Mitophagy regulators as innovative drugs for neurodegenerative diseases

Resumen

La mitofagia es la degradación selectiva de la mitocondria mediante autofagia. A través de una estructura de doble membrana, conocida como autofagosoma, las mitocondrias defectuosas o que no hacen falta son llevadas al lisosoma, donde son degradadas. Se trata de un proceso clave en el mantenimiento de la homeostasis celular. Una acumulación de mitocondrias defectuosas o la falta de mitocondrias sanas causadas por un exceso o un defecto de mitofagia, afectan a la homeostasis celular. De hecho, es un proceso alterado en diferentes enfermedades, como en cáncer, enfermedades cardíacas y especialmente en enfermedades neurodegenerativas, como en la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, o en la esclerosis lateral amiotrófica. Así, la mitofagia aparece como una diana terapéutica muy interesante en el campo de la química médica y el descubrimiento de fármacos. Es por ello, que el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido la búsqueda de moduladores de mitofagia y su caracterización, así como su aplicabilidad terapéutica en modelos de neurodegeneración. Para ello, se partió de dos quimiotecas con más de 3700 compuestos en total. Se filtraron los compuestos mediante técnicas computacionales y diversidad química. Finalmente se analizaron 90 compuestos en un ensayo fenotípico de mitofagia, encontrándose dos inductores y un inhibidor. Los inductores, JAR1.39 y VP07, pertenecen a una familia de compuestos diseñados para inhibir alostericamente la quinasa GSK3. Sin embargo, la modulación de la mitofagia por parte de estos compuestos es independiente de la inhibición de GSK3, siendo su estructura la responsable de su actividad en mitofagia. Los compuestos fueron evaluados en modelos celulares de la enfermedad de Parkinson y recuperaban los bajos niveles de mitofagia que presentaban los modelos y que son característicos de la enfermedad. El inhibidor, IGS2.7, inhibe la proteína quinasa CK1, pero la inhibición de mitofagia es independiente de su diana. Proponemos ULK1, una proteína quinasa que participan en las fases iniciales del proceso de autofagia, como una nueva diana de IGS2.7. La aplicabilidad terapéutica del inhibidor se estudió en modelos de esclerosis lateral amiotrófica. Linfoblastos de pacientes con mutaciones en SOD1 y TDP-43, así como modelos murinos con mutaciones en los mismos genes, mostraron mayor flujo de autofagia comparado con sus controles. El tratamiento de ambos modelos celulares y el modelo animal de TDP-43 con el inhibidor IGS2.7 recuperó los niveles de autofagia a los del control. Por último, se propone a la proteína quinasa SGK1 como una diana para modular la homeostasis mitocondrial. Mediante un cribado virtual y posterior validación de los hits in vitro, se estudiaron los compuestos más potentes en el ensayo fenotípico de mitofagia, observándose una disminución de la mitofagia junto a un aumento de biogénesis mitocondrial. Se ensayaron en un modelo celular de la enfermedad de Alzheimer y se observó una recuperación de la muerte celular. Así, concluimos que la mitofagia y la homeostasis mitocondrial son procesos alterados en diferentes patologías y que su modulación es clave para recuperar los niveles adecuados de mitocondrias sanas. Por ello, aparecen como dos buenas estrategias terapéuticas para el descubrimiento de fármacos en enfermedades neurodegenerativas, en los que el proceso aparece alterado.