Evaluación del mecanismo de acción y el perfil neuroprotector de la gamma-decanolactona en epilepsia y Parkinson

Abstract

Las enfermedades neurológicas son actualmente uno de los principales problemas médicos y socioeconómicos, debido a la alta tasa de morbilidad y mortalidad que afectan a cientos de millones de personas en todo el mundo. La epilepsia es un trastorno neurológico crónico, caracterizado por descargas neuronales excesivas y anormales en el cerebro, que conducen a episodios de crisis epilépticas espontáneas y recurrentes. La enfermedad de Parkinson (EP) es considerada una enfermedad neurodegenerativa, crónica y progresiva del sistema nervioso central (SNC) causada por una disminución marcada y gradual en la producción de dopamina (DA) en la vía nigroestriada. Recientemente se descubrió que las crisis epilépticas están relacionadas con el deterioro cognitivo y que la epilepsia y algunas enfermedades neurodegenerativas, como la EP, tienen etiologías que están intrínsecamente relacionadas. Ambas comparten mecanismos patológicos similares, como la desregulación de neurotransmisores, la excitotoxicidad, la disfunción mitocondrial, el aumento de las citocinas proinflamatorias y de las proteínas pro-apoptóticas, entre otros. Debido a la compleja etiología de estas enfermedades, hoy se investiga en el desarrollo de nuevos fármacos que sean capaces de actuar sobre múltiples dianas terapéuticas. La gamma-decanolactona (GD) es un compuesto monoterpénico que en estudios previos demostró tener actividad neuroprotectora in vivo e in vitro. La presente tesis doctoral tiene como objetivo estudiar los aspectos neurofarmacológicos y el mecanismo de acción de la GD en modelos experimentales de epilepsia y de la EP, para contribuir a un mayor conocimiento de la GD y su posible aplicación en clínica. En esta tesis se han llevado a cabo estudios in silico, in vitro, in vivo y ex vivo. Los estudios in silico incluyen las propiedades fisicoquímicas, la capacidad para atravesar la barrera hematoencefálica (BHE) y la capacidad de fijación a las isoformas de la MAO. Para la realización de los experimentos in vivo se utilizaron ratones albinos machos "Mus Musculus" CF-1 o Charles River "CD1-Swiss" con 2-3 meses de edad y un peso de 25 ± 5 gramos. Para evaluar sus propiedades anticonvulsivas, se estudió la posible actuación de la GD (300 mg/kg) en los sistemas purinérgico y GABAérgico, utilizando los modelos de crisis aguda inducida por la aminofilina (AMINOPH) y el de crisis subcrónicas (Kindling) inducidas por el pentilentetrazol (PTZ). Para hacer posible esta investigación, utilizamos dos antagonistas de adenosina, el DPCPX (antagonista del receptor A1) y el ZM241385 (antagonista del receptor A2A) y un antagonista GABAérgico, la bicuculina (antagonista del receptor GABAA). La expresión de proteínas del receptor GABAA α1 y del receptor de adenosina A1 se evaluó mediante la técnica de Western blotting en muestras de hipocampo de ratones sometidos al modelo de Kindling. Además, también se realizaron estudios de unión a los receptores de adenosina A1, A2A A2B y A3. Para evaluar sus posibles propiedades antiparkinsonianas, se estudió el efecto de la GD in vitro para inhibir las isoformas A y B de la enzima monoamino oxidasa humana (hMAO) y su citotoxicidad en la línea celular de hepatoma humano (HepG2). Estos estudios in vitro se completaron con los ensayos in vivo, donde se evaluó la coordinación motora (prueba de Rota-rod), la modificación de la temperatura corporal y la actividad locomotora en una prueba de campo abierto. Estos ensayos in vivo se realizaron en ratones reserpinizados (1,5 mg/kg, 18:00 h antes) o no reserpinizados, para evaluar el efecto antiparkinsoniano de la GD (300 mg/kg), sola o asociada con levodopa más benserazida (LD+BZ, 100:25 mg/kg). En los estudios in silico los resultados ponen de manifiesto que la GD presenta unas adecuadas propiedades fisicoquímicas, capacidad para cruzar la BHE y para unirse de forma preferente a la isoforma B de la MAO. Los resultados obtenidos en la evaluación de la actividad anticonvulsivante muestran que la GD protegió a los ratones contra las crisis agudas inducidas por AMINOPH y contra las crisis subcrónicas inducidas por PTZ. El antagonista del receptor de adenosina A2A (ZM241385) y el antagonista del receptor del GABAA (bicuculina) no modificaron el comportamiento de la GD. La administración del antagonista del receptor de adenosina A1 (DPCPX) revirtió el efecto protector de la GD en los dos modelos estudiados. Además, la GD promovió un aumento en la expresión de la subunidad α1 del receptor GABAA, en el hipocampo de los ratones sometidos al modelo de Kindling. La GD prácticamente no muestra afinidad por los receptores de adenosina. En los resultados de la evaluación de la GD como antiparkinsoniana se apreció que esta inhibió preferentemente la MAO-B de forma parcialmente reversible, con una CI50 55,95 ± 9,06 μM. También es un compuesto seguro, ya que solamente a la concentración más alta (100 μM) disminuyó la viabilidad de las células HepG2. Finalmente, en los estudios in vivo, la GD revertió parcialmente la ataxia de los ratones reserpinizados. El tratamiento concomitante de la GD con la LD+BZ mostró una potenciación de la reversión de la ataxia y también facilitó la reversión de la hipotermia causada por la reserpina para todos los tiempos medidos (p < 0.01 vs. vehículo), excepto a las 24:00 h. Por el contrario, la GD no revirtió la hipocinesia en el ensayo de campo abierto.

Neurological diseases are currently one of the main medical and socioeconomic problems, due to the high morbidity and mortality rate affecting millions of people worldwide. Epilepsy is a chronic neurological disorder, characterized by excessive and abnormal neural discharges into the brain, leading to spontaneous and recurrent crisis episodes. Parkinson's disease (PD) is considered a neurodegenerative, chronic, and progressive disease of the central nervous system (CNS) caused by a marked and gradual decrease in dopamine (DA) production in the nigroestric pathway. It was recently discovered that epileptic seizures are related to cognitive decline and that epilepsy and some neurodegenerative diseases, such as PD, have intrinsically related aetiologies. Both share similar pathological mechanisms, such as neurotransmitter dysregulation, excitotoxicity, mitochondrial dysfunction, increased pro-inflammatory cytokines and pro-apoptotic proteins, among others. Due to the complex etiology of these diseases, today research is being carried out on the development of new drugs that are capable of acting on multiple therapeutic targets. Gamma-decanolactone (GD) is a monoterpenic compound that has been shown in previous studies to have neuroprotective activity in vivo and in vitro. The present doctoral thesis aims to study the neuropharmacological aspects and the mechanism of action of GD in experimental models of epilepsy and PD, to contribute to a greater understanding of GD and its possible clinical application. In this thesis, in silico, in vitro, in vivo and ex vivo studies have been carried out. In silico studies include physicochemical properties, the ability to cross the blood-brain barrier (BBB), and the ability to bind to MAO isoforms. Male albino mice "Mus Musculus" CF-1 or Charles River "CD1-Swiss" with 2-3 months of age and weighing 25 ± 5 grams were used to carry out the in vivo experiments. To evaluate its anticonvulsant properties, the possible action of GD (300 mg/kg) in the purinergic and GABAergic systems was studied, using the models of acute seizure induced by aminophylline (AMINOPH) and that of subchronic seizure (Kindling) induced by pentylenetetrazole (PTZ). To make this research possible, we used two adenosine antagonists, DPCPX (A1 receptor antagonist) and ZM241385 (A2A receptor antagonist) and a GABAergic antagonist, bicuculin (GABAA receptor antagonist). The expression of proteins of the GABAA α1 receptor and the adenosine A1 receptor was evaluated by means of the Western blotting technique in hippocampal samples of mice subjected to the Kindling model. In addition, studies of binding to adenosine A1, A2A A2B and A3 receptors were also performed. To evaluate its possible antiparkinsonian properties, the effect of GD in vitro to inhibit isoforms A and B of the human monoamine oxidase enzyme (hMAO) and its cytotoxicity in the human hepatoma cell line (HepG2) was studied. These in vitro studies were completed with in vivo tests, where motor coordination (Rota-rod test), modification of body temperature and locomotor activity were evaluated in an Open Field Test (OFT). These in vivo tests were performed in reserpinized (1.5 mg/kg, 18:00 before) or non-reserpinized mice, to evaluate the antiparkinsonian effect of GD (300 mg/kg), alone or in combination with levodopa plus benserazide (LD+BZ, 100:25 mg/kg). In the in silico studies, the results show that GD has adequate physicochemical properties and the ability to cross BBB. The results obtained in the evaluation of the anticonvulsant activity show that GD protected the mice against acute seizures induced by AMINOPH and against subchronic seizures induced by PTZ. The adenosine A2A receptor antagonist (ZM241385) and the GABAA receptor antagonist (bicuculin) did not modify the behavior of GD. Administration of the adenosine A1 receptor antagonist (DPCPX) reversed the protective effect of GD in the two models studied. Furthermore, GD promoted an increase in the expression of the α1 subunit of the GABAA receptor in the hippocampus of mice subjected to the Kindling model. GD shows practically no affinity for adenosine receptors. In the results of the evaluation of GD as antiparkinsonian, it was observed that GD preferentially inhibited MAO-B in a partially reversible way, with an IC50 of 55.95 ± 9.06 μM. It is also a safe compound, since only at the highest concentration (100 μM) did the viability of HepG2 cells decrease. Finally, in the in vivo studies, GD partially reversed ataxia in reserpinized mice. Concomitant treatment of GD with LD+BZ showed potentiation of ataxia reversal and also facilitated reversal of hypothermia caused by reserpine for all times measured (p < 0.01 vs. vehicle), except at 24:00 h. In contrast, GD did not reverse hypokinesia in the OFT.

Resumo em Galego disponível nas páginas 35 a 42