedad.
- English
Huntington's disease (HD) is characterized by a combination of motor, psychiatric, and cognitive impairment. Nowdays, it is a neurodegenerative pathology devoided of a treatment that has an impact on its generation and development. Until now, the existing treatments only alleviate the symptoms, without targeting their cause. Therefore, it is crucial the search for new strategies that unravel the molecular basis of this disease and establish the basis for the development of new drugs. In this sense, this Report has been oriented to the study of a novel strategy focused on the search of small molecules that modulate the protein-protein interactions of the neuronal calcium sensor DREAM involved in HD. The aim is to gain knowledge on the processes involved in the generation and progression of this pathology. DREAM, also known as calsenilin or KChIP3, belongs to the superfamily of EFhand calcium binding proteins. The binding of calcium to the DREAM hand-EF domains triggers structural changes that affect their ability to bind to specific DNA sites and to interact with other proteins, modifying their biological functions. At the level of nervous system, the excessive accumulation of calcium has been associated with several neurodegenerative diseases, among them Huntington's disease. In fact, mutated huntingtine has been reported to induce an increase in cellular toxicity, disrupting calcium homeostasis, which results in HD...
