Tesis Doctorado
The methylated cytosine binding protein 2 directs the transcriptional activity of the ryanodine receptor 3 in experience-dependent plasticity induced in mice by exposition to an enriched environment
La proteina de unión a citosinas metiladas 2 dirige la actividad transcripcional del receptor de ryanodina 3 en plasticidad dependiente de la experiencia inducida en ratones por exposicion prolongada a enriquecimiento ambiental;
The methylated cytosine binding protein 2 directs the transcriptiónal activity of the ryanodine receptor 3 in experience-dependent plasticity induced in mice by expositión to an enriched environment;
la proteina de unión a citosinas metiladas 2 dirige la actividad transcripciónal del receptor de ryanodina 3 en plasticidad dependiente de la experiencia inducida en ratones por exposición prolongada a enriquecimiento ambiental
Autor
Torres, Rodrigo Flavio
Institución
Resumen
The methylated cytosine binding protein 2 (MeCP2) is a transcriptional regulator with dual
activity, up or down-regulating target genes, acting as a bridge between epigenetic information
provided by cytosine methylation and the expression of a given target gene. Interestingly, neuronal activity directs changes in cytosine methylation on many genes, however the relation of
these changes with the cellular/behavioral effects are not properly understood. In this thesis we
pursued to establish a relation between methylation changes and experience-dependent plasticity by studing the ryanodine receptor 3 (RyR3) in mice exposed to enriched environment (EE),
a paradigm that through increased stimulation directs neuronal changes at both, morphological
and functional level. RyR3 is an intracelullar calcium channel that contributes to hippocampal
long term potentiation and dendritic spine formation, comprising an interesting candidate to
relate environmental stimulation to its neuronal effects. Our results show that EE increased
RyR3 promoter methylation, facilitating MeCP2 binding and increasing its transcriptional activity. These changes were exclusively observed in hippocampus, evidenciating the specificity of
epigenetic modifications. To gain an insight into the impact of these modifications we evaluated
the synaptogenic Rac-PAK actin remodeling pathway. P250GAP acts as an inhibitor of this
pathway and RyR channels contribute to the suppresion of P250GAP messenger by facilitating the up-regulation of the microRNA132. We observed that EE-driven RyR3 up-regulation
is associated to an increase microRNA132 levels, directing P250GAP suppresion and the activation of the synaptogenic pathway. These changes were not observed in mice lacking MeCP2.
Concordantly, these mice did not show the increase in dendritic spine density elicited by the
experience-dependent plasticity driven by EE. Altogether, our results show that the environment directs epigenetic changes that jointly with MeCP2 direct the transcriptional activation
of RyR3, directing the synaptogenic pathway activity and increasing dendrtitic spine density.
Interestingly, these observations are related to the performance in a test of spatial memory,
suggesting that epigenetic modifications may have relevant behavioral consequences. La proteína de unión a citosinas metiladas 2 (MeCP2) es un regulador transcripcional con
actividad dual, activando y reprimiendo genes, actuando de puente entre la información epigenética contenida en la metilación de citosinas y la expresión de genes blanco. La actividad
neuronal dirige cambios en la metilación de citosinas en una gran cantidad de genes, sin embargo, la relación entre estos cambios y su efecto a nivel celular y/o conductual permanecen
sin estudios acabados. En esta tesis se buscó establecer una relación entre los cambios en la
metilación y la plasticidad dependiente de la experiencia por medio del estudio del receptor de
ryanodina 3 (RyR3) en ratones expuestos a un ambiente enriquecido (EE), un paradigma que
a través de la estimulación ambiental determina cambios neuronales tanto a nivel morfológico
como funcional. RyR3 es un canal de calcio intracelular que contribuye a la potenciación de
largo término hipocampal y a la formación de espinas dendríticas, posicionándolo como un candidato para relacionar estímulos ambientales con efectos neuronales. Los resultados obtenidos
muestran que la exposición a un ambiente enriquecido determina un incremento de la metilación del promotor de RyR3, favoreciendo la interacción de MeCP2 e incrementando su actividad
transcripcional. Estos cambios fueron observados exclusivamente en hipocampo, contrastando
con lo observado en corteza y cerebelo, dando cuenta de la alta especificidad de las modificaciones neuroepigenéticas. Para comprender el impacto de estas modificaciones, se evaluó la vía
sinaptogénica Rac-PAK de remodelación de actina. P250GAP actúa como un represor de esta
vía. El microRNA132 suprime al mensajero de P250GAP y los canales RyR resultan determinantes en este proceso, favoreciendo la formación de espinas dendríticas. Se determinó que la
activación transcripcional de RyR3 observada en ratones expuestos a enriquecimiento ambiental
está asociada a un incremento en el nivel de microRNA132, dirigiendo la supresión de P250GAP,
lo que produce una activación de la vía sinaptogénica. Esto no fue observado en los ratones carentes de MeCP2. Concordantemente, estos ratones no mostraron el incremento en la densidad
de espinas dendríticas asociado a la plasticidad dependiente de la experiencia gatillada por el
ambiente enriquecido. Así, se tiene que el ambiente determina cambios neuroepigenéticos que,
en conjunto con MeCP2, dirigen la activación transcripcional de RyR3, gatillando la activación
de la vía sinaptogénica y el incremento de la densidad de espinas dendríticas. Estos cambios se
relacionan con el rendimiento en una prueba de memoria espacial, sugiriendo que los cambios
epigenéticos pueden determinar consecuencias conductuales relevantes. PFCHA-Becas PFCHA-Becas