Derivados de gramina con actividad dual sobre canales de calcio y serina/treonina fosfatasas: nueva estrategia multidiana para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer

Abstract

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Farmacología y Terapéutica. Fecha de lectura: 02-12-2016Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 02-06-2018Given the multifactorial nature of Alzheimer's disease, it exists an increasing interest in the development of neuroprotective drugs able to interact with two or more biological targets involved in the neurodegenerative process. The Ca2+ ion plays a central role in many cellular processes, so its intracellular concentration must be tightly regulated to avoid the outbreak of pathological events. Thus, compounds capable of regulating the intracellular Ca2+ signaling have been classically studied for the treatment of neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease. Furthermore, one of the pathophysiological features of the disease is the neurofibrillary tangles, formed by hyperphosphorylated tau proteins. The imbalance in the phosphorylation of tau is due to, among other causes, a decrease in the activity of the Ser/Thr phosphatase enzymes that catalyze the removal of phosphate groups at tau, among which the phosphoprotein phosphatase 2A outstands. The research of this PhD dissertation aims the discovery of novel neuroprotective compounds, proposing an innovative strategy based on the simultaneous therapeutic approach over Ca2+ dyshomeostasis and Ser/Thr phosphatase activity. Taking the natural alkaloid gramine as hit compound, for its potential activity on both biological targets, the design and synthesis of a total of 44 compounds is presented, as well as the evaluation of their pharmacological activity. In general, gramine and its derivatives decrease the Ca2+ entry into the cell, measured by the Fluo- 4 fluorescent probe, presumably through a blockade of the voltage-gated Ca2+ channels, based on the results obtained by patch-clamp techniques. Moreover, they are able to maintain the Ser/Thr phosphatase activity, compromised by the presence of the selective inhibitor okadaic acid, being their affinity for PP2A enzyme confirmed by molecular docking studies. Finally, the dual activity of the compounds can protect neurons against toxic stimuli related to Alzheimer's disease, such as hyperphosphorylation of tau protein, oxidative stress, Ca2+ overload and excitotoxicity. Based on the obtained results, we propose this multitarget strategy as an innovative and promising approach for the treatment of Alzheimer's disease, being its modulation feasible through this new family of neuroprotective compounds derived from gramine.Dada la naturaleza multifactorial de la enfermedad de Alzheimer, existe un creciente interés en el desarrollo de compuestos neuroprotectores capaces de interaccionar con dos o más dianas biológicas involucradas en el proceso neurodegenerativo. El ión Ca2+ juega un papel central en muchos procesos celulares, por lo que su concentración intracelular debe estar estrechamente regulada, para evitar el desencadenamiento de eventos patológicos. Por esto, compuestos capaces de regular su señalización intracelular han sido clásicamente estudiados para el tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer. Por otro lado, una de las características histopatológicas de la enfermedad son los ovillos neurofibrilares, formados por la proteína tau hiperfosforilada. Este desequilibrio en los niveles de fosforilación de tau se debe, entre otras causas, a una disminución de la actividad de las enzimas Ser/Thr fosfatasas, responsables de catalizar la eliminación de los grupos fosfato, entre las que destaca la fosfoproteína fosfatasa 2A. La línea de investigación de esta Memoria de Tesis está dirigida al descubrimiento de nuevos compuestos neuroprotectores, proponiéndose una estrategia innovadora basada en el abordaje simultáneo de la dishomeostasis del Ca2+ y la actividad enzimática de las Ser/Thr fosfatasas. Tomando el alcaloide natural gramina como compuesto de partida, por su potencial actividad dual sobre ambas dianas de interés, se presenta el diseño y síntesis de un total de 44 compuestos, así como la evaluación de su actividad farmacológica. En general, la gramina y sus derivados disminuyen la entrada de Ca2+ al interior celular, medido mediante la sonda fluorescente Fluo-4, presumiblemente a través de un bloqueo de los CCDV, en base a los resultados obtenidos mediante técnicas de patch-clamp. Además, son capaces de mantener la actividad Ser/Thr fosfatasa, comprometida por la presencia del inhibidor AO, confirmándose su afinidad por la enzima PP2A mediante estudios de docking molecular. Por último, la actividad dual de los compuestos es capaz de proteger a las neuronas frente a estímulos tóxicos relacionados con la enfermedad de Alzheimer, como son la hiperfosforilación de la proteína tau, el estrés oxidativo, la sobrecarga de Ca2+ y la excitotoxicidad. En base a los resultados obtenidos, se propone esta estrategia multidiana como una aproximación innovadora y prometedora para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, siendo su abordaje factible gracias a esta nueva familia de compuestos neuroprotectores derivada de gramina