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

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.