Funció de les quinases MLK2 i KIS en la diferenciació neuronal i en la plasticitat sinàptica

Abstract

La diferenciació dels precursors neuronals en cèl·lules especialitzades implica una restricció de la seva capacitat proliferativa i la sortida definitiva del cicle cel·lular. Entre les proteïnes HLH activadores de la diferenciació hi ha les proteïnes E (E47, E12, HEB, E2-2), les quals s’expressen a la majoria de teixits. Al nostre laboratori es va descriure que la proteïna E47 forma heterodímers amb la proteïna HLH específica de teixit NeuroD, i activa l’expressió del receptor del BDNF (TrkB) i l’inhibidor de cicle p21CIP en resposta a la senyal diferenciadora d’àcid retinoic (RA). La correcta expressió del receptor TrkB juga un paper clau en el desenvolupament del sistema nerviós en vertebrats i la seva alteració s’ha relacionat amb diferents malalties humanes importants. En aquest treball s’ha demostrat que la quinasa MLK2 interacciona amb la bHLH E47 en cèl·lules de neuroblastoma SHSY-5Y. Es proposa que la MLK2 controla l’activitat del factor bHLH E47 a través de la seva fosforilació, la qual redueix l’activació del promotor de trkB. A més, la inhibició de la MLK2 augmenta l’expressió de l’mRNA de trkB in vivo explicant perquè aquesta inhibició no només prevé l’activació dels processos de mort cel·lular sinó que també ajuda a les vies de supervivència. D’altra banda, estudis molt recents revelen la importància dels processos de localització d’mRNAs als axons i a les dendrites i la seva traducció localitzada. Conèixer com es regula la localització dels mRNAs i la seva traducció localitzada a nivell molecular ajuda a entendre aspectes fonamentals de la plasticitat i la diferenciació neuronal. Durant el transport dels mRNAs, la seva traducció està reprimida i aquesta s’activa a llocs concrets com a resposta a senyals sinàptics, i en conseqüència, s’activa la plasticitat neuronal. Prèviament, al nostre laboratori, es va demostrar que la proteïna KIS pot estimular la traducció localitzada d’mRNAs, afavorir el creixement neurític i la supervivència neuronal. En aquest treball demostrem que la KIS interacciona amb proteïnes i mRNAs implicats en activitat sinàptica, els quals són transportats a través de partícules mRNP. La nostra hipòtesi és que quan el grànul transportat per KIF3A arriba al seu destí, diversos estímuls sinàptics possiblement indueixin l’activació de la quinasa Src, la qual fosforila la KIS, activant la traducció dels mRNAs transportats.

La diferenciación de precursores neuronales en células especializadas implica la restricción de su capacidad proliferativa y la salida definitiva del ciclo celular. Entre las proteínas HLH activadoras de la diferenciación están las proteínas E (E47, E12, HEB, E2-2) las cuales se expresan en la mayoría de los tejidos. En nuestro laboratorio se describió que la proteína E47 forma heterodímeros con la proteína HLH especifica de tejido, NeuroD, y activa la expresión del receptor de BDNF (TrkB) y el inhibidor de ciclo p21CIP en respuesta a la señal diferenciadora del ácido retinoico (RA). La correcta expresión del receptor TrkB juega un papel clave en el desarrollo del sistema nervioso en vertebrados y su alteración se ha relacionado con diferentes enfermedades humanas importantes. En este trabajo se ha demostrado que la quinasa MLK2 interacciona con la bHLH E47 en células de neuroblastoma SHSY-5Y. Se propone que MLK2 controla la actividad del factor bHLH E47 a través de su fosforilación, la cual reduce la activación del promotor de trkB. Además la inhibición de MLK2 aumenta la expresión del mRNA de trkB in vivo explicando por qué esta inhibición no sólo previene la activación de los procesos de muerte celular sino que también ayuda a las vías de supervivencia. Por otro lado, estudios muy recientes revelan la importancia de los procesos de localización de mRNAs en axones y dendritas y de su traducción localizada. Conocer cómo se regula la localización de los mRNAs y su traducción localizada a nivel molecular ayuda a entender aspectos fundamentales de la plasticidad y la diferenciación neuronal. Durante el transporte de los mRNAs su traducción está reprimida y ésta se activa en lugares concretos en respuesta a señales sinápticas resultando en la activación de la plasticidad neuronal. Previamente, en nuestro laboratorio, se demostró que la proteína KIS puede estimular la traducción localizada de mRNAs, favorecer el crecimiento neurítico y la supervivencia neuronal. En este trabajo demostramos que KIS interacciona con proteínas y mRNAs implicados en actividad sináptica, los cuales son transportados a través de partículas mRNPs. Nuestra hipótesis es que cuando el gránulo transportado por KIF3A llega a su destino, varios estímulos sinápticos posiblemente induzcan la activación de la quinasa Src la cual fosforila KIS, activando la traducción de los mRNAs transportados.

The differentiation of neuronal precursors in specialized cells induces an increase of a restriction of their proliferative capacity and a complete exit of the cell cycle. Among the HLH protein activators of differentiation the E protein family (E47, E12, HEB, E2-2) is expressed in most of the tissues. In our laboratory it has been described that in response to the differentiating signal of retinoic acid (RA), E47 heterodimerizes with the HLH protein tissue specific NeuroD which activates the expression of the receptor BDNF (TrkB) and the cell cycle p21CIP inhibitor. TrkB expression plays a key role in the nervous system development in vertebrates, and its alteration has been related with different types of important human diseases. In the present work we identified the kinase MLK2 as an E47-interaction protein in SHSY-5Y human neuroblastoma cells. We propose MLK2 as a controller of the BDNF receptor TrkB through the phosphorylation of bHLH transcription factor E47 which reduces the activation of trkB promoter. Furthermore, MLK2 inhibition increases trkB mRNA expression in vivo. These results could explain the reason why the inhibition of MLKs avoid the activation of cell death program and also increase the cell survival pathway being a key component of their neuroprotector potential. In the other hand, recent studies some recent work reveal the importance of mRNA localization in axons and dendrites and its local translation. Unraveling how mRNA localization and its translation are regulated at molecular level will help to understand basic processes of neuronal differentiation and plasticity. Translation is inhibited during mRNA transport, and is activated in specific synapses in response to synapse signals resulting from activation of neuronal plasticity. Previous work from our laboratory demonstrated that protein kinase KIS can stimulate the local translation of mRNAs, increase the neuritic outgrowth and the neural survival. In the present work we demonstrate that KIS can interact with transported granular proteins and mRNAs importants for the synaptic activity. Our hypothesis is that when the granule reaches his fate through KIF3A, some synaptic stimuli induce the activation of the kinase Src, which phosphorylates KIS, therefore activating the transported transcript.