Analysis of the mechanisms regulating the intracortical dispersion of interneurons: a role for the cxcl12, cxcr4 and cxcr7 trio
- Autores: Juan Antonio Sánchez Alcañiz
- Directores de la Tesis: Óscar Marin Parra (dir. tes.), Guillermina López Bendito (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Miguel Hernández de Elche ( España ) en 2010
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Angela Nieto (presid.), Fernando Moya Rodríguez (secret.), Fernando Arenzana Seisdedos (voc.), Fernando de Castro Soubriet (voc.), Paola Bovolenta Nicolao (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La corteza cerebral está formada por un 70-80% de neuronas excitatorias, y por un 20-30% de neuronas inhibitorias (GABAérgicas). Mientras que las primeras tienen un origen palial y llegan a su destino mediante migración radial, las segundas son generadas en el subpalio e invaden la corteza siguiendo un patrón de migración fundamentalmente tangencial. La mayoría de las interneuronas corticales se originan en la eminencia ganglionar medial (MGE) y una vez alcanzan la corteza se dispersan intracorticalmente siguiendo principalmente dos rutas de migración altamente estereotipadas: la zona marginal (MZ) y la zona subventricular (SVZ) (Marín et al., 2001). En nuestro laboratorio se ha estudiado esta migración a distintas edades de desarrollo embrionario, utilizando para ello un ratón transgénico que expresa la proteína EGFP bajo el control del promotor de un gen que se expresa específicamente en las interneuronas GABAérgicas, Gad65. En el día embrionario E14.5 la mayoría de las interneuronas GABAérgicas migran tangencialmente a lo largo de la SVZ y la MZ, evitando entrar en la CP. A E16.5 las interneuronas siguen predominantemente migrando por la SVZ y la MZ, pero a esta edad se observan más interneuronas atravesando la CP. A E18.5 la cantidad de interneuronas que entran en la CP ha aumentado considerablemente. Para entrar en la CP las interneuronas parecen pasar de un modo de migración tangencial a radial.
Estos resultados muestran que la invasión de la CP por parte de las interneuronas es un proceso regulado temporalmente, sugiriendo dos posibles mecanismos para invadir la CP. Por un lado, es posible que todas las interneuronas adquieran a partir de una edad embrionaria determinada la capacidad de invadir la CP. Por otro lado, sería posible que las interneuronas invadan la CP de forma secuencial, de manera que las interneuronas nacidas a diferentes edades invadan progresivamente la CP. Los resultados que hemos obtenido en el laboratorio avalan esta segunda hipótesis. Además, hemos descubierto que este proceso está regulado por el receptor de quimioquinas Cxcr4 (López-Bendito, Sanchez-Alcañiz, Pla et al., 2008). Dicho receptor se expresa en las interneuronas a E12.5 en el MGE y continúa expresándose durante todo el periodo de producción de interneuronas. Nuestros experimentos han demostrado que la quimioquina Cxcl12, expresada por células en la SVZ y la MZ, regula a través de Cxcr4 la migración tangencial de las interneuronas a lo largo de la corteza. La disrupción de la señalización a través de Cxcl12/Cxcr4 provoca la entrada prematura de las interneuronas en la CP, lo que da lugar a una distribución laminar aberrante en el adulto. Estas conclusiones son apoyadas por resultados obtenidos a partir de experimentos de ganancia y de pérdida de función del receptor Cxcr4. Es importante indicar que se ha demostrado que el receptor Cxcr4 es rápidamente eliminado de la membrana celular y degradado eventualmente tras una exposición duradera al ligando Cxcl12 (Kolodziej et al., 2008; Marchese and Benovic 2001; Tarasova et al 1998). Estos datos indican que tiene que haber un mecanismo adicional que controle la señalización durante todo el proceso de migración y dispersión de las interneuronas a lo largo de la corteza.
Recientemente se ha descubierto que Cxcr7 actúa como otro receptor para Cxcl12 (Balabanian et al., 2005; Burns et al., 2006). Trabajos realizados en pez zebra indican que ambos receptores se expresan en las mismas células y colaboran en la señalización a través de Cxcl12 (Valentin et al., 2007; Dumbly-Chaudière et al., 2007). Los experimentos de hibridación in situ que hemos realizado en el laboratorio muestran que Cxcr7 se expresa en el MGE de ratón desde E12.5 hasta E15.5, cubriendo todo el periodo de producción de interneuronas. Esta expresión también se observa en células presentes en la SVZ y la MZ de la corteza durante el periodo de migración tangencial de las interneuronas, lo que sugiriere que las interneuronas GABAérgicas podrían expresar dicho receptor durante su migración.
Un estudio reciente ha mostrado que los animales mutantes para Cxcr7 mueren 24 horas después del nacimiento, por lo que solo podríamos analizar estos animales durante el periodo embrionario y no en el adulto (Sierro et al., 2007). Para llevar a cabo ambos estudios, hemos cruzado ratones en los que el gen Cxcr7 está flanqueado por sitios flox (Cxcr7F/F) con ratones Dlx5,6-Cre-IRES-Gfp, que expresan la recombinasa Cre y la proteína fluorescente Gfp específicamente en neuronas GABAérgicas.
Hemos llevado a cabo experimentos de pérdida de función en los que cultivamos explantes de MGE procedentes de los mutantes condicionales para Cxcr7 con células COS7 que expresan la quimioquina CXCL12. Las células mutantes para Cxcr7 no responden a la quimoquina, al igual que tampoco lo hacen las células mutantes para Cxcr4, sugiriendo que este receptor podría colaborar en la migración cortical de las interneuronas GABAérgicas. In vivo, la falta del receptor Cxcr7 específicamente en las interneuronas GABAérgicas produce una disrupción en la migración intracortical de estas células. El fenotipo observado (entrada prematura en la CP) es muy similar al descrito en los embriones mutantes para Cxcr4, aunque en estos mutantes el defecto observado en la subpoblacion de interneuronas derivadas del MGE es mayor que en los mutantes de Cxcr7. La entrada prematura en la CP también se traduce en una incorrecta distribución laminar de las interneuronas en la corteza adulta, afectando principalmente a las interneuronas que derivan del MGE. Resultados recientes apuntan a que ambos receptores interaccionan, de manera que Cxcr7 regula directa o indirectamente la señalización de Cxcl12 a través de Cxcr4. Recientes trabajos apuntan a que Cxcr7 podría actúar como un receptor scavenger (Bouldajipour et al., 2008). Estos receptores no son capaces de señalizar intracelularmente y únicamente funcionan eliminando el exceso de ligando extracelular para controlar la actividad de otro receptor. Resultados de inmunohisquímica y western-blot para Cxcr4 en animales mutantes para Cxcr7, indican que el receptor Cxcr4 es degradado en los mutantes de Cxcr7 cuando las células son enfrentadas a una fuente de Cxcl12. De hecho cuando células mutantes para Cxcr7 son cultivadas en ausencia de Cxcl12, expresan Cxcr4 normalmente y es transportado a la membrana celular correctamente.
Estas evidencias sugieren que Cxcr4 es el receptor que señaliza a través de Cxcl12 y es el responsable de guiar a las interneuronas en su migración a través de la corteza. Cxcr7 sería un regulador de la concentración del ligando Cxcl12 para evitar que Cxcr4 sea saturado y degradado.
