Characterization of bitter taste receptors expression and function in the human blood-cerebrospinal fluid barrier

Medientyp: E-Book

Titel: Characterization of bitter taste receptors expression and function in the human blood-cerebrospinal fluid barrier

Beteiligte: Duarte, Ana Catarina Abreu [VerfasserIn]

Erschienen: [Erscheinungsort nicht ermittelbar]: [Verlag nicht ermittelbar], 2021

Sprache: Englisch

Identifikator:

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, 2021

Anmerkungen:

Beschreibung: Bitter taste receptors (TR2) expression and functionality was recently reported in the rat choroid plexus (CP). CP epithelial cells establish a major brain barrier, the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB). Given their capacity to bind a large array of chemical compounds, we hypothesised that TR2 might be involved in monitoring the composition of blood and cerebrospinal fluid. Brain barriers play a critical role in the protection of the central nervous system (CNS) by hindering the access of toxic substances to the brain. Consequently, many drugs targeting neurological disorders are impaired to cross these barriers. This is explained through the expression of several membrane transporters in brain barriers cells that efflux drugs, thus impairing drug cell accumulation in the brain. A wide range of compounds that bind to TR2 show neuroprotective and anti-tumoral properties. However, their low bioavailability in the CNS restrains its therapeutic application. Additionally, bitter compounds might interact with transporters that are also found in brain barriers. Therefore, bitter compounds might be effluxed which explains their low bioavailability but can also regulate the action of these transporters in order to increase their or other drugs' intracellular accumulation. Considering that bitter compounds are TR2 agonists it is possible that TR2 play an important role on the bioactive effects of bitter compounds in the CNS, as reported in other tissues. The main goal of this doctoral thesis was to analyse the expression and function of the bitter signalling pathway in the human BCSFB. Additionally, the role of human TR2 (TAS2Rs) as modulator of specific neuroactive bitter compounds on ABC transporters function and activity at the BCSFB was also evaluated. The first research work presented showed the expression of 13 TAS2Rs as well as of downstream effector proteins of the taste signalling pathway in the human BCSFB. Moreover, we demonstrated that TAS2R14 and TAS2R39 are functional in a human cell model of the BCSFB and respond to bitter compounds quercetin and chloramphenicol, respectively. The second research work evaluated resveratrol transport across the BCSFB and the involvement of TAS2Rs. Results showed that resveratrol is able to cross the BCSFB from blood to cerebrospinal fluid in a dependent manner of TAS2R14 expression at CP epithelial cells. Further, efflux transporters ABCC1, ABCC4 and ABCG2, which are expressed at CP epithelial cells, transport resveratrol. Additionally, resveratrol upregulated ABCG2 expression and regulated ABCC4 and ABCG2 efflux activity in TAS2R14 dependent way. In conclusion, the results obtained during this project demonstrate that TAS2Rs are expressed and functional at the human BCSFB and support their participation in the monitorization of chemical composition of the surrounding fluids. Furthermore, the major achievements of this thesis strongly support the role of BCSFB in the regulation of the transport of molecules into the brain. In the future, it is necessary to further exploit the role of other TAS2Rs as mediators of the effects of bitter compounds in the brain, as well as in the regulation of transport and detoxifying systems at the BCSFB. The knowledge hereby created has far-reaching potential for improving the challenging task of delivering therapeutic drugs into the CNS. ; (TR2) foi demonstrada recentemente nas células epiteliais do plexo coróide (PC) de rato. As células do PC formam a barreira sangue-líquido cefalorraquidiano, uma das principais barreiras cerebrais. A presença de TR2 no PC sugere que estes recetores possam estar envolvidos na monitorização da composição química do sangue e do líquido cefalorraquidiano. As barreiras do cérebro desempenham um papel crucial na proteção do sistema nervoso central (SNC) impedindo o acesso de substâncias nocivas ao cérebro. Consequentemente, muitos fármacos direcionados para o tratamento de patologias do SNC não conseguem ultrapassar estas barreiras. Isto deve-se, em grande parte, à presença de diversos transportadores nas células que constituem estas barreiras, os quais transportam os fármacos para fora das células e, portanto, impedem a sua acumulação nas células alvo. Diversos compostos amargos, ligandos dos TR2, possuem propriedades anti-tumorais e de neuroprotecção. Contudo, a biodisponibilidade destes compostos é, normalmente, muito baixa o que dificulta a sua aplicação terapêutica. Adicionalmente, sabe-se que estes compostos interagem com transportadores membranares nas células das barreiras do cérebro. Isto sugere que os compostos amargos com potencial terapêutico sejam transportados para fora das células, o que explica a sua baixa biodisponibilidade, mas também que podem regular a ação dos transportadores de membrana o que poderá contribuir para uma maior acumulação intracelular dos compostos. Uma vez que estes compostos amargos são agonistas dos TR2, é possível que estes tenham um papel crucial na regulação da biodisponibilidade desses compostos ao nível do SNC, tal como reportado em alguns órgãos. Como tal, o trabalho desenvolvido nesta tese de doutoramento teve como principal objetivo a análise da expressão e da função da via de sinalização gustativa do amargo na barreira sangue-líquido cefalorraquidiano humana. Adicionalmente, foi estudado o papel dos TR2 no transporte do composto resveratrol ao nível da barreira sangue-líquido cefalorraquidiano humana. Na primeira parte do trabalho, foi possível confirmar a expressão de 13 TAS2Rs e das proteínas efetoras da via de transdução de sinal gustativa num modelo humano da barreira sangue-líquido cefalorraquidiano. Além disto, foi também demonstrada a funcionalidade dos TAS2R14 e 39, em resposta aos compostos quercetina e cloranfenicol, respetivamente. Na segunda parte do trabalho, analisámos o transporte do composto amargo, resveratrol, num modelo in vitro da barreira sangue-líquido cefalorraquidiano humana, e avaliámos a possível envolvência dos TAS2Rs, que ligam o resveratrol, nesse transporte. Deste trabalho concluiu-se que o resveratrol atravessa a barreira sangue-líquido cefalorraquidiano na direção sangue - líquido cefalorraquidiano (basolateral – apical), de forma dependente do TAS2R14. Observámos também que os transportadores de efluxo ABCC1, ABCC4 e ABCG2 presentes nas células epiteliais do CP transportam o resveratrol, e que este aumenta a expressão do ABCG2 e modula a sua função, bem como a do ABCC4, de forma dependente do TAS2R14. Em suma, os resultados obtidos durante o desenvolvimento deste projeto permitem afirmar que os TAS2Rs são expressos e estão funcionais na barreira sangue-líquido cefalorraquidiano humana, podendo participar na monitorização da composição química dos fluidos que a circundam. Adicionalmente, reforçam o papel crucial que esta barreira desempenha na regulação do transporte de substâncias para o cérebro. No futuro, será importante continuar a explorar o papel de outros TAS2Rs após ativação pelos seus ligandos no cérebro, assim como, na regulação dos mecanismos de transporte e, também de destoxificação existentes na barreira sangue-líquido cefalorraquidiano. Este conhecimento irá certamente contribuir para uma melhoria dos processos terapêuticos utilizados para entrega de fármacos ao SNC.

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