Nuevos mecanismos regulatorios de la actividad neurotrófica : posibles implicancias para el desarrollo y la función neuronal

Federicci, Fernando

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Nuevos mecanismos regulatorios de la actividad neurotrófica : posibles implicancias para el desarrollo y la función neuronal
Título alternativo:	New regulatory mechanisms of the neurotrophic activity : possible implications for neuronal development and function
Autor:	Federicci, Fernando
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Profesor Eduardo de Robertis" (IBCN)
Publicación en la Web:	2025-02-25
Fecha de defensa:	2024-07-16
Fecha en portada:	2024
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Departamento Docente:	Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular
Director:	Paratcha, Gustavo
Director Asistente:	Ledda, María Fernanda
Consejero:	Viola, Haydée Ana María
Jurado:	Fuchsova, Beata; Caruso, Carla Mariana; Cánepa, Eduardo Tomás
Idioma:	Español
Palabras clave:	FACTORES NEUROTROFICOS; GDNF; RET; NEUROTROFINAS; BDNF; NGF; TrkA; TrkB; GLUCOCORTICOIDES; Sprouty4; TDAG51; PI3K/AKT; MAPK/Erk1/2; p75NTRNEUROTROPHIC FACTORS; GDNF; RET; NEUROTROPHINS; NGF; BNDF; TrkA; TrkB; GLUCOCORTICOIDS; Sprouty4; TDAG51; PI3K/AKT; MAPK/Erk1/2; p75NTR
Formato:	PDF
Handle:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7590_Federicci
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7590_Federicci.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7590_Federicci
Ubicación:	BIO 007590
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. Federicci, Fernando. (2024). Nuevos mecanismos regulatorios de la actividad neurotrófica : posibles implicancias para el desarrollo y la función neuronal. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7590_Federicci

Resumen:

Los factores neurotróficos (FN) son un grupo de proteínas secretadas y difusibles que cumplen un rol clave durante el desarrollo del sistema nervioso, promoviendo la sobrevida y proliferación neuronal, el crecimiento axonal y dendrítico y el establecimiento de los contactos sinápticos. Las señales disparadas por estos factores involucran la activación de receptores tirosina kinasa (RTK), que a su vez disparan vías de señalización intracelular claves para el control de la fisiología celular y la regulación del desarrollo neuronal. Por lo tanto, estas vías requieren de un exquisito control, ya que fallas en estos mecanismos regulatorios pueden contribuir a la patogénesis de enfermedades neurodegenerativas, patologías proliferativas y trastornos del neurodesarrollo. Debido a esto, diferentes mecanismos regulatorios han evolucionado para controlar la actividad neurotrófica dentro de niveles de activación compatibles con una respuesta fisiológica. Sin embargo, si bien las respuestas biológicas y las vías de señalización de los FN son ampliamente conocidas, los mecanismos que las regulan aún no se conocen en su totalidad. El objetivo de la presente tesis consistió en identificar nuevos mecanismos de regulación de la función neurotrófica potencialmente relevantes para el desarrollo y la fisiopatología neuronal. La exposición crónica a glucocorticoides (GC) produce efectos adversos para el desarrollo, la función y la plasticidad neuronal, en parte debidos a la interferencia que ejercen sobre la función neurotrófica. Aunque varios estudios han demostrado que el tratamiento con GC altera la señalización y la función biológica de las neurotrofinas, aún es necesaria una mejor comprensión de los mediadores moleculares que subyacen a esta interferencia. En particular, ha sido establecido que el tratamiento crónico con el GC sintético dexametasona (DEX) restringe el crecimiento de neuritas inducido por neurotrofinas al inhibir la activación de la vía de señalización Ras-Erk1/2 mediada por Trk. Sin embargo, el mecanismo molecular a través del cual DEX interfiere esta actividad neurotrófica aún no está claramente determinado. En la primera sección de esta tesis, demostramos que en células PC12 el tratamiento con DEX promueve la transcripción de Sprouty4, una molécula reguladora que forma parte de un módulo de retroalimentación negativo que anula específicamente la señalización de Ras a Erk1/2 en respuesta al NGF y TrkA. La eliminación de Sprouty4 o la sobreexpresión de una forma dominante negativa de Sprouty4 (Y53A), rescata la inhibición ejercida por la DEX sobre el crecimiento de neuritas y la fosforilación de Erk1/2 inducida por NGF/TrkA. Asimismo, el tratamiento de neuronas hipocampales con DEX induce la expresión del mensajero de Sprouty4, y su eliminación anula el efecto inhibidor de DEX sobre el desarrollo dendrítico y la activación de Erk1/2 inducida por BDNF. Por lo tanto, estos resultados sugieren que la inducción del ARNm de Sprouty4 por DEX se traduce en una inhibición significativa de la vía de señalización de Trk a Erk1/2. En conjunto, nuestros hallazgos aportan nuevos conocimientos sobre la interferencia entre DEX y la señalización de neurotrofinas, y demuestran por primera vez que Sprouty4, actuando a través de un mecanismo de señalización cruzada, media los efectos inhibitorios de la DEX sobre la función de las neurotrofinas. Por otra parte, la activación de la vía PI3K/AKT por GDNF y su receptor RET, desempeña un papel fundamental en el control de la sobrevida de las neuronas motoras de la médula espinal. A pesar de que las vías de señalización mediante las cuales GDNF promueve la sobrevida neuronal están relativamente bien establecidas, los mecanismos moleculares que restringen su efecto antiapoptótico aún no se conocen en su totalidad. Así, en esta segunda parte de mi tesis doctoral demostramos que la proteína TDAG51 es capaz de inhibir la activación de la vía de PI3K/AKT, pero no la de MAPK/Erk1/2, en respuesta a GDNF. Además, la eliminación de Tdag51, mediante técnicas de RNA de interferencia, potencia la activación de AKT y la sobrevida de la línea celular MN1 derivada de motoneuronas en respuesta a GDNF y RET. Curiosamente, nuestros hallazgos también demuestran que la estimulación de células MN1 con alta concentración de NGF, un tratamiento que en condiciones oxidativas promueve la apoptosis de motoneuronas, induce TDAG51 y restringe la señalización de AKT mediada por GDNF y RET. Por lo tanto, nuestros resultados demuestran que TDAG51 es un mediador clave de un mecanismo de crosstalk competitivo entre la señalización apoptótica promovida por NGF y su receptor de muerte p75NTR y la señalización de sobrevida inducida por GDNF y RET en células derivadas de motoneuronas. En resumen, en este trabajo de tesis doctoral hemos caracterizado y descripto mecanismos de regulación que involucran al mismo tiempo a distintas vías de señalización de factores neurotróficos, formándose así redes de regulación molecular en donde el balance entre las mismas resulta clave. La imposición de una vía de señalización sobre la otra, en determinado contexto, determina la función biológica resultante. Por lo tanto, alteraciones en el balance de estos mecanismos de regulación cruzada pueden ser determinantes para el correcto desarrollo neuronal. De esta manera, el entendimiento de estos mecanismos de regulación cruzada puede tener implicancias en el tratamiento de enfermedades neurológicas y en la promoción de terapias regenerativas.

Abstract:

Neurotrophic factors (NF) are a group of secreted and diffusible proteins that play a key role during the development of the nervous system, promoting neuronal survival and proliferation, axonal and dendritic growth, and the establishment of synaptic contacts. The signals triggered by these factors involve the activation of receptor tyrosine kinases (RTKs), which in turn activate key intracellular signaling pathways for the control of cellular physiology and the regulation of neuronal development. Therefore, the regulation of these signaling pathways is key for normal neuronal development, since failures in these regulatory mechanisms can contribute to the pathogenesis of neurodegenerative diseases, proliferative pathologies and neurodevelopmental disorders. Because of this, different regulatory mechanisms have evolved to control neurotrophic activity within activation levels compatible with a hysiological response. However, although the biological responses and signaling pathways triggered by NF are widely known, the mechanisms that regulate them are still not fully understood. The objective of this thesis was to identify new molecular mechanisms involved in the control of neurotrophic function and signaling, potentially relevant to neuronal development and pathophysiology. Chronic exposure to glucocorticoids (GC) produces adverse effects on neuronal development, function and plasticity, in part due to the interference that they exert on neurotrophic function. Although several studies have shown that GC treatment alters the signaling and biological function of neurotrophins, a better understanding of the molecular mediators underlying this interference is still needed. In particular, it has been established that chronic treatment with the synthetic GC dexamethasone (DEX) restricts neurotrophin-induced neurite outgrowth by inhibiting Trk-mediated activation of the Ras-Erk1/2 signaling pathway. However, the molecular mechanism through which DEX interferes neurotrophic activity is not yet clearly determined. In the first section of this thesis, we demonstrate that in PC12 cells, DEX treatment promotes the transcription of Sprouty4, a regulatory molecule that is part of a negative feedback module that specifically abrogates Ras signaling to Erk1/2 in response to NGF and TrkA. Deletion of Sprouty4, or overexpression of a dominant-negative form of Sprouty4 (Y53A), rescue the inhibition exerted by DEX on both NGF/TrkA-induced Erk1/2 phosphorylation and neurite outgrowth. Likewise, treatment of hippocampal neurons with DEX induces the expression of Sprouty4 mRNA, and its knockdown abrogates the inhibitory effect of DEX on dendritic development and BDNF-induced Erk1/2 activation. Therefore, these results suggest that induction of Sprouty4 mRNA by DEX results in a significant inhibition of Trk to Erk1/2 signaling pathway. Taken together, our findings provide new insights into the crosstalk between DEX and neurotrophin signaling, and demonstrate for the first time that Sprouty4, acting through a crosstalk signaling mechanism, mediates the inhibitory effects of DEX on neurotrophin function. On the other hand, the activation of the PI3K/AKT pathway by GDNF and its receptor RET plays a fundamental role in controlling the survival of spinal cord motoneurons. However, although the signaling pathways through which GDNF promotes neuronal survival are relatively well established, the molecular mechanisms that restrict its antiapoptotic effect are not yet fully understood. Thus, in this second part of my doctoral thesis we demonstrated that TDAG51 protein is capable of inhibiting the activation of the PI3K/AKT pathway, but not that of MAPK/Erk1/2, in response to GDNF. Furthermore, the elimination of Tdag51, using RNA interference techniques, enhances the activation of AKT and the survival of the motoneuron-derived cell line, MN1, in response to GDNF and RET. Interestingly, our findings also demonstrate that stimulation of MN1 cells with high concentration of NGF, a treatment that under oxidative conditions promotes motoneuron apoptosis, induces TDAG51 and restricts GDNF/RET-mediated AKT signaling. Therefore, our results demonstrate that TDAG51 is a key mediator of a competitive crosstalk mechanism between apoptotic signaling promoted by NGF and its death receptor p75NTR and survival signaling induced by GDNF and RET in motoneuron-derived cells. Therefore, in this doctoral thesis work we have characterized and described regulatory mechanisms that simultaneously involve different signaling pathways of neurotrophic factors, thus forming molecular regulatory networks where the balance among them critically determines biological responses. The imposition of one signaling pathway over the other, in a given context, determines the resulting biological function. Therefore, alterations in the balance of these cross-regulatory mechanisms may be determining a physiological or a pathological output. In this way, understanding these cross-regulatory mechanisms may have implications for the treatment of neurological diseases and the promotion of regenerative therapies.

Citación:

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

Federicci, Fernando. (2024). Nuevos mecanismos regulatorios de la actividad neurotrófica : posibles implicancias para el desarrollo y la función neuronal. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7590_Federicci

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Federicci, Fernando. "Nuevos mecanismos regulatorios de la actividad neurotrófica : posibles implicancias para el desarrollo y la función neuronal". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7590_Federicci

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