Dual role of cdk5 on cognitive deficits and striatal vulnerability in huntington's disease
- Autores: Elena Alvarez Periel
- Directores de la Tesis: Silvia Ginés Padros (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mercé Pallás Liberia (presid.), David Moreno Delgado (secret.), Carlos A. Saura Antolín (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Barcelona
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
La enfermedad de Huntington (EH) es un desorden neurodegenerativo causado por una mutación en el gen que codifica la proteína Huntingtina (HTT). Se caracteriza principalmente por la presencia de síntomas motores o coreas, asociados a la degeneración selectiva de neuronas estriatales; y por la presencia de síntomas cognitivos que se asocian, en gran parte, a alteraciones en la conectividad corticoestriatal y a la disfunción hipocampal. En este contexto, en esta Tesis, hemos querido estudiar Cdk5 como una posible diana terapéutica para actuar simultáneamente en ambos tipos de síntomas. Cdk5 es una cinasa que actúa principalmente en el sistema nervioso central, donde se expresa su activador p35, participando en la modulación de la plasticidad sináptica, entre otros múltiples procesos. Por otro lado, en distintas enfermedades neurodegenerativas, incluyendo la EH, se ha descrito una desregulación de Cdk5, asociada a una expansión de su tiempo de activación y a una alteración de su distribución subcelular. Además, también se ha descrito que Cdk5 actúa inhibiendo la progresión del ciclo celular en neuronas diferenciadas. Por lo tanto, su desregulación podría favorecer la reentrada neuronal al ciclo celular, descrita como un posible mecanismo común de disfunción o muerte neuronal en distintas enfermedades neurodegenerativas.
Con estos antecedentes, en primer lugar, quisimos analizar el papel de Cdk5 en la aparición de síntomas cognitivos en la EH. Con este objetivo, generamos un nuevo modelo murino que expresa la proteína HTT mutada (HTTm) y es heterocigoto para la proteína Cdk5 (doble mutante). Usando estos ratones comprobamos que la disminución genética de Cdk5 revertía la presencia de síntomas cognitivos corticoestriatales e hipocampales, presentes en los ratones modelo de la EH (knock-in o KI). Experimentos adicionales revelaron que esta mejora cognitiva podía estar asociada a la recuperación de los niveles corticoestriatales de NR2B en membrana, que se encontraban reducidos en los ratones KI. Por otro lado, observamos que los ratones KI también presentaban una reducción en la densidad de espinas dendríticas corticales e hipocampales, que era revertida al reducir genéticamente Cdk5, aunque a través de sustratos distintos. De estos datos se desprende la existencia de diferencias en la regulación de proteínas sinápticas por parte de Cdk5, según la región cerebral. De forma similar, observamos que los niveles de fosforilación de varios sustratos de Cdk5 estaban aumentados preferentemente en la corteza de los ratones KI, y que la disminución genética de Cdk5 solo revertía parcialmente estas alteraciones, indicando diferencias en la regulación de Cdk5 según el sustrato analizado. Finalmente, el análisis de la distribución subcelular de Cdk5 y p35 reveló que los ratones KI presentaban una reducción en la localización en membrana de p35 en la corteza, que se veía recuperada en los ratones doble mutantes.
En segundo lugar, quisimos analizar si la reentrada al ciclo celular podría ser un mecanismo de vulnerabilidad estriatal en el que participara Cdk5. Dado que la presencia nuclear de Cdk5 es indispensable para realizar su función como inhibidor del ciclo celular, determinamos sus niveles en el estriado. Nuestros resultados mostraron que los ratones KI presentaban una reducción significativa de los niveles nucleares de Cdk5, cosa que podría favorecer una reentrada al ciclo celular. Para corroborar esta hipótesis, analizamos los niveles de las proteínas de la fase G1, CiclinaD1 y Cdk4. Nuestros resultados mostraron que tanto en el estriado de ratones KI, como en muestras humanas de putamen, se daba una alteración en la expresión de estas proteínas. Si bien los cambios diferían entre ambos contextos, estos resultados indican que la presencia de HTTm promueve la modificación de proteínas del ciclo celular. Finalmente, tratamos cultivos primarios estriatales con NMDA, puesto que la activación de receptores NMDA se asocia a la hiperactivación de Cdk5. Nuestros resultados revelaron que este tratamiento causaba una disminución de los niveles proteicos y alteraba de forma importante la distribución subcelular de distintas proteínas del ciclo celular. Así pues, la localización nuclear del inhibidor del ciclo celular, p27, se veía reducida y la localización citosólica de proteínas promotoras de la progresión del ciclo celular, E2F1 y Cdk4, pasaba a ser nuclear en algunas neuronas. De forma destacable la presencia de HTTm, tendía a contribuir a las alteraciones inducidas por el tratamiento con NMDA. Dada la función de estas proteínas, estas alteraciones podrían favorecer una reentrada neuronal al ciclo celular.
En resumen, en esta Tesis hemos determinado, por una parte, que Cdk5 tiene un papel importante en la aparición de los déficits cognitivos en la EH, a través de la modulación de distintos sustratos sinápticos, de forma distinta según la región cerebral, siendo especialmente relevante en la corteza cerebral. Por otro lado, hemos observado que la presencia de HTTm induce una alteración de la expresión de proteínas del ciclo celular, en ratones KI y en muestras humanas, y que la activación de receptores NMDA, y/o la consiguiente hiperactivación de Cdk5, podría desencadenar estos cambios, sugiriendo que la reentrada neuronal al ciclo celular podría ser un nuevo mecanismo de vulnerabilidad estriatal en la EH. Así pues, destacamos la complejidad y la relevancia de la actividad de Cdk5, tanto en las alteraciones sinápticas como en la vulnerabilidad estriatal, convirtiéndola en una diana terapéutica prometedora, no sólo en la EH, sino también en otras enfermedades neurodegenerativas en las que se ha descrito una alteración de Cdk5. asociada a la recuperación de los niveles corticoestriatales de NR2B en membrana, que se encontraban reducidos en los ratones KI. Por otro lado, observamos que los ratones KI también presentaban una reducción en la densidad de espinas dendríticas corticales e hipocampales, que era revertida al reducir genéticamente Cdk5, aunque a través de sustratos distintos. De estos datos se desprende la existencia de diferencias en la regulación de proteínas sinápticas por parte de Cdk5, según la región cerebral. De forma similar, observamos que los niveles de fosforilación de varios sustratos de Cdk5 estaban aumentados preferentemente en la corteza de los ratones KI, y que la disminución genética de Cdk5 solo revertía parcialmente estas alteraciones, indicando diferencias en la regulación de Cdk5 según el sustrato analizado. Finalmente, el análisis de la distribución subcelular de Cdk5 y p35 reveló que los ratones KI presentaban una reducción en la localización en membrana de p35 en la corteza, que se veía recuperada en los ratones doble mutantes.
En segundo lugar, quisimos analizar si la reentrada al ciclo celular podría ser un mecanismo de vulnerabilidad estriatal en el que participara Cdk5. Dado que la presencia nuclear de Cdk5 es indispensable para realizar su función como inhibidor del ciclo celular, determinamos sus niveles en el estriado. Nuestros resultados mostraron que los ratones KI presentaban una reducción significativa de los niveles nucleares de Cdk5, cosa que podría favorecer una reentrada al ciclo celular. Para corroborar esta hipótesis, analizamos los niveles de las proteínas de la fase G1, CiclinaD1 y Cdk4. Nuestros resultados mostraron que tanto en el estriado de ratones KI, como en muestras humanas de putamen, se daba una alteración en la expresión de estas proteínas. Si bien los cambios diferían entre ambos contextos, estos resultados indican que la presencia de HTTm promueve la modificación de proteínas del ciclo celular. Finalmente, tratamos cultivos primarios estriatales con NMDA, puesto que la activación de receptores NMDA se asocia a la hiperactivación de Cdk5. Nuestros resultados revelaron que este tratamiento causaba una disminución de los niveles proteicos y alteraba de forma importante la distribución subcelular de distintas proteínas del ciclo celular. Así pues, la localización nuclear del inhibidor del ciclo celular, p27, se veía reducida y la localización citosólica de proteínas promotoras de la progresión del ciclo celular, E2F1 y Cdk4, pasaba a ser nuclear en algunas neuronas. De forma destacable la presencia de HTTm, tendía a contribuir a las alteraciones inducidas por el tratamiento con NMDA. Dada la función de estas proteínas, estas alteraciones podrían favorecer una reentrada neuronal al ciclo celular.
En resumen, en esta Tesis hemos determinado, por una parte, que Cdk5 tiene un papel importante en la aparición de los déficits cognitivos en la EH, a través de la modulación de distintos sustratos sinápticos, de forma distinta según la región cerebral, siendo especialmente relevante en la corteza cerebral. Por otro lado, hemos observado que la presencia de HTTm induce una alteración de la expresión de proteínas del ciclo celular, en ratones KI y en muestras humanas, y que la activación de receptores NMDA, y/o la consiguiente hiperactivación de Cdk5, podría desencadenar estos cambios, sugiriendo que la reentrada neuronal al ciclo celular podría ser un nuevo mecanismo de vulnerabilidad estriatal en la EH. Así pues, destacamos la complejidad y la relevancia de la actividad de Cdk5, tanto en las alteraciones sinápticas como en la vulnerabilidad estriatal, convirtiéndola en una diana terapéutica prometedora, no sólo en la EH, sino también en otras enfermedades neurodegenerativas en las que se ha descrito una alteración de Cdk5.
