Un rol para calpainas en el desarrollo de polaridad neuronal

Abstract

El establecimiento de la polaridad es un proceso clave en el desarrollo neuronal, que a través de la generación de dos compartimientos, el somatodendrítico y el axonal, permite a las neuronas insertarse en circuitos y propagar direccionalmente la información en el sistema nervioso.Los complejos re-arreglos morfológicos necesarios para el quiebre de simetría pueden integrarse en un modelo de auto-organización denominado de activación localinhibición global. Este contempla la generación de un circuito de retroalimentación positiva por parte del activador, cuya extensión es limitada espacialmente por la acción de un inhibidor de largo alcance. En los últimos años se ha acumulado un conjuntocreciente de evidencia en los mecanismos moleculares que sustentan los circuitos de retroalimentación positiva, pero poco se conoce acerca de la identidad del "inhibidor global". Recientemente la degradación proteica selectiva y espacialmente restringida ha sido propuesta como parte de este mecanismo inhibitorio que impida la apariciónde axones supernumerarios, mediante la degradación por medio del sistemaubiquitina-proteasoma de algunos reguladores de la polaridad neuronal como la quinasa Akt, las GTPasas pequeñas Rap1B y RhoA, o el componente del complejo de polaridad Par6.La participación de otros sistemas proteolíticos no puede ser descartada, en particular la isoforma 2 de la familia de cisteínproteasas calpaínas, que presenta una fuerte expresión en cerebro embrionario y que participa en generación de asimetrías en otros sistemas celulares como los neutrófilos. Por ello postulamos que la calpaína 2 podría tener un rol en la especificación del axón.En esta tesis mostramos que la expresión de calpaína 2 se incrementa en los primeros días de maduración de cultivos de neuronas hipocampales en paralelo la generación de axones, a diferencia de la calpaína 1 que muestra un comportamiento antagónico.Adicionalmente calpaína 2 muestra una distribución somática concentrándose en la región yuxtanuclear cuando la neurona extiende su axón, donde ca-distribuye conmarcadores de aparato de Golgi (GM130) y retículo endoplásmico (KDEL).La inhibición de las calpaínas utilizando un inhibidor farmacológico selectivo, el ALLM, induce la pérdida de la correcta polarización al generar neuronas con múltiples prolongaciones largas que son positivas para marcadores axonales como tau-1 o SMI-31. Sin embargo este fenotipo no es reproducido por el uso de otros inhibidores de calpaínas como calpeptina o MDL 28170 ni por el knockdown mediante shRNAs o la sobreexpresión ya sea de un inhibidor endógeno específico, denominado calpastatina, o de una forma proteolíticamente inactiva de la calpaína 2.Este conjunto de evidencia nos permite concluir que el efecto del ALLM en la polaridad neuronal es independiente de la inhibición de las calpaínas y que por lo tanto estas proteasas no estarían involucradas en la determinación de la asimetría axo-dendrítica en neuronas hipocampales.