Modulation of KV1.3 and KCa3.1 channels by indole-3-carbinol and its derivatives compounds

• Autores: María Baena Nuevo
• Directores de la Tesis: Teresa Gonzalez Gallego (dir. tes.), Carmen Valenzuela Miranda (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 133
• Títulos paralelos:
  • Modulación de los canales KV1.3 y KCa3.1 por el indole-3-carbinol y sus compuestos derivados
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    Los canales iónicos son proteínas de membrana que permiten el movimiento de iones hacia dentro y hacia fuera de la célula. Los canales KV1.3 y KCa3.1 juegan un papel crucial en las células del sistema inmune, regulando el potencial de membrana. En los linfocitos B, regulan la homeostasis del calcio que es fundamental para la producción de citoquinas, la diferenciación celular, la proliferación, la migración y la apoptosis. Su expresión se encuentra aumentada en algunos tipos de cáncer relacionados con el sistema inmune y por ello se consideran una nueva diana terapéutica contra ciertos tipos de cáncer. En los últimos años se ha demostrado que fármacos antitumorales como la fludarabina o el rituximab inhiben la corriente KV1.3 en los linfocitos B. Además, el indol-3-carbinol (I3C), que ejerce efectos sinérgicos con la fludarabina, presenta actividad farmacológica contra los linfocitos B de leucemia linfática crónica y linfoma de Burkitt. Por tanto, este compuesto podría constituir un nuevo fármaco útil en el tratamiento para estas enfermedades, por lo que es necesario el estudio de su mecanismo de acción. En esta Tesis Doctoral hemos estudiado los efectos del I3C, así como la relación estructura-función entre este compuesto y el canal KV1.3 utilizando, para ello, la técnica patch-clamp en su configuración de célula-entera en células HEK293 transfectadas con KV1.3. El I3C actuó como un inhibidor de la corriente KV1.3, tras su unión directa al canal. Esta inhibición fue dependiente de la concentración y presentó cooperatividad positiva. Además, se estudió distintos derivados del I3C y se observó que sólo los compuestos citotóxicos inhibieron la corriente KV1.3. Por lo tanto, la inhibición del canal podría estar relacionada, en parte con el efecto citotóxico del compuesto. Esta inhibición de la corriente se produjo de forma dependiente de voltaje, tiempo y uso, lo que sugiere un mecanismo de bloqueo del estado abierto del canal. Además, observamos que todos los compuestos capaces de inhibir la corriente KV1.3 presentan un grupo metanol en la posición 3 del grupo indólico. Así, este grupo químico parece ser necesario para unirse y bloquear KV1.3. Se estudió el efecto del I3C en otras corrientes KV y sólo observamos una disminución de la KV11.1, lo que podría estar relacionado con el papel antitumoral del compuesto en los linfocitos B. Finalmente, en linfocitos B de linfoma de Burkitt (BL60.2) el I3C bloqueó los canales KV1.3 mientras que no se observó ningún efecto sobre los canales KCa3.1. Por tanto, en esta Tesis Doctoral, hemos determinado la inhibición de la corriente KV1.3 por el I3C y sus derivados, así como los requisitos moleculares para la interacción canal-I3C. Hemos observado que los canales KV1.3, pero no los KCa3.1 podrían constituir una nueva diana antitumoral y su inhibición podría estar implicada, en parte, en el papel antitumoral de este compuesto sobre linfocitos B. Así, el canal KV1.3 se postularía como una nueva diana terapéutica para estas patologías y el diseño de nuevos fármacos que actúen sobre éste podrían considerarse un nuevo enfoque terapéutico

  • English

    Ion channels are membrane spanning proteins that allow ion movement in and out the cell. KV1.3 and KCa3.1 play a key role in the immune system cells setting the membrane potential. In B lymphocytes, they regulate calcium homeostasis which is involved in cytokines production, cell differentiation, proliferation, migration and apoptosis. The expression of these potassium channels is increased in some types of cancer related to the immune system and for that reason, they are considered as a new therapeutic target against some types of cancer. In the last years, it has been demonstrated that antitumoral drugs such as fludarabine or rituximab inhibit KV1.3 current in B lymphocytes. In addition, indole-3-carbinol (I3C), which synergizes with fludarabine, exhibits pharmacological effects against B cells from chronic lymphocytic leukaemia and Burkitt’s lymphoma. Therefore, this compound could be a new useful drug in the treatment against B malignancies, and therefore, it is important to study its mechanism of action. In this Doctoral Thesis we studied the effects of I3C, as well as the structure-function relationship of this compound and the channel KV1.3, by the use of the whole-cell configuration of the patch-clamp technique in HEK293 cells transfected with KV1.3. We observed for the first time, that I3C inhibits the KV1.3 current, likely through a direct interaction with the channel. This inhibition was concentration-dependent with a positive cooperativity. Also, different I3C derivatives were studied and only cytotoxic compounds inhibited KV1.3 current, which may suggest that the inhibition of the channel could be part of the cytotoxic effect of I3C. This effect on KV1.3 channels was produced in a voltage-, time- and use-dependent manner, which suggested an open state blockade mechanism. Furthermore, the study of different I3C derivatives demonstrated that all compounds able to inhibit KV1.3 current exhibit a methanol group in position 3 of the indolic ring. Thus, this chemical group, at this position, seems to be necessary to bind and block KV1.3 channel. The effects of I3C in other KV currents were studied and only a decrease of KV11.1 was found, which could be involved in the antitumoral role of the compound in B lymphocytes. Finally, in B lymphocytes from Burkitt’s lymphoma (BL60.2), I3C blocked KV1.3 channels whereas it was not observed any effect on KCa3.1 channels. Therefore, in this Doctoral Thesis, we have determined the inhibition of KV1.3 current by I3C and its derivatives, as well as the molecular requirements for channel-I3C interaction. We elucidate that KV1.3 channels, but not KCa3.1, are a new target of I3C, and their inhibition could be involved, at least in part, in the antitumoral role of this compound in B lymphocytes. Thus, KV1.3 channel is postulated as a new possible therapeutic target for B cell malignancies and that the design of new drugs that act on this channel could represent a new therapeutic approach