Participación de las señales de Ca2+ nucleares en la expresión génica dependiente de actividad neuronal hipocampal y en la sinaptotoxicidad del peptido beta amiloide

Abstract

La comunicación sinapsis-núcleo es fundamental para la adecuada integración de los estímulos sinápticos que constantemente reciben las neuronas, y que resultan tanto en cambios en la estructura y la función de las espinas dendríticas como en la activación de programas de remodelación global. Gran parte de esto se logra a través de la activación de vías de señalización mediadas por el ion Ca2+, que iniciadas en las sinapsis y espinas dendríticas, desembocan en el aumento de la [Ca2+] en el núcleo, donde inducen la expresión de programas de expresión génica. El tratamiento con oligómeros solubles del péptido β-amiloide (AβOs), consideradas las principales sinaptotoxinas que median la enfermedad de Alzheimer, induce estrés oxidativo y señales aberrantes de Ca2+, que interrumpen los procesos de plasticidad sináptica. Sin embargo, no se ha descrito si los AβOs están implicados en la propagación y en los efectos de las señales de Ca2+ nucleares. En este trabajo de tesis se estudió el efecto del tratamiento con los AβOs y la contribución de la liberación de Ca2+ a través de los canales Receptores de Ryanodina (RyR), en la producción de señales de Ca2+ en el núcleo y en los cambios en la expresión de genes inducidos por el incremento de actividad neuronal. Se encontró que el tratamiento con Ryanodina en concentraciones inhibitorias, que suprimen la actividad de los canales RyR, así como el silenciamiento de su isoforma 2 (RyR2), disminuyeron significativamente el aumento de Ca2+ nuclear inducido por protocolos de estimulación eléctrica de campo. Además, tanto la incubación con AβOs por 6 horas o con Ryanodina en concentraciones inhibitorias disminuyeron la producción de transitorios de Ca2+ nucleares, la activación de la proteína de unión al elemento de respuesta a adenosina monofosfato cíclico (CREB), la expresión de la proteína neuronal de dominio Per Arnt Sim 4 (Npas4) y del factor neurotrófico derivado de cerebro (BDNF) y de las enzimas antioxidantes glutatión cisteína ligasa (GCL) y NAD(P)H: quinona oxidorreductasa 1 (NQO1) inducidas por el incremento de actividad sináptica con Gabazina. En conclusión, se propone que la liberación de Ca2+ inducida por Ca2+ (CICR) mediada por los canales RyR, representa un mecanismo de amplificación y propagación de la señal para lograr la comunicación espacial y funcional entre actividad neuronal y la expresión génica. Estos procesos serían alterados por los AβOs, desencadenando la interrupción de la expresión de genes de respuesta temprana y de enzimas antioxidante, con potenciales efectos en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas

Postsynaptic Ca2+ signals generated in spines, dendrites, or the soma by neuronal stimulation can reach the nucleus, where they exert a key role in the fast activation of transcription factors and the expression of genes, including neurotrophins and antioxidant enzymes that are implicated in a wide range of neuronal processes, such as synaptic plasticity, learning, and memory. Soluble Amyloid-beta oligomers (AβOs) are synaptotoxins that disrupt excitatory glutamate neurotransmission and generate aberrant Ca2+ signals; however, their effects on activity-generated nuclear Ca2+ signals have not been reported. In this work, we present the inhibitory effects of suppressing Ca2+ release mediated by the Ryanodine Receptor channel type-2 isoform (RyR2) and of AβOs treatment on the production of Ca2 + signals in the nucleus induced by the addition of the GABA(A) receptor blocker gabazine (GBZ) to primary hippocampal neurons. We also show that suppression of RyR-mediated Ca2+ release significantly reduced the increase in CREB phosphorylation and Npas4 and RyR2 mRNA expression induced by GBZ. Additionally, AβOs addition reduced the enhanced CREB phosphorylation and diminished the increased mRNA levels of Npas4, BDNF, and the antioxidant enzymes Glutamate-Cysteine-Ligase and NADPH-Quinone-Oxidoreductase induced by GBZ. Based on these results, it is proposed that RyR-mediated Ca2+ release induced by neuronal activity plays a central role in activity-dependent transcription required for synaptic plasticity and memory processes. It is also proposed that AβOs treatment disrupts nuclear Ca2+ signals generated by neuronal activity, leading to a disruption of neuroprotective gene expression pathways and thus contributing to the progression of neurodegenerative diseases