Efecte dels anticolinesteràsics huprina x i avcri104p3 en els processos neurodegeneratius i d’envelliment

Abstract

Entre els diferents trastorns neurodegeneratius, la malaltia d’Alzheimer (MA) es caracteritza per la pèrdua progressiva de les funcions cognitives i l’alteració del comportament, essent el sistema colinèrgic central el principal sistema afectat. S’estima que hi ha més de 20 milions de persones que pateixen l’MA al món i s’espera que el 2050 la xifra augmenti fins a 135 milions, convertint-se així en la pròxima epidèmia dels països desenvolupats (Sabharwal & Wisniewski 2014). La seva importància mèdico-sanitària i socio-econòmica, i el fet que no existeixin fàrmacs prou eficaços per frenar-ne el seu progrés, ha provocat que el desenvolupament de nous compostos hagi esdevingut un tema de gran interès científic. Fins a dia d’avui, els únics fàrmacs aprovats pel tractament de l’MA són els anticolinesteràsics donepezil, rivastigmina i galantamina, i la memantina, un inhibidor dels receptors NMDA (àcid N-metil-D-aspàrtic) del glutamat. A partir d’aquestes molècules, i considerant que l’acetilcolinesterasa (AChE) desenvolupa moltes altres funcions a més d’hidrolitzar l’acetilcolina (ACh), s’han sintetitzat nous inhibidors de l’AChE (IAChE) capaços no només d’inhibir l’activitat catalítica de l’enzim, sinó també d’actuar com a modificadors de l’MA. Així doncs, alguns d’aquests compostos impedeixen l’agregació del pèptid β-amiloide (Aβ) induïda per la pròpia AChE, bloquegen i potencien determinades vies pro- i antiapoptòtiques, estimulen la neurogènesi i disminueixen la inflamació, entre altres accions. S’ha descrit que les funcions no catalítiques de l’AChE estan relacionades de forma específica a dues de les variants de l’enzim: la isoforma S o sinàptica (cervell i múscul), i la isoforma R o readthrough (cèl·lules embrionàries i tumorals). S’ha demostrat que ambdues són induïbles per lesions neuronals i/o per determinats IAChE. D’aquesta manera, l’expressió de l’AChE-R s’associa als processos neurogènics, protectors i de reparació, en canvi l’AChE-S sembla intervenir en les vies apoptòtiques i en l’augment de la neurotoxicitat (Zimmermann 2013; Soreq & Seidman 2001). D’acord amb això, la present tesi doctoral s’ha centrat en l’avaluació dels efectes dels anticolinesteràsics huprina X (HX) i AVCRI104P3 sobre l’expressió de les isoformes S i R de l’AChE, i altres proteïnes implicades en la regulació dels processos neurotòxics i neurogènics, en diferents condicions experimentals in vitro i ex vivo, com a models dels estats de neurodegeneració i d’envelliment. S’han escollit aquests compostos, donat que diferents estudis previs realitzats en el nostre departament han demostrat que presenten un ampli perfil farmacològic, ja que són antiagregants d’Aβ, inhibidors de la BACE (β-site APP cleaving enzyme 1), agonistes nicotínics i muscarínics M1 i neuroprotectors. Els resultats obtinguts en aquesta tesi mostren que ambdós anticolinesteràsics indueixen accions antiapoptòtiques i neuroprotectores i que, aquestes, segueixen patrons diferents, depenent no només del model experimental, sinó també de les característiques estructurals dels compostos, malgrat que ambdós són inhibidors de l’AChE.

Among the different neurodegenerative disorders, Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the progressive loss of cognitive function and the altered behaviour, being the central cholinergic system the main affected. It’s estimated that there are more than 20 million people who suffer from AD worldwide currently and about 135 million people expected to develop it by 2050, so it can be identified as the next health epidemic in developed countries (Sabharwal & Wisniewski 2014). Its medical-sanitary and socio-economic importance, and the fact that there are no drugs effective enough to stop its progress, has caused that the development of new compounds has become a subject of great scientific interest. Until today, the only drugs approved for the treatment of AD are the acetylcholinesterase inhibitors (IAChE) donepezil, rivastigmine and galantamine, and memantine, a glutamate NMDA (N-methyl-D-aspartate acid) receptors inhibitor. On the basis of these molecules, and considering that AChE carries out many other functions in addition to hydrolyse acetylcholine (ACh), new IAChE capable of not only inhibiting catalytic activity of the enzyme, but also acting as AD modifiers have been synthesized. Thus, some of these compounds prevent amyloid-β (Aβ) peptide aggregation induced by AChE itself, block and enhance certain pro- and antiapoptotic pathways, stimulate neurogenesis and decrease inflammation, among other actions. It has been described that the non-catalytic functions of AChE are specifically related to two variants of the enzyme: S or synaptic isoform (brain and muscle) and R or readthrough isoform (embrionary cells and tumours). It has been shown that both are inducible by neural injury or by certain IAChE. In this way, AChE-R expression is associated with neurogenic, protective and repair processes, whereas AChE-S seems to intervene in apoptotic pathways and in neurotoxicity increased (Zimmermann 2013; Soreq & Seidman 2001). It was on this basis that the present thesis has focused on the evaluation of the IAChE huprine X (HX) and AVCRI104P3 effects on the expression of AChE isoforms (S and R), and other proteins involved in the neurogenic and neurotoxic processes regulation, in different experimental conditions in vitro and ex vivo, as neurodegenerative and aging models. These compounds were chosen, given that several previous studies performed in our Department have shown that they present a broad pharmacological profile: they are Aβ aggregation and BACE (β-site APP cleaving enzyme 1) inhibitors, nicotinic and muscarinic M1 agonists and neuroprotective. The results obtained in this thesis show that both IAChE induce antiapoptotic and neuroprotecitve actions and that these, follow different patterns, depending not only on the experimental model, but also on the compounds structural characteristics, although they are both AChE inhibitors.