Chemical probes for the study of the endogenous cannabionaoid system

Resumen

La química biológica nació hace dos décadas con objeto de estudiar la interfase entre la química y la biología, utilizando para ello herramientas capaces de interrogar los distintos sistemas biológicos, facilitando así la comprensión de los mismos. Sin embargo, muchos de ellos, a pesar de su relevancia, no han sido estudiados hasta la fecha. Es el caso del sistema cannabinoide endógeno, que durante los últimos años ha sido relacionado con diversas funciones fisiológicas a nivel tanto central como periférico. Pese a ello, no existe ningún fármaco en el mercado a día de hoy dirigido a la modulación de este sistema. En este contexto, una mayor comprensión de algunos de los aspectos de la biología del sistema cannabinoide endógeno, tales como la localización de los receptores de cannabinoides a nivel celular y subcelular, la existencia de otras dianas distintas de los receptores conocidos y molecularmente caracterizados CB1 y CB2, y el estudio de otros ligandos de los receptores de cannabinoides, podrían permitir una aplicación terapéutica real de este sistema. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas herramientas que nos permitan profundizar en estos aspectos. En este trabajo se han diseñado y sintetizado sondas químicas para el estudio de la expresión de los receptores de cannabinoides en el sistema inmune; para explorar las diferencias entre el receptor CB1 de la membrana plasmática y el mitocondrial; para el descubrimiento de las dianas adicionales de los agonistas sintéticos HU210 y HU308; y para la identificación de las dianas terapéuticas del producto de origen natural honokiol. Así, sondas biotiniladas de elevada afinidad por ambos receptores de cannabinoides basadas en el esqueleto de HU210, fueron utilizadas para la detección del receptor CB1 en células humanas del sistema inmune, pudiendo demostrar la presencia de este receptor en pacientes alérgicos. Asimismo, la utilización de sondas fluorescentes permitió la visualización directa del receptor CB1 en células mononucleares de sangre periférica mediante citometría de flujo, destacando así como valiosas herramientas para estudiar posibles modificaciones en la expresión de este receptor en muestras con relevancia clínica, y también para estudiar su potencial como biomarcador. Con respecto al estudio del receptor CB1 mitocondrial, se han sintetizado ligandos de alta afinidad derivados de HU210, que gracias a su elevada polaridad, constituyen un conjunto de herramientas prometedoras para evaluar los diferentes efectos mediados por el receptor CB1 de membrana y el mitocondrial. Por último, se han desarrollado una serie de sondas que están posibilitando descubrir las dianas de diferentes compuestos. Así, el empleo de sondas de benzofenona y biotina basadas en los esqueletos de HU210 y HU308 han permitido la identificación de 15 proteínas de diferentes tipos, que participan en diversos procesos biológicos de interés. En concreto, la presencia del receptor CB2 entre ellas es especialmente importante, ya que pone de manifiesto la validez tanto de la plataforma como de la metodología utilizadas. Asimismo, estas sondas se están utilizando en células de cáncer y del sistema inmune para identificar las dianas adicionales de HU210. Por otro lado, sondas derivadas del producto natural honokiol, que contienen un grupo diazirina y un alquino terminal en su estructura están revelando algunas de las dianas de dicho ligando en células de cáncer de mama, proporcionando por primera vez información directa sobre sus mecanismos de acción.