Implicación de la disfunción glial en la evolución de la patología en pacientes de Alzheimer

• Autores: Clara Muñoz Castro
• Directores de la Tesis: Francisco Javier Vitorica Ferrández (dir. tes.), María Luisa Vizuete Chacón (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Número de páginas: 324
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    La enfermedad de Alzheimer (EA) es un proceso neurodegenerativo que cursa con un deterioro progresivo de las funciones cognitivas, llegando a ser una enfermedad altamente incapacitante. Actualmente, uno de los principales retos biomédicos a los que se enfrenta nuestra sociedad es el desarrollo de terapias que frenen o, al menos, retrasen la progresión de esta patología. Los continuos fracasos terapéuticos, basados principalmente en la hipótesis de la cascada amiloide, han promovido el desarrollo de hipótesis alternativas en las que la respuesta inmune, tanto central (mediada por microglía y astrocitos) como periférica, desempeña un papel fundamental en el desarrollo de la enfermedad. En esta línea, planteamos definir la firma molecular de microglía y astrocitos en pacientes de Alzheimer, así como caracterizar su heterogeneidad morfológica, regional y funcional, y, además, determinar si se produce infiltración de células inmunes periféricas en el sistema nervioso central de dichos pacientes. Para ello, hemos empleado técnicas bioquímicas, transcriptómicas y de imagen en muestras post mortem de hipocampo y corteza frontal de pacientes de Alzheimer, así como estudios in vitro y en modelos animales con patologías amiloide y neurofibrilar. Nuestros resultados en humanos reflejan que, en la corteza frontal se produce una acumulación de Aβ más severa y temprana que en el hipocampo. En ambas regiones existe una degeneración importante de neuronas PV+, probablemente mediada por la patología Tau y el sistema del complemento. También observamos que la respuesta microglial es distinta en las dos regiones estudiadas; en la corteza frontal de pacientes de Alzheimer no se produce, como en el hipocampo, una disminución en la población microglial, pero sí una alteración hacia un fenotipo activo que podría estar mediado por formas de Aβ. Con relación a los astrocitos, proponemos que las especies solubles de Aβ y/o Tau participan en el desarrollo de un fenotipo disfuncional, que se manifiesta con un perfil transcripcional reactivo e hipometabólico. Como consecuencia, la protección astroglial es menor, y se activa la respuesta del complemento, reforzando la hipótesis de que la disfunción astroglial podría estar implicada en las deficiencias sinápticas y la neurodegeneración asociadas a la EA. Para profundizar en la firma molecular de microglía y astrocitos en la EA, hemos desarrollado una novedosa aproximación experimental que nos ha permitido estudiar, por primera vez, hasta 17 marcadores gliales diferentes en una misma sección de tejido de pacientes de Alzheimer, de forma cuantitativa, con elevada resolución, y sin perder la celularidad, morfología y distribución espacial. Por otra parte, demostramos que en el parénquima cerebral de pacientes de Alzheimer se produce infiltración de CDM. Esta infiltración está asociada a una patología más severa, y parece ser consecuencia de diversos factores, entre los que destacamos la alteración en la función glial y vascular, el reclutamiento a través del eje CCL2/CCR2 y la transmigración a través de la BHE. En conclusión, proponemos que en pacientes de EA se produce una importante disfunción glial, caracterizada por un aumento en la respuesta reactiva y neurotóxica, pero sobre todo por una disminución en las funciones homeostáticas y protectoras. Este hecho podría facilitar junto a otros factores, la infiltración de CDM. Por tanto, postulamos que la disfunción glial es un mecanismo patogénico fundamental en la EA, y una potencial herramienta terapéutica.

  • English

    Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative process which gradually leads to a decline in cognitive functions, becoming a highly disabling disease. Currently, one of the main biological challenges our society is facing is the development of new treatments, to stop, or, at least, slow this pathology progression. The continuous therapeutic failures, based mainly on the amyloid hypothesis, have promoted the development of an alternative hypothesis in which the immune response, central (mediated by microglia and astrocytes) and peripheral, plays a pivotal role in the development of the disease. In this sense, we aim to define microglia and astrocytes´ molecular signature and characterize their morphological, regional and functional heterogeneity in AD patients, and, furthermore, to determine if there is infiltration of peripheral immune cells in the central nervous system of these patients. In order to acknowledge this, we have used biochemical, transcriptomic and imaging techniques in postmortem hippocampus and frontal cortex samples of AD patients, in vitro studies and Aβ and Tau transgenic models. Our results in humans demonstrate an earlier and more severe Aβ accumulation in frontal cortex than in hippocampal areas. Both regions show significant degeneration of PV+ neurons, which could be mediated by Tau pathology and the complement system. Moreover, we observed that the microglial phenotype depends on the brain region we study. In the frontal cortex of AD patients, unlike the hippocampus, there is no decrease in the microglial population, which is shifted towards an active phenotype, that could be mediated by Aβ species. In relation to astrocytes, we propose that soluble forms of Aβ and/or Tau participate in the development of a dysfunctional phenotype, manifested by a reactive and hypometabolic transcriptional profile. Consequently, astrocyte protection is milder and the complement system cascade is activated, thus reinforcing the hypothesis that astrocyte dysfunction may be implicated in synaptic deficiencies and neurodegeneration associated with AD. To delve into the molecular signature of microglia and astrocytes in AD, we have developed a novel experimental approach that allows us, for the first time, to study quantitatively and with high resolution, up to 17 different astrocyte markers, in the same histological section of AD patients without losing cellularity, morphology and spatial distribution. On the other hand, there is infiltration of monocytes-derived cells (MDC) in AD brain parenchyma. This MDC entry is clearly associated with a more severe pathology and occurs because of several factors, among which we can highlight vascular and glial function alteration, recruitment through the CCL2 / CCR2 axis and transmigration through the BBB. In conclusion, we propose that AD courses with a significant glial dysfunction, characterized by an increase in the reactive and neurotoxic response, but mainly by a decrease in homeostatic and protective functions. This dual role could facilitate and allow, in the presence of other factors, the infiltration of MDC. Thus, we postulate glial dysfunction as a fundamental pathogenic mechanism in AD and a potential therapeutic tool.