Adenosine as a Multi-Signalling Guardian Angel in Human Diseases:

When, Where and how Does it Exert its Protective Effects?

Trends in Pharmacological Sciences, June 2016, Vol 37, nº 6

Seminários em Farmacologia Bioquímica e MolecularCarla GardaniSilvana RussoValentina Cará

ADENOSINA• É um nucleosídeo, formado pela

união de uma adenina e uma ribose.

• É uma purina endógena.

• Meia vida = 1,5 segundos.

• Sob a forma de AMPc (baixa energia), colabora em vias de sinalização intracelular.

• Na forma de ATP, atua na transferência de energia, enquanto que na forma de ADP, atua no armazenamento desta energia.

ADENOSINA

• A produção de Adenosina é diretamente relacionada ao metabolismo celular!

• Em condições normais, sua concentração extracelular é extremamente baixa!

• Em situações de aumento de demanda celular ou hipóxia aumento da Adenosina!

Formação do ATP

• Adenina + Ribose = Adenosina

• Adenosina + Ác Fosfórico = AMP

• AMP + Ác Fosfórico = ADP

• ADP + Ác Fosfórico + ATP

Origem da ADENOSINA

• A adenosina pode ser produzida intracelularmente hidrolise do ATP ou da S-Adenosil-homocisteína (SAH), pela 5’nucleotidase ou pela SAH hidrolase, respectivamente.

• A adenosina também pode ser produzida extracelularmente, quando o ATP sofre desfosforilização pela ação dos ectonucleotídeos CD39 e CD73.

Adenosina e Receptores• Os receptores A1 e A3 inibem a

atividade de adenilil ciclase (AC) e ativam a fosfolipase C (PLC); consequentemente cai o nível de AMPc intracelular.

• O A2A e A2B estimulam a AC, com consequente aumento dos níveis AMPc; enquanto o A2B também ativa PLC, aumentando os níveis de cálcio.

• Ativivação da PKA (proteinoquinase A) e da PKC (proteinoquinase C) podem modular a transcrição de genes envolvidos no equilíbrio celular.

Adenosina e Epilepsia

ATP Adenosina atividades celulares que

consomem energia

Modulador de atividade metabólica: metabólito retaliador

Adenosina é um inibidor de atividade cerebral

• Epilepsia: um processo de excitação neuronal que envolve uma perturbação dos mecanismos auto-regulatórios

Crise epiléptica energia Adenosina

Cessação da crise e

estado pós-ictal

Modelo animal: ratos com aumento de adenosina-quinase apresentaram mais crises, e ratos com diminuição dessa enzima apresentaram menos crises

Modelo humano: adenosina-kinase aumentada em zonas epileptogências do cérebro (Possível alvo terapêutico)

Epilepsia é multifatorial, assim como a participação da adenosina

Receptores A1: ação pré-sináptica, inibindo a liberação de neurotransmissores excitatórios e hiperpolarizando a membrana pós-sináptica

Dieta Low carb/High

fat Cetose

Adenosina

Homeostase na utilização

de energia por tecidos

cerebrais

Cetose crônica mitocôndrias

principalmente no hipocampo

Reserva de energia que protege contra

a excitabilidade durante as crises

ADENOSINA E ISQUEMIA

• Pré-condicionamento isquêmico (PCI)

• Mecanismo envolve NMDA (receptores de glutamato), citocinas, óxido nítrico, stress oxidativo, inibição das células imunes

Mediado por adenosina

• Injúria Isquemia-Reperfusão (IIR)

Adenosina: Mediador endógeno de neuroproteção na resposta à

isquemia

Dificultam a entrada de Cálcio, levando à inibição pré-sináptica e redução da liberação de neurotransmissores excitatórios.

Aumentam a condutância de K+ e Cl-, reduzindo a excitabilidade neuronal efeito pré-condicionamento isquêmico

Reduzem o metabolismo celular e o consumo de energia

Reduzem a excitotoxicidade glutamatérgica causada pela superestimulação dos receptores NMDA

Regulam canais de K+ dependentes de ATP através de proteína-quinase C evita a destruição da mitocôndria

Receptores A1

Inibição da agregação plaquetária

Mediador da vasodilatação

Reduz infiltração de leucócitos

Atenuação da neuroinflamação neurogênese e proteção contra isquemia pelo aumento de fatores neurotrópicos, como NGF (nerve growth factor) e BDNF (brain-derived neurotrophic factor)

Em hepatócitos, aumento da produção de ATP, modulando a as alterações metabólicas produzidas pela IIR

Receptores A2a: efeitos benéficos a longo prazo

A2B Atua no PCI através dos efeitos nas células endoteliais e miócitos cardíacos, e previne IIR ao atuar nas células inflamatórias.

Estabiliza PER2, ativando HIF1 (hypoxia-inducible factor), adaptando os miócitos à isquemia ao promover a utilização de carboidratos de maneira mais eficiente (poupando O2)

Redução da infiltração de neutrófilos

Promoção da angiogênese

Inibição da migração da microglia e de monócitos nas áreas isquêmicas

Mastócitos cardíacos: previnem liberação de renina, evitando arritmias de IIR.

Receptores A2B e A3

Pré-condicionamento isquêmico no coração: A1, A2B, A3.

A3: efeito cardioprotetor ao inibir IIR mediada por neutrófilos e evitar a apoptose dos miócitos.

A1, A2a, A2b, A3: ação em vários órgãos, diminuindo acumulação de neutrófilos, linfócitos NK, produção de TNF-a, oclusão microvascular e agregação plaquetária que exacerbam o dano tecidual pós reperfusão.

Adenosina, seus agonistas e moduladores como medidas terapêuticas para proteger o miocárdio e acelerar a recuperação após isquemia.

Possível utilização: prevenção da IR em órgãos transplantados

Adenosina e Dor

Adenosina e Dor

• Adenosina elevada agudamente é benéfica- vasodilatação;

-Ativação de AR1 inibe comportamento de dor;-Ativação de AR2A aumenta comportamento de dor;• Adenosina elevada cronicamente é maléfica-

inflamação crônica, fibrose, lesão de órgãos;

Adenosina e Dor

Adenosina e Dor

• Adenosine has been recognised as a potent antinociceptive agent in several different preclinical models of chronic pain and, therefore, is undergoing clinical trials for chronic regional pain syndrome, as well as perioperative and neuropathic pain. Indeed, in the spinal cord and periphery, adenosine has been shown to reduce neuronal activity and, therefore, pain, through its activation of the A1 receptor.

Papel dos Receptores na Dor

Distribuição dos Receptores

Distribuição dos Receptores• A major limitation to the systemic use of drugs acting on

adenosine receptors is represented by their wide distribution, especially in the CNS and in the cardiovascular system, which could account for significant and harmful side effects. Specifically, activation of the A1 adenosine receptors in the CNS could lead to inhibition of locomotor activity and catalepsy, whereas in the heart severe bradycardia and atrioventricular block may occur. Acting on the A2A subtype with selective agonists may lead to a significant drop in blood pressure, accompanied by tachycardia .

Aumento da Expressão de A1 na Dor

• Exposure to proalgogenic ATP induced a significant increase in A1 receptor subtype expression in microglia, whose activation in turn led to inhibition of microglial phenotypic changes and to the reduction of the ability of microglia to promote neuronal firing. Thus, it can be envisaged that microglial A1 receptors are upregulated and engaged to counteract the algogenic actions induced by massive ATP release at injury or inflammation sites.

A1 e Acupuntura

• Interestingly, recent studies demonstrated a role for A1 receptors in the mediation of the antinociceptive effect of acupuncture, whose analgesic effect has been replicated by direct injection of an A1 receptor agonist

A2a e A2b

• Adenosine may also provide beneficial effects against inflammatory pain by acting through A2A and A2B receptors located in inflammatory immune cells.

A3 e dor neuropática

• the latest evidence suggests that A3 receptor activation will be useful in the treatment of chronic neuropathic pain. Indeed, A3 receptor activation has been shown to inhibit neuropathic pain, induced mechanically or by chemotherapy, by enhancing the effects of available analgesics.

Adenosina e Inflamação

Adenosina e Inflamação

• By activating the A2A, A2B, and A3 receptor subtypes, adenosine has a crucial role in the regulation of tissue homeostasis, affecting the immune system. It typically inhibits endothelial cell adhesion and superoxide anion production by neutrophils, and reduces proinflammatory cytokine release from macrophages, dendritic cells, and lymphocytes.

Adenosina e Inflamação

The immune system requires the sensing of specific signals called “danger signals”

In the context of purinergic signaling, it has been proposed that the regulation of the immune system requires at least two ‘danger’ signals, the first (ATP) indicating the presence of danger from pathogens or other injurious events and leading to the activation of immune cells and defensive effector function and the second (adenosine) indicating the danger from overactive immune cells and triggering the downregulation of the proinflammatory activities of the immune system.

ATP e Adenosina• Although changes in ATP should be the initial sensor of metabolic imbalance,

ATP is hardly ever used as a control parameter. This is because the intracellular ATP concentration is so tightly controlled, that it is only allowed to change upon profound metabolic imbalance;

• Long before marked changes in ATP concentrations occur, cells need to generate signals indicating a cellular stressful condition. Cells take advantage of the near equilibrium of adenylate kinase reaction to convert minor changes in ATP concentration into several fold changes in AMP concentration;

• But it is also advantageous to rapidly signal stressful situation to neighgbouring cells, and AMP is not well suited for this purpose, since it cannot cross cell membranes. The existence of a substrate cycle between AMP and adenosine, with the opposite activities of 5'-nucleotidase and adenosine kinase, introduces a further amplification checkpoint to regulate the formation of intracellular adenosine upon changes in the concentration of intracellular AMP.

Bactérias aumentam AMPc• Increased cAMP levels appear to generally weaken monocyte

inflammatory functions. Interestingly, bacteria and fungi have taken advantage of this effect in the course of evolution. Pathogen capture and programed destruction are among the most important activities of innate immune cells to prevent tissue invasion and pathogen dissemination. Certain micobacteria and fungi have evolved to hijack the host cAMP axis by introducing microbial adenylyl and guanylyl cyclases and by intoxicating the host cell with preformed cAMP or adenylate cyclase toxins. Bordetella pertussis, for example, suppresses neutrophil extracellular trap (NET) formation by overwhelming leukocytes with supraphysiologic intracellular cAMP levels. Likewise, bacterial-derived or -induced cAMP facilitates intracellular bacterial survival by multiple actions, including CREB-dependent anti-apoptotic signaling and repression of intracellular bacterial killing in invaded monocytes and macrophages.

Adenosina e Inflamação

Doenças Autoimunes

Doenças autoimunes

• Artrite reumatóide• Osteoartrite• Doença de Chron• Psoríase

• Receptores A2A e A3 up-regulados

Reabsorção Óssea Inflamatória

• Ativação de A2A inibe diferenciação de osteoclastos

• Formação de Osteoblasto – regulada por A2b• A2a promove proliferação de medula óssea

Cicatrização de FeridasA2A receptor subtype promotes several early events in these processes, including vasodilatation, angiogenesis, matrix production, and inflammation;

A2B receptor is behind the increase in the production of proangiogenic factors, such as IL-6, IL-8 and VEGF, by cardiac stromal cells, revealing its role in the stimulation of angiogenesis in an injured heart.

Lesão Pulmonar

Several A2A agonists have been developed for treating the asthmatic response.

Adenosina e InflamaçãoDoenças Oculares

• Receptores A3 estão envolvidos em diversas patologias oculares, como olho seco, glaucoma e uveítes.

• Estudos em fase II demonstram que o uso de CF-101/agonista do receptor A3 pode beneficiar pacientes portadores de Síndrome do Olho Seco, assim como em alguns casos de uveítes posteriores.

Adenosina e Câncer

A Adenosina tem um papel protetor nas neoplasias, mas sua ação também interfere no sistema imune.

Ocorre um aumento nas concentrações de CD39 e CD73, com aumento nos níveis de Adenosina , que através dos receptores A2A e A2B criam

um microambiente tumoral “imunotolerante”.

Este evento representa uma consequência natural, que visa evitar uma resposta inflamatória excessiva, com maior destruição celular.

Potenciais “terapias alvo”

Antagonistas dos Receptores A2A e A2B

Existem estudos que sugerem efeitos prometastáticos durante a ativação dos receptores A2B.

A expressão do Receptor A3 está em:

Melanoma, Linfoma, Leucemia, Glioblastomas, Mesoteliomas e Tumores

de Próstata.

A expressão do Receptor A3 está em:

Hepatocarcinomas, Mama e Colon.

A Ativação do

Receptor A3

Acarreta a inibição da proliferação celular tumoral, com aumento da apoptose e redução do desenvolvimento

tumoral e das metástases

Alguns estudos já sugerem que upregulation do Receptor A3 induz regressão tumoral.

Em resumo a via molecular que ativa os Receptores A3, inibem a ação

da PKA (proteinoquinase A) e PKB (proteinoquinase B).

Acarretando um glicogeniosintetasequinase 3 beta (GSK-3beta)

Com supressão da Ciclina D1 e da expressão c-myc

Provocando Apoptose/ Morte Celular

Efeito Protetor +

Se desequilíbrio celular : Níveis Aumentados !

No futuro, drogas pro A2A

serão usadas para

inflamação (?)

No futuro, drogas direcionadas aos

receptores A1, A2A e A3 serão usadas para

controle da dor, inflamação e Ca (?)

Adenosina