Lrrk2 inhibitors as effective drugs for the treatment of neurodegenerative diseases
- Autores: Josefa Zaldivar Diez de Bonilla
- Directores de la Tesis: Ana Martínez Gil (dir. tes.), Carmen Belén Gil Ayuso Gontan (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad CEU San Pablo ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ana Maria Ramos Gonzalez (presid.), Gonzalo Herradón Gil Gallardo (secret.), Isabel Lastres Becker (voc.), María Laura Bolognesi (voc.), Jesús Flórez Beledo (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
Las enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer o la enfermedad de Parkinson entre otras, suponen uno de los grandes retos del siglo XXI, debido principalmente al aumento en la esperanza de vida. Se trata de enfermedades devastadoras en las que la calidad de vida de los pacientes empeora drásticamente y con un gran impacto social debido al gasto que suponen para la sanidad pública. Por todo ello, es de vital importancia encontrar nuevos fármacos eficaces que sean capaces de frenar el avance de la enfermedad y no de paliar los síntomas. Este tipo de patologías se caracterizan por ser enfermedades multifactoriales en las que varios procesos biológicos se ven implicados con lo cual, actuar a nivel de un único proceso no supone un beneficio global. La etiología de estas enfermedades es aún desconocida pero se han reportado distintos eventos comunes a todas ellas entre los cuales destacan el estrés oxidativo, la neuroinflamación, la excitotixidad del glutamato y disrupciones en el proceso de plegamiento de las proteínas.
La fase final en la biosíntesis de las proteínas corresponde a las modificaciones post-trasduccionales. Estas modificaciones post-transduccionales juegan un papel fundamental en el correcto plegamiento de las proteínas. Una de las más relevantes en la fisiología humana es la fosforilación. El proceso de fosforilación supone un equilibrio entre la función de diversas proteínas quinasas y las fosfatasas. Existen varias proteínas quinasas que fosforilan a diversas proteínas patólogicas implicadas en los mecanismos de neurodegeneración. Una de éstas es la quinasa rica en repeticiones de leucina, LRRK2 (del inglés leucine-rich-repeat kinase 2).LRRK2 fue descubierta en 2012 y se ha convertido en una de las dianas más perseguidas en el campo de la enfermedad de Parkinson, ya que las mutaciones en el gen que codifica esta proteína son la primera causa genética de la enfermedad. LRRK2 es una proteína compleja con siete dominios que ejerce una actividad tanto GTPasa como ATPasa. Sin embargo, el papel que juega esta enzima en diferentes vías de señalización neuropatológicas es más extenso y por lo tanto podría jugar un papel importante en otras enfermedades neurodegenerativas. Por ello, nos planteamos como objetivo principal de ésta tesis que mediante una estrategia de química genética estudiar el papel que juega LRRK2 fuera de la Enfermedad de Parkinson.
Para ello, en un primer lugar, dado que no existe una estructura cristalográfica del dominio quinasa de LRRK2, se construyó un modelo de homología. Este modelo permitió el estudio del modo de unión de una familia de inhibidores de LRRK2 que ya había sido sintetizada en el grupo además de guiar el diseño de una nueva familia de inhibidores derivados de benzotiazol que ha sido sintetizada en este trabajo. De esta manera utilizando esta pequeña pero diversamente estructural librería de inhibidores de LRRK2, se ha podido estudiar en distintos modelos in vitro e in vivo, la implicación de este enzima en la neurogénesis en adulto, en la fosforilación de tau y en la retinosis pigmentaria.
En relación a una activación de la neurogénesis en adulto que podría compensar la muerte neuronal que ocurre en estas enfermedades, se ha visto que algunos de los inhibidores actúan como moduladores positivos de la vía de señalización de Wnt (una de las principales vías neurogénicas) en un modelo que utiliza progenitores neuronales humanos obtenidos a partir de células pluripotenciales inducidas de adultos sanos. En un segundo nivel, estos inhibidores con potencial neurogénico fueron probados en neuroesferas obtenidas a partir de la zona subventricular de ratones adultos y se comprobó que los mismos eran capaces de promover la proliferación de este nicho neurogénico. Finalmente, los inhibidores más prometedores fueron estudiados en experimentos de diferenciación a partir de estas mismas neuroesferas y se pudo observar como algunos de ellos eran capaces de promover el linaje neuronal y fundamentalmente oligodendrocítico. Esta interesante actividad biológica de los inhibidores de LRRK2, hace pensar que este diana puede jugar un papel interesante en la esclerosis múltiple.
Por otro lado, se decidió estudiar si la inhibición farmacológica de LRRK2 podría ejercer efecto en la fosforilación de tau. Esta hipótesis se basó en que ya se había reportado que LRRK2 era capaz de fosforilar tau tanto in vitro como in vivo de una manera directa e indirecta. Para confirmar esta hipótesis, la quimioteca de inhibidores de LRRK2 fue probada en un ensayo de neuroprotección desarrollado en este trabajo mediante el cual se induce neurotoxicidad en células de neuroblastoma humano. Los inhibidores de LRRK2 demostraron tener un efecto neuroprotector en este modelo. En un segundo nivel, estos compuestos fueron probados en un modelo celular de demencia fronto-temporal en el cual se utilizan neuronas glutamatérgicas obtenidas a partir de las células pluripotentes inducidas de un paciente afectado de ésta enfermedad y portador de una mutación en el gen que codifica la proteína tau y que consecuentemente provoca la hiperfosforilación de la misma. Algunos inhibidores fueron capaces de reducir la fosforilación de tau en las dendritas así como la acumulación patológica de tau total en el soma de estas neuronas. En un siguiente paso, los compuestos más prometedores fueron probados en un segundo modelo celular de demencia fronto-temporal en el que a partir de las mismas células pluripotentes inducidas del mismo paciente se obtuvo un cultivo neuronal mixto en el que había tanto neuronas dopaminérgicas, colinérgicas, glutamatérgicas, serotonérgicas, entre otras. En este segundo modelo se determinó cómo estos inhibidores de LRRK2 eran capaces de reducir la fosforilación de tau en distinto grado y medida en distintos epítopos. Un grupo reducido de estos inhibidores prometedores fueron probados en un modelo in vivo de Drosophila en el cual se expresa una forma humana mutada de la proteína tau en el ojo de la mosca. Consecuentemente se desencadena un fenotipo patológico en el ojo de la misma. En un ensayo cualitativo se determinó cómo uno de los inhibidores de LRRK2 es capaz de revertir dicho fenotipo. Finalmente, uno de los inhibidores más prometedores fue probado en un modelo de tauopatía murino en el cual se induce la expresión de tau humana mutada en el lado ipsilateral del hipocampo. Con este modelo se determinó que el inhibidor es capaz de alcanzar el cerebro ya que se produce una bajada en los niveles de fosforilación de tau en el hipocampo, a la vez que una mejora de la cognición en estos animales.
El último campo en el que se decidió estudiar el papel de LRRK2 fue en las degeneraciones retinianas, en concreto, la retinosis pigmentaria. Ya se había visto en el grupo que la glúcogeno-quinasa-3β (GSK3-β) juega un papel importante en este tipo de patologías y dado que LRRK2 está muy relacionada con la misma, se decidió estudiar si LRRK2 podría estar también implicada. En un primer lugar, se determinó que en un modelo de roedor de esta enfermedad (rd10), la expresión de LRRK2 aumenta a medida que avanza el proceso neurodegenerativo. En un segundo lugar, se estudió cómo en animales que habían sido tratados con uno de los inhibidores de LRRK2 había una tendencia a neuroproteger la capa de fotorreceptores así como una bajada importante de la neuroinflamación que se da en la retina como consecuencia de la enfermedad.
Estos resultados abren un nuevo horizonte para los inhibidores de LRRK2, ya que se muestra que esta enzima puede ser una diana interesante para promover la neurogénesis en adulto con una especial implicación en la Esclerósis múltiple, en tauopatías y también en retinosis pigmentaria.
