Mecanismos molecurales y celulares de la neuroprotección y plasticidad inducida por factor neurotrófico derivado del cerebro

  1. Vieira Melo, Carlos Henrique
Supervised by:
  1. Miguel Angel Merchán Cifuentes Director
  2. Carlos Jorge Alves Miranda Bandeira Duarte Director

Defence university: Universidad de Salamanca

Fecha de defensa: 28 May 2013

Committee:
  1. Juan Pedro Bolaños Hernández Chair
  2. Juan Carlos Arévalo Martín Secretary
  3. María Luz Montesinos Gutiérrez Committee member
  4. Ana Cristina Carvalho Rego Committee member
  5. Dionisio Miguel Martín Zanca Committee member
Department:
  1. BIOLOGÍA CELULAR Y PATOLOGÍA

Type: Thesis

Abstract

[ES] Factor neurotrófico derivado del cerebro ( BDNF ) es una proteína pro-supervivencia , altamente expresado en el hipocampo , con funciones críticas en neuronas tanto en desarrollo como adultos . BDNF se une preferentemente a los receptores TrkB de activación , en paralelo , las vías de señalización Ras - ERK , PI3K/AKT y PLCgamma . En condiciones fisiológicas , el BDNF regula varios mecanismos de plasticiy sináptica . En condiciones patológicas , el BDNF protege las neuronas del hipocampo de la excitotoxicidad del glutamato y la isquemia . Sin embargo , los mecanismos moleculares precisos BDNF desencadena la activación del receptor TrkB para inducir la protección y / o recuperación neuronal no se entienden completamente . Este estudio trata de abordar estas cuestiones y de estudiar en profundidad la posible relación entre los mecanismos inducidos por el BDNF de la neuroprotección y / o la recuperación y mecanismos de plasticidad sináptica. En la primera parte de este estudio se analizaron las alteraciones moleculares inducida por excitotoxicidad , centrándose en la regulación a la baja de la descarboxilasa del ácido glutámico , lo que probablemente afecta a la transmisión sináptica inhibitoria. Hemos encontrado que la estimulación excitotóxica de las neuronas del hipocampo en cultivo con glutamato conduce a una escisión N-terminal dependiente del tiempo de las isoformas de la decarboxilasa del ácido glutámico GAD65 y GAD67 , a la ubiquitinación y la degradación de una pareja de unión desconocido por el proteasoma . La distribución puntiforme característico de GAD65 junto neuritas de neuronas del hipocampo en cultivo diferenciadas y actividad total GAD medidos en el cerebelo o extractos de corteza cerebral se redujo significativamente . Los resultados mostraron que la desregulación de los GAD en condiciones de excitotoxicidad , que muy probablemente afecta la neurotransmisión GABAérgica , sobre la actividad de UPS, además de otros sistemas proteolíticos implicados previamente en la excitotoxicidad inducida por glutamato ( Consulte el capítulo 1 ) . A continuación, evaluaron además la activación diferencial de los tres principales mecanismos proteolíticas ( UPS, calpaínas y caspasas ) implicados en la excitotoxicidad . Hemos tratado de estudiar el efecto protector de BDNF en diferentes compartimentos neuronales y puntos de tiempo hacia la comprensión mejor de la activación espacio-temporal de mecanismos inducidos por el BDNF de la neuroprotección . Estos resultados mostraron una activación dependiente del tiempo de proteasas y la segregación espacial de estos mecanismos . Activación de calpaína fue seguido por la desregulación del proteasoma , en las terminales sinápticas y los procesos neuronales. La activación de caspasa subsequetly se produjo en el cuerpo celular y todos los mecanismos proteolíticos se redujo significativamente por el BDNF de pre-incubación . Además , los inhibidores del proteasoma y de calpaína no fueron capaces de imitar el efecto protector de BDNF y la inhibición de la caspasa en la prevención de la condensación de la cromatina . A la inversa , la inhibición del proteasoma y calpaína protegió los marcadores neuronales para dendritas (MAP - 2 ) , los axones ( neurofilamentos H) y los transportadores de glutamato vesicular ( VGLUT1 y VGLUT2 ) , mientras que la inhibición de la caspasa no para imitar el efecto protector de BDNF en las neuritas y sináptica marcadores. BDNF también impidió en parte la regulación a la baja de la actividad sináptica medida por la liberación de glutamato evocada por KCl utilizando un nanosensor glutamato FRET . Además, los inhibidores químicos de PLC ¿ comandos significativamente la acción protectora de BDNF , lo que sugiere un mecanismo dependiente de la actividad de la neuroprotección . Por lo tanto , la hipótesis de que la reparación neuronal después de una agresión degenerativa puede comenzar en el nivel sináptico y BDNF muy probablemente induce la recuperación a través de la reactivación de los mecanismos de plasticidad sináptica que involucran la síntesis de novo de proteínas ( Por favor, consulte el capítulo 2 ) . La hipótesis anterior se evaluó probar el efecto del BDNF sobre la expresión de VGLUT como un paradigma experimental . Aplicación exógena de BDNF en las neuronas del hipocampo en cultivo en DIV7 ( días in vitro ) aumentó rápidamente ARNm VGLUT2 y los niveles de proteína , de una manera dependiente de la dosis , mientras que la expresión VGLUT1 se incrementó sólo transitoriamente . Sin embargo, en DIV14 , BDNF aumenta de manera estable expresión VGLUT1 , mientras que los niveles VGLUT2 mantuvieron bajas . La transcripción y la inhibición de la traducción comandos totalmente inducida por el BDNF - VGLUT regulación al alza . De imágenes de microscopía de fluorescencia tras la incubación BDNF mostraron una regulación al alza transitoria de VGLUT1 tráfico axonal y la redistribución de las vesículas VGLUT2 - positivo. Estos resultados sugieren que el BDNF también puede afectar VGLUTs distribución subcelular durante el desarrollo . Por otra parte , la inhibición de los receptores TrkB y la señalización del PLC ¿ impidieron inducida BDNF - VGLUT regulación al alza , lo que sugiere que el BDNF regula la expresión VGLUT durante el desarrollo y su efecto sobre VGLUT1 puede contribuir a mejorar la liberación de glutamato en la LTP ( Por favor, consulte el capítulo 3 ) . En general , estos resultados indican que el BDNF neuroprotección no se limita al soma celular y la atenuación de la activación de caspasas , que también protege significativamente las neuronas del daño inducido por excitotoxicidad - a los axones , dendritas y sinapsis, que predominantemente resulta de la activación de la calpaína y el aumento de la ubiquitinación de proteínas . Además , el BDNF activa los mecanismos superpuestos bajo condiciones fisiológicas y patológicas . BDNF promueve simultáneamente la conectividad entre las neuronas y neuroprotección, atenuando los mecanismos proteolíticos y / o inducir la expresión de novo de marcadores neuronales clave, a saber VGLUT1 y VGLUT2 . Por lo tanto , proponemos que la reactivación de los mecanismos de desarrollo mediadas BDNF de la plasticidad neuronal puede permitir atenuar daños neuronales. BDNF puede disminuir la activación proteolítica y / o inducir la recuperación de las neuronas del hipocampo en condiciones de neurodegeneración.