La cocaïna i l’èxtasi (MDMA, 3,4-metilendioximetamfetamina) són drogues psicoestimulants que incrementen l’activitat del sistema nerviós central i perifèric amb efectes com l’augment de l’estat d’alerta, la resistència, la productivitat, la motivació, la locomoció, el ritme cardíac i la pressió sanguínia. Ambdues drogues tenen efectes sobre l’estat d’ànim, tot induint sentiments d’eufòria i provocant plaer i recompensa. El seu consum, principalment per part d’adolescents i adults joves, té conseqüències greus per a la salut, i a la llarga el consum reiterat pot esdevenir crònic donant lloc a abús o dependència. Tant la cocaïna com l’MDMA actuen principalment activant els sistemes de neurotransmissió dopaminèrgica i serotoninèrgica en els circuits neuronals de plaer i de recompensa. La genètica juga un paper molt important en la transició del consum a l’abús i a la dependència: d’una banda totes dues drogues indueixen canvis en l’expressió gènica que estan a la base de les neuroadaptacions i del remodelatge dels circuits neuronals que condueixen al consum crònic, i de l’altra hi ha factors genètics de predisposició a la dependència que poden afavorir el desenvolupament d’aquest fenomen en certs individus. El treball que es presenta en aquesta Tesi Doctoral ha permès identificar variacions en el genoma que predisposen a la dependència de cocaïna, així com alteracions en el transcriptoma de cèl•lules neuronals (in vitro) o de determinades estructures cerebrals (in vivo) causades per l’acció de la cocaïna o de l’MDMA. Així, s’ha estudiat la participació de variants genètiques de susceptibilitat a la dependència de cocaïna mitjançant estudis d’associació de tipus cas–control cobrint sistemes gènics sencers implicats en la neurotransmissió dopaminèrgica i serotoninèrgica, en el control de l’alliberament de neurotransmissors i factors neurotròfics i els seus receptors. S’han avaluat un total 446 variants polimòrfiques en 52 gens, seleccionades mitjançant criteris de cobertura genètica. Els resultats més remarcables són la identificació de dos haplotips de risc per la dependència a cocaïna als gens 5-HT1E i NSF (que codifiquen per un receptor de serotonina i per una proteïna implicada l’alliberament de vesícules de neurotransmissor, respectivament). En el cas de l’haplotip de risc del gen NSF, a més predisposa a la dependència ràpida (en dos o menys anys des de l’inici del consum). També s’ha avaluat l’efecte del tractament agut amb cocaïna sobre l’expressió gènica en cèl•lules humanes SH-SY5Y diferenciades a neurones dopaminèrgiques mitjançant microarrays i l’estudi mostra alteracions en la transcripció de gens implicats en la regulació de la transcripció i expressió gènica, moviment cel•lular i adaptacions neuronals. I finalment, s’ha estudiat l’efecte de l’administració activa i passiva d’MDMA sobre la transcripció gènica en quatre estructures cerebrals de ratolí implicades en el fenomen de recompensa. L’estudi de l’efecte directe del MDMA sobre l’expressió gènica mitjançant la comparació de ratolins que reben una solució salina de forma passiva i ratolins que reben MDMA de forma passiva o activa, mostra alteracions en la transcripció de gens implicats principalment en la funció immunitària i en processos inflamatoris a les quatre estructures cerebrals estudiades. La comparació entre el consum actiu i passiu d’MDMA ha permès identificar canvis d’expressió relacionats amb neuroadaptacions i canvis de plasticitat sinàptica a hipocamp i als nuclis dorsals de rafe. En aquesta última regió cal destacar quatre gens que se sobreexpressen com a conseqüència del consum actiu d’MDMA, tots ells implicats en la plasticitat sinàptica, els canvis en la morfologia de les espines dendrítiques i processos neuronals relacionats amb la memòria i l’aprenentatge: Camk2a, Kalrn, Ddn i Egr3. Aquesta troballa reforçaria la idea que aquesta estructura cerebral podria estar involucrada en el comportament de cerca activa d’MDMA, tot recolzant el potencial addictiu d’aquesta droga. / Cocaine and ecstasy (MDMA, 3,4-metilendioximetamfetamina) are psychostimulant drugs that activate the central and peripheral nervous system increasing alertness, energy and motor activity, motivation, cardiac rate and blood preassure. Both drugs have effects on mood, inducing feelings of well-being, euphoria, pleasure and reward. Cocaine and ecstasy use, mainly used by young people, has serious detrimental health effects, and repeated use can become chronic leading to abuse or dependence. Both drugs exert their main psychostimulant effects by activating the dopaminergic and serotoninergic neurotransmission systems in the brain circuits involved in pleasure and reward. Genetics play an important role in the transition from use to abuse and dependence: on one hand, both drugs induce changes in gene expression that are on the basis of neuroadaptations and neuronal circuit remodeling that lead to the chronic use, on the other hand, there are genetic risk factors that predispose to dependency that can drive the development of addiction in some individuals. The work presented in this Doctoral Thesis has allowed to identify genomic variants that predispose to cocaine dependence, as well as gene expression changes in the transcriptome in in vitro and in vivo models. For this purpose, the participation of susceptibility genetic variants to cocaine dependence have been studied using case-control association studies, covering whole gene systems involved in dopaminergic and serotoninergic neurotransmission, in the control of neurotransmitter release, and also encoding neurotrophic factors and their receptors. It has also been evaluated gene expression changes in a human dopaminergic neuronal model after an acute exposure to cocaine. Finally the effect of active and passive MDMA administration on gene expression in mice has been evaluated in four brain structures involved in reward and reinforcing effects of the drug.

La 3,4-metilendioximetamfetamina (MDMA, èxtasi) és una droga de síntesi que es consumeix entre els joves de forma recreativa. S'ha postulat que la 3,4-dihidroximetamfetamina (HHMA), metabòlit que es forma a partir de l'O-demetilenació de la MDMA a través majoritàriament de l'isoenzim CYP2D6, podria tenir un paper important en el desenvolupament de la neurotoxicitat atribuïda a la MDMA. Així, un dels objectius de la tesi ha estat establir quin paper juga i quina importància té, des d'un punt de vista quantitatiu, aquest metabòlit HHMA en el metabolisme global de la MDMA in vivo. Per altra banda, el CYP2D6 és un enzim polimòrfic, i potencialment els subjectes metabolitzadors lents per aquesta acitivitat enzimàtica podrien tenir un risc més alt de patir toxicitat aguda. La MDMA es consumeix sovint concomitantment amb inhibidors selectius de la recaptació de serotonina (SSRI). Alguns SSRI, com la paroxetina i la fluoxetina, són inhibidors del CYP2D6 i es pot preveure una interacció metabòlica entre aquests tipus de substàncies. Mitjançant un assaig clínic (aleatori, doble cec, creuat i controlat amb placebo) en humans, s'ha estudiat la rellevància de la inhibició de l'activitat del CYP2D6, la seva contribució en el metabolisme de la MDMA i els efectes farmacològics que resulten de la co-administració de la MDMA i la paroxetina.Han estat determinades les concentracions plasmàtiques i urinàries de la MDMA i dels metabòlits més importants de la MDMA, així com les concentracions plasmàtiques de paroxetina juntament amb el seu metabòlit principal.Dels resultats obtinguts, la tesi conclou que l'HHMA és un metabòlit rellevant en la disposició metabòlica de la MDMA. L'estudi d'interacció mostra que la MDMA veu reduït el seu metabolisme oxidatiu al voltant d'un 30% i que ambdós compostos mostren una interacció metabòlica. El CYP2D6 podria contribuir in vivo en l'O-demetilenació de la MDMA en un 30%. / 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA) is a synthetic amphetamine derivative misused among youths for recreational purposes. It has been postulated that 3,4-dihydroxymethamphetamine (HHMA), a metabolite resulting from the O-demethylenation of MDMA through CYP2D6 may play a role in the development of the neurotoxicity. Thus, one of the major aims of the thesis was to establish HHMA relevance, from a quantitative point of view, in MDMA metabolism. Moreover, CYP2D6 is a polymorphic enzyme and the participation of CYP2D6 in the oxidative metabolism of MDMA may suggest an increased risk for acute toxicity in poor metabolizers for this enzymatic activity. MDMA is sometimes consumed concomitantly with selective serotonin reuptake inhibitors (SSRI). Some SSRI are potent CYP2D6 inhibitors such as paroxetine or fluoxetine and a metabolic interaction between these drugs and MDMA could be expected. Thus, interaction studies of MDMA with SSRI may be an in vivo approach to evaluate the contribution of CYP2D6 on MDMA disposition and the effects of the co-administration of both compounds. The major objective was to assess the contribution of CYP2D6 to MDMA disposition using paroxetine as a metabolic probe inhibitor. It was carried out a clinical trial in humans. The study was randomized, double blind, crossover, and controlled with placebo. Plasma concentration-time profiles and urinary recoveries of MDMA and main metabolites including HHMA were obtained. Paroxetine and its main metabolite (hydroxy-methoxy-paroxetine) plasma concentrations were also determined. From the results obtained, it is conclude that HHMA is a relevant metabolite on MDMA disposition in humans. The interaction study shows a 30% reduction of MDMA metabolic disposition and both MDMA and paroxetine show a pharmacodynamic interaction. It is estimated that CYP2D6 may accounts for a 30% of MDMA O-demethylenation in humans.

La MDMA és cap de sèrie dels entactògens. El seu consum provoca toxicitat aguda i neurodegeneració a mig/llarg termini del sistema serotoninèrgic. Es postula que la bioactivació metabòlica podria ser responsable del desenvolupament de neurotoxicitat.La MDMA té un centre estereogènic. Es consumeix com a racemat, però els enantiòmers tenen perfils farmacològics diferenciats. A més, la MDMA té una depuració metabòlica enantioselectiva i autoinhibible (CYP2D6). Aquesta tesi presenta l'enantioselectivitat de la depuració metabòlica de la MDMA en consumidors recreatius participants d'un assaig clínic (dosi: 100 mg).Es sintetitzà material de referència i es desenvolupà metodologia per a l'anàlisi enantioselectiu i diastereoselectiu dels compostos.S'estudià l'enantioselectivitat en el metabolisme fins a 48h post-administració, obtenint-se raons (R)-MDMA/(S)-MDMA>1 i en augment amb el temps. Les raons del metabòlits majoritaris foren pràcticament constants i properes a 1, possiblement degut a la inhibició metabòlica del CYP2D6 i a la participació d'altres enzims no enantioselectius. / La MDMA es la cabeza de serie de los entactógenos. Su consumo provoca toxicidad aguda y neurodegeneración serotonérgica a medio/corto plazo. Se postula que una bioactivación metabólica podría ser responsable del desarrollo de neurotoxicidad.La MDMA tiene un centro estereogénico. Se consume como racemato, pero los enantiómeros tienen perfiles farmacológicos diferenciados. Además, presenta depuración metabólica enantioselectiva y autoinhibible (CYP2D6).Esta tesis presenta la enantioselectividad de la depuración metabólica de la MDMA en consumidores recreativos participantes de un ensayo clínico (dosis: 100 mg).Se sintetizó material de referencia y se desarrolló metodología para el análisis enantioselectivo y diastereoselectivo de los compuestos.Se estudió la enantioselectividad en el metabolismo hasta 48h post-administración, obteniéndose relaciones (R)-MDMA/(S)-MDMA>1 y en aumento con el tiempo. Las relaciones de los metabolitos mayoritarios fueron prácticamente constantes y cercanas a 1, posiblemente debido a la inhibición metabólica del CYP2D6 y a la participación de otros enzimas no enantioselectivos. / MDMA is the head of entactogenic compounds. Its consumption causes acute toxicity and mid/long term serotonergic neurodegeneration. It is postulated that a metabolic bioactivation may be responsible for development of neurotoxicity.MDMA has a stereogenic center. It is consumed as a racemate, but its enantiomers have different pharmacological profiles. Also, MDMA presents an enantioselective and self-inhibited metabolic disposition (CYP2D6).The present thesis shows data about enantioselective metabolic disposition of MDMA in recreative consumers that participated in a clinical trial (dose: 100 mg).It was synthesised reference material and it was developed methodology for both enantioselective and diastereoselective analysis MDMA and its main metabolites.It was studied the enantioselectivity in the metabolism after 48h post-administration. (R)-MDMA/(S)-MDMA ratios were >1 and increasing over time. Major metabolites ratios were practically constant and close to 1, possibly because of the metabolic inhibition of CYP2D6 and the role of other non-enantioselective enzymes.

La 3,4-metilendioximetamfetamina (MDMA, èxtasi) i el cannabis són dues drogues les quals es consumeixen conjuntament de manera habitual. Malgrat que tots dos compostos presenten propietats reforçant i potencial addictiu, també tenen propietats farmacològiques oposades. La MDMA es una droga psicoestimulant, la qual causa hiperlocomoció, hipertèrmia, resposted de tipus asiogènic i neurotoxicitat. Per altra banda el Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), principal compost psicoactiu del cannabis, posseeix efectes relaxants, hipolocomotors, hipotèrmics i neuroprotectors. Els efectes de la MDMA i el THC al sistema nerviós central es troben mediats per dos mecanismes notablement diferents. La MDMA augmenta els nivells extracel·lulars de dopamina i serotonina, mentre que el THC produeix l'activació del receptor cannabinoide CB1. Cal destacar a més que les interaccions entre els sistemes monoaminèrgic i endocannabinoide s'observa de manera freqüent en l'organisme.En el present estudi hem explorat la implicació del sistema endocannabinoide i la MDMA en diversos aspectes. Per una banda el receptor cannabinoide CB1 juga un important paper en els efectes hiperlocomotors i hipertèrmics, i en les respostes de tipus ansiogènic produïdes per la MDMA. Curiosament, encara que el receptor CB1 no participa en els efectes recompensants primaris de la MDMA, és imprescindible per que tinguin lloc els seus efectes reforçants. Així mateix, l'alliberació de serotonina per part de la MDMA redueix de manera dosi-depenent la simptomatologia física causada pel síndrome d'abstinència a cannabinoides precipitada per un antagonista del receptor CB1. Finalment, el tractament amb THC era capaç de prevenir la hipertèrmia, activació glial, estrès oxidatiu i pèrdua de terminals causada per la MDMA. Com a conseqüència el THC exerceix un efecte neuroprotector contra la neurotoxicitat induïda per la MDMA. / 3,4-methylenedioximethamphetamine (MDMA, ecstasy) and cannabis are two drugs frequently consumed in combination. Despite both compounds have rewarding properties and abuse liability, they show opposite pharmacological properties. On the one hand, MDMA is a psychostimulant drug with hyperlocomotor, hyperthermic, anxiogenic-like and neurotoxic effects. On the other hand, Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), the main psychoactive compound of cannabis, has relaxant, hypolocomotor, hypothermic and neuroprotective properties. The effects of MDMA and THC in the central nervous system are mediated by two different mechanisms. MDMA enhances the extracellular levels of dopamine and serotonin, whereas THC activates the CB1 cannabinoid receptor. Likewise, interactions between the monoaminergic and the endogenous cannabinoid system have been frequently observed.In the current study, we explored the involvement of CB1 cannabinoid receptor on the hyperlocomotor, hyperthermic, anxiogenic-like, rewarding and reinforcing effects of MDMA. We also studied the effect of acute and chronic administration of MDMA on rimonabant-precipitated THC withdrawal syndrome. Furthermore, we explored the neuroprotective effects of THC on MDMA-induced neurotoxicity.As a result of this study we may conclude that endocannabinoid system and MDMA interact in a wide variety of aspects. CB1 receptor plays an important role on the hyperlocomotor, hyperthermic, and anxiogenic-like effects of MDMA. Interestingly, CB1 receptor is essential for the reinforcing but not the primary rewarding properties of MDMA. In addition, the release of serotonin by MDMA dose-dependently reduced the severity of THC withdrawal syndrome triggered by a CB1 antagonist. Finally, pretreatment with THC prevented the hyperthermia, glial activation, oxidative stress and terminal loss caused by MDMA. Consequently, THC exerts a neuroprotective effect against MDMA-induced neurotoxicity.