The role of neurotrophins and neurotrophin receptors in the pathogenesis of neurodegeneration and neuroregeneration

Abstract

Las neurotrofinas son una familia de factores de crecimiento polipeptídicos estructuralmente relacionados que influyen en el desarrollo, mantenimiento, supervivencia, reparación y muerte de las células neuronales y no neuronales en el sistema nervioso. Los miembros pertenecientes a este grupo que incluyen NGF, BDNF, NT-3 y NT 4/5, ejercen sus funciones intracelulares mediante la unión a dos tipos de receptores transmembrana muy diferentes; los receptores de tirosin quinasa (Trk A, B y C) y el receptor de neurotrofina p75 (p75NTR), un miembro perteneciente a la superfamilia del factor de necrosis tumoral (TNF). Las neurotrofinas son objeto de estudio de la investigación actual debido a su participación tanto en condiciones fisiológicas como patológicas. Estudios previos publicados señalan las neurotrofinas como agentes terapéuticos prometedores. En esta tesis, se llevó a cabo un estudio inmunohistoquímico de todas estas neurotrofinas (a excepción de NT4 / 5) y sus receptores en el sistema nervioso de diferentes modelos transgénicos murinos en dos escenarios diferentes: neurodegeneración del sistema nervioso central y neuroregeneración en el sistema nervioso periférico. Con el fin de dilucidar los mecanismos neurodegenerativos asociados a la patogénesis de las enfermedades priónicas, un modelo murino (BoTg 110) de la encefalopatía espongiforme bovina (EEB), que sobreexpresa la proteína priónica celular bovina, fué sometido a una inoculación intracerebral con un inóculo de EEB. Se evaluaron los cambios neuropatológicos en el encéfalo y se compararon con el marcaje inmunohistoquímico de las NTs/NTRs. Además, en este experimento, se incluyó un modelo “wild type” (Balb-C) como control para realizar un completo mapeo del inmunomarcaje de las NTs/NTRs en el encéfalo –normal- de ratón. Se observó una correlación entre el incremento en el marcaje inmunohistoquímico del receptor p75, especialmente en células gliales con la distribución de lesiones asociadas a la EEB. Esto podría sugerir que, entre todos los factores neurotróficos evaluados, este receptor podría está implicado en la fase terminal de la patología de la EEB. Además, el estudio del sistema nervioso periférico se llevó a cabo tras inducir experimentalmente un daño mecánico (aplastamiento o “crush”) en el nervio ciático en ratones transgénicos macho RIP-I / hIFNβ. En este modelo, el papel de las NTs/NTRs en los procesos de neuroregeneración se evaluó en el nervio, en los correspondientes ganglios de la raíz dorsal y en médula espinal a diferentes tiempos después de la cirugía. Se observaron cambios en la inmunorreactividad de todos los factores estudiados en estas tres estructuras. Observamos algunas particularidades en función del tiempo y la neurotrofina o receptor estudiado que se correspondían con la regeneración nerviosa. Nuestros resultados indicaron que, las neurotrofinas, en particular el receptor p75, podrían ser estudiadas como posibles dianas terapéuticas para el tratamiento de las enfermedades priónicas. Del mismo modo, una combinación de neurotrofinas podría ser de utilidad para tratar pacientes afectados por lesiones de nervios periféricos, ayudando así al proceso regenerativo. Profundizar en el conocimiento del papel que juegan las neurotrofinas en este contexto es indispensable para poder desarrollar tratamientos más eficaces de aquellos trastornos que afectan el sistema nervioso.

Neurotrophins (NTs) are a unique family of structurally related polypeptide growth factors that influence the development, maintenance, survival, repair and death of neuronal and non neuronal cells in the nervous system. Members belonging to this group include NGF, BDNF, NT-3 and NT 4/5. They exert their intracellular roles by binding to two different transmembrane types of receptors; the tyrosine kinase receptors (Trk A, B and C) and the p75 neurotrophin receptor (p75NTR), a member of the tumor necrosis factor receptor (TNF) superfamily. Neurotrophins are under current investigation for their involvement in physiological and pathological conditions. Previously published literature points them out as promising therapeutic agents. In this thesis, an immunohistochemical assessment of all these neurotrophins (with the exception of NT4/5) and their receptors was performed in the nervous system of different adult transgenic murine models in two different scenarios: central nervous system neurodegeneration and peripheral nervous system neuroregeneration. In order to determine the role of NTs/NTRs in the neurodegenerative mechanisms associated to prion diseases pathogenesis, the BoTg 110, a murine model of bovine spongiform encephalopathy (BSE), which overexpresses the bovine prion cellular protein, was subjected to an intracerebral inoculation with a BSE isolate. Neuropathological features where assessed and compared to NTs/NTRs immunolabelling. Furthermore, in this experiment, a wild type mouse line (Balb-C) was included as a control for a thorough -normal- mouse brain mapping of the NTs/NTRs immunolabelling. An increased expression of p75NTR, particularly in glial cells, was observed to correlate well with TSE related lessions. This may suggest that, among all neurotrophic factors evaluated, this receptor is involved in end stage brain pathology in BSE. Additionally, the study of the peripheral nervous system neuroregeneration was carried out following an experimental unilateral mechanic injury (crush) in the sciatic nerve of male transgenic RIP-I/hIFNβ mice. In this model, the involvement of NTs/NTRs in the neuroregenerative process was evaluated in the nerve, in the corresponding dorsal root ganglia and in the lumbar spinal cord segments at different time points after surgery. Our findings indicated changes in the immunoreactivity for all factors studied in these three structures. Particularities depending on the time point and studied NTs were observed related to the neuroregenerative processes Our results indicate that neurotrophins, and particularly the p75NTR could be further studied as possible therapeutic targets for prion diseases. Likewise, combined neurotrophins could be useful to treat patients affected by peripheral nerve injuries and therefore contributing to the peripheral nerve regeneration.A better understand ing of the mechanisms underlying the neutrophin function involvement is a prerequisite for the development of more effective treatments for the disorders affecting the nervous system