LRRK2 G2019S exacerba la neuroinflamación sin degeneración dopaminérgica en modelos murinos in vivo

Miglietta, Esteban Alberto

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	LRRK2 G2019S exacerba la neuroinflamación sin degeneración dopaminérgica en modelos murinos in vivo
Título alternativo:	LRRK2 G2019S exacerbates neuroinflammation without dopaminergic neurodegeneration in in vivo murine models
Autor:	Miglietta, Esteban Alberto
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Fundación Instituto Leloir - CONICET. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires (IIBBA)
Publicación en la Web:	2023-04-03
Fecha de defensa:	2022-10-14
Fecha en portada:	2022
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Director:	Pitossi, Fernando Juan
Director Asistente:	Ferrari, Carina Cinthia
Consejero:	Szczupak, Lidia
Jurado:	Ferrario, Juan Esteban; Pérez Leirós, Claudia; Gatto, Emilia M.
Idioma:	Español
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7261_Miglietta
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7261_Miglietta.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7261_Miglietta
Ubicación:	Dep.BIO 007261
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Miglietta, Esteban Alberto. (2022). LRRK2 G2019S exacerba la neuroinflamación sin degeneración dopaminérgica en modelos murinos in vivo. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7261_Miglietta

Resumen:

La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad progresiva del sistema nervioso central que se presenta con síntomas tanto motores como no motores, los primeros causados principalmente por la muerte de las neuronas dopaminérgicas (nDa) de la substantia nigra pars compacta (SNpc). Es una de las enfermedades neurodegenerativas con mayor incidencia en mayores de 65 años y hasta el momento no existen tratamientos aprobados que detengan la neurodegeneración o reemplacen a las neuronas perdidas. Las mutaciones en el gen de LRRK2 (Leucine-Rich Repeat Kinase 2) son el principal factor de riesgo genético para desarrollar la EP, tanto la forma familiar como la idiopática. La proteína LRRK2 posee funciones muy variadas dependiendo del tipo celular, entre ellas, se sabe que actúa como regulador positivo de la respuesta inmune. LRRK2 G2019S, la mutación más común, está asociado a manifestaciones muy similares a la EP idiopática y posee penetrancia incompleta. Trabajos previos de nuestro laboratorio y otros han demostrado que la inflamación, tanto central como periférica, puede causar o exacerbar la muerte neuronal en la SNpc, sugiriendo a la modulación de la inflamación como un posible sitio de intervención terapéutica. En esta tesis hipotetizamos que las mutaciones de LRRK2, particularmente G2019S, poseen efectos degenerativos sobre las nDA exacerbando la respuesta inflamatoria o aumentando la susceptibilidad de las mismas a los efectos de la inflamación. Para estudiar el efecto de LRRK2 G2019S sobre la neuroinflamación y la sobrevida de nDa in vivo en un contexto pro-inflamatorio, se utilizaron 3 modelos. En el primero, se expresó hLRRK2 G2019S, hLRRK2 wt o bien eGFP (como control) en la SNpc de ratas Wistar adultas empleando adenovectores de tercera generación. Luego, los mismos animales se inyectaron periféricamente con otro adenovector expresando interleuquina-1β (Ad IL-1β) como estímulo inflamatorio, o bien β-galactosidasa (Ad βgal) como control. La expresión de hLRRK G2019S no indujo muerte neuronal dopaminérgica, síntomas motores o comportamiento ansioso en ningún caso, a pesar de que los animales del grupo G2019S/IL-1β presentaron un mayor infiltrado inflamatorio central. En el segundo modelo, se emplearon ratas Sprague-Dawley transgénicas expresando hLRRK2 G2019S o hLRRK2 wt de manera ubicua, a las cuales se les aplicó un modelo de neurodegeneración dopaminérgica basado en inflamación central y periférica inducida por Ad IL-1β. Los resultados indican que en ambos grupos de animales, así como en los controles no transgénicos, con inflamación central y periférica no se observa muerte neuronal dopaminérgica, síntomas motores o ansiosos ni afectación de la memoria a corto plazo. Adicionalmente tampoco se hallaron diferencias en la expresión de citoquinas proinflamatorias periféricas entre los grupos en respuesta al estímulo con Ad IL-1β. Notablemente, tampoco se observó variación en el volumen del infiltrado inflamatorio en la SNpc en animales con Ad IL-1β central respecto a los controles con Ad βgal. Finalmente, teniendo en cuenta que la edad avanzada es el principal factor de riesgo para el desarrollo de la EP, hipotetizamos que la misma también es una variable importante para los efectos de las mutaciones de LRRK2 sobre la viabilidad neuronal y/o la inflamación. Por ello, en este tercer modelo se emplearon ratas Wistar envejecidas (más de 12 meses) y se realizó un procedimiento similar al del primer modelo. Los animales expresando hLRRK2 G2019S en conjunto con la inflamación periférica presentaron niveles aumentados de infiltrado inflamatorio y microglía reactiva pero no sufrieron cambios significativos en la actividad motora, el comportamiento ansioso y la sobrevida de las nDa. Los resultados obtenidos en esta tesis indican que, bajo las condiciones experimentales empleadas, la expresión central de hLRRK2 G2019S no impacta negativamente en la sobrevida de las nDa de la SNpc, lo cual lleva a refutar la hipótesis original. Sin embargo, la misma expresión de LRRK2 G2019S que no produce toxicidad en la SNpc, aumenta la respuesta neuroinflamatoria a nivel de la activación microglial e infiltrado inflamatorio en respuesta a IL-1β central y/o periférica. Esta observación es interesante ya que un aumento de la respuesta inflamatoria se ha visto asociado a un incremento de la neurodegeneración en variados modelos de EP. Por lo tanto, estos resultados abren la puerta al estudio de la identificación de componentes inflamatorios con y sin efectos neurodegenerativos a partir de los nuevos modelos animales generados con incremento de inflamación y sin neurodegeneración.

Abstract:

Parkinson’s disease (PD) is a progressive disease of the central nervous system, presenting with both motor and non-motor symptoms, the former of which are mainly caused by the death of the dopaminergic neurons (DAn) of the substantia nigra pars compacta (SNpc). Incidence of PD is one of the highest among neurodegenerative disorders and so far there are no approved treatments that can stop neurodegeneration or replace lost neurons. Mutations in the LRRK2 (Leucine-Rich Repeat Kinase 2) gene are the main genetic risk factor for developing PD, for both the familiar and the idiopathic forms. The LRRK2 protein plays a variety of functions depending on the cell type, among which it is regarded as a positive regulator of the immune response. The most common mutation, LRRK2 G2019S, is associated with disease manifestation very similar to idiopathic PD and presents incomplete penetrance. Previous work from our laboratory and others has demonstrated that both central and peripheral inflammatory events can cause or exacerbate neuronal cell death in the SNpc, suggesting the modulation of inflammation as a possible target for therapeutic intervention. In this work, we hypothesize that mutations in the LRRK2 gene, particularly G2019S, have a neurodegenerative effect on DAn by exacerbating the inflammatory response or by increasing neuronal susceptibility to inflammation. In order to study the effects of LRRK2 G2019S on neuroinflammation and the survival of DAn in vivo in a pro-inflammatory environment, we used 3 different animal models. In the first one, hLRRK2 G2019S, hLRR2 wt or eGFP (as control) were expressed in the SNpc of adult Wistar rats using third-generation gutless adenovectors. Afterwards, the same animals were intravenously injected with another adenovector expressing interleukin-1β (Ad IL-1β) as an inflammatory stimulus, or β-galactosidase (Ad βgal) as control. The expression of LRRK2 G2019S did not induce dopaminergic cell death, motor symptoms or anxiety-like behaviour in any group, even though the animals in the G2019S/IL-1β group presented a higher central inflammatory infiltrate. In the second model, a protocol for inducing dopaminergic neurodegeneration based on central and peripheral inflammation induced by Ad IL-1β was applied to Sprague-Dawley transgenic rats expressing hLRRK2 G2019S or hLRRK2 wt. Results from this model indicate that both animal groups, as well as the non-transgenic control group, with both central and peripheral inflammation do not present dopaminergic neurodegeneration, motor symptoms, anxiety-like behavior nor short-term memory impairment. Notably, no difference in the volume of inflammatory infiltrate was observed in the SNpc of animals with central Ad IL-1β compared with Ad βgal control. Finally, given that advanced age is the main risk factor for PD, we hypothesized that it is also a relevant variable for the effects of LRRK2 over neuronal viability and/or inflammation. Thus, for the third model, old (more than 12 months) Wistar rats were employed with a similar procedure to the one from the first model. Animals expressing hLRRK2 G2019 together with peripheral inflammation presented higher levels of inflammatory infiltrate and reactive microglia but did not suffer significant alterations in locomotor activity, anxiety- like behavior or survival or DAn. The results obtained in this thesis seem to indicate that, at least within the experimental conditions assayed, central hLRRK2 G2019S expression does not have a negative impact on survival of the DAn of the SNpc, which leads to refuting the original hypothesis. Nevertheless, the same expression of LRRK2 G2019S that does not cause nigral toxicity, does increase the neuroinflammatory response at the level of microglial activation in response to central and/or peripheral IL-1β. This observation is interesting because the increase in the inflammatory response has been associated with higher neurodegeneration in several models of PD. Thus, these results could open the door to the possibility of identifying inflammatory components with and without neurodegenerative effects from novel animal models with increased neuroinflammation but no neurodegeneration.

Citación:

---------- APA ----------

Miglietta, Esteban Alberto. (2022). LRRK2 G2019S exacerba la neuroinflamación sin degeneración dopaminérgica en modelos murinos in vivo. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7261_Miglietta

---------- CHICAGO ----------

Miglietta, Esteban Alberto. "LRRK2 G2019S exacerba la neuroinflamación sin degeneración dopaminérgica en modelos murinos in vivo". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2022.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7261_Miglietta

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