Evaluation of the neuroprotective properties of group IIII metabotropic glutamate receptors ligands in the cellular model of Parkinson's disease

Ze względu na brak leku neuroprotekcyjnego w klinice, bardzo istotnym zagadnieniem w badaniach przedklinicznych pozostaje poszukiwanie nowych strategii farmakologicznych do leczenia chorób o podłożu neurodegeneracyjnym, w tym choroby Parkinsona (PD). Interesującym punktem uchwytu dla nowych leków neuroprotekcyjnych wydają się być metabotropowe receptory glutaminergiczne, a w szczególności grupa III tych receptorów (mGluR III). Dotychczasowe wyniki badań na komórkowych i zwierzęcych modelach PD sugerują korzystny wpływ pobudzenia mGluR III, który może wiązać się zarówno z hamowaniem objawów motorycznych, jak i spowalnianiem degeneracji neuronów istoty czarnej. Jak do tej pory, aktywacja mGluR III badana była głównie w kontekście hamowania nadmiernej transmisji glutaminianergicznej, która wiąże się z bezpośrednim mechanizmem pobudzenia tych receptorów na zakończeniach presynaptycznych i hamowanie uwalniania neuroprzekaźnika. Celem tej pracy było zbadanie potencjału neuroprotekcyjnego aktywatorów mGluR III w modelu in vitro PD z użyciem toksyny mitochondrialnej MPP(+), który to nie jest bezpośrednio związany z indukcją procesów ekscytotoksyczności. Po pierwsze, wykazano że wszystkie badane ligandy mGluR III, agonista ortosteryczny mGluR III (ACPT-I), agonista ortosteryczny mGluR8 ((S)-3,4-DCPG), jak i pozytywny allosteryczny modulator mGluR8 (AZ12216052) częściowo chroniły komórki niezróżnicowane (UN-SH-SY5Y) przed neurotoksycznością MPP(+), natomiast w komórkach neuronalnie zróżnicowanych (RA-SH-SY5Y) tylko specyficzna aktywacja receptora mGluR8 okazała się być skuteczna w ochronie komórek. Po drugie, badając możliwe mechanizmy odpowiedzialne za działanie neuroprotekcyjne wykluczyliśmy wpływ badanych aktywatorów mGluR III na aktywność kaspazy-3, enzymu kluczowego dla procesu apoptozy. Obserwowano natomiast ich ochronny efekt na indukowaną MPP(+) fragmentację DNA mierzoną metodą TUNEL. Co więcej, działanie neuroprotekcyjne badanych związków było hamowane podaniem inhibitora nekroptozy, nekrostatyny-1, a barwienie z użyciem jodku propidyny wykazało hamowanie przez testowane ligandy mGluR III zmian nekrotycznych wywołanych MPP(+). Otrzymane wyniki z modelu komórkowego wskazują na neuroprotekcyjny potencjał aktywacji mGluR III w modelu uszkodzeń komórek wywołanych MPP(+), a ochronne działanie badanych aktywatorów mGluR III może polegać na modulacji mechanizmów wewnątrzkomórkowej ścieżki nekrotyczną. Uzyskane rezultaty dają przesłanki do prowadzenia dalszych badań nad aktywatorami mGluR III w kierunku ich działania neuroprotekcyjnego w różnych chorobach neurodegeneracyjnych, z chorobą Parkinsona włącznie.

The lack of the neuroprotective drug in clinic underlines the importance of searching for new pharmacological approaches for treatment of various neurodegenerative diseases, including Parkinson’s disease (PD) in the preclinical settings. The metabotropic glutamate receptors, especially group III (mGluR III) seems to be an interesting target for new putative neuroprotectants. The existing data from in vitro and in vivo studies on PD suggest that stimulation of mGluR III could be beneficial in inhibition of motor symptoms of PD as well could delay the degeneration of dopaminergic neurons in substantia nigra. The activation of mGluR III has been studied predominantly in relation to its inhibitory action on glutamatergic overactivity, which is the main mechanism of stimulation of presynaptic receptors leading to attenuation of neurotransmitter release. The present study was devoted to investigate the neuroprotective effects of mGluR III activators in in vitro model of PD engaging the mitochondrial inhibitor, MPP(+) which mechanism of toxic action is not directly connected with glutamatergic overactivation. We demonstrated that all tested activators of mGluR III: mGluRIII orthosteric agonist, ACPT-I; mGluR8 orthosteric agonist, (S)-3,4-DCPG and mGluR8 positive allosteric modulator, AZ12216052 partially inhibited undifferentiated SH-SY5Y cells against MPP(+) neurotoxicity. In neuronally differentiated (RA-SH-SY5Y) cells we found protection mediated only by mGluR8 activators. Next, we showed that in the mechanism of neuroprotection mediated by mGluR III is not involved regulation of caspase-3 activity, a crucial enzyme in apoptotic execution. However we found the decrease in MPP(+)-induced DNA fragmentation evoked by all tested mGluR III agents as was confirmed by TUNEL labeling. Moreover, we demonstrated the attenuation of necrotic cells after treatment with ACPT-I, (S)-3,4-DCPG and AZ12216052 and the protection mediated by these agents was blocked by inhibitor of necroptosis, necrostatin-1. The obtained data indicate that activation of mGluR III by orthosteric and allosteric ligands is neuroprotective against the MPP+-evoked cell damage and the mechanism probably engage the modulation of necrotic pathway. These results give a rationale for further studies on mGluR III as a putative target for new drugs to combat neurodegenerative diseases, including Parkinson’s disease.