Caracterització dels ratolins knockin condicional de PDK1 que expressen la mutació L155E a sistema nerviós central

Abstract

La via de la PI3K/PKB juga un paper molt important en el sistema nerviós central durant el desenvolupament neuronal. PDK1 és la màster quinasa que s’encarrega de coordinar les diverses senyals de la PI3K, regulant diferencialment l’activació de diferents AGC quinases. A fi d’estudiar el paper de PDK1 al sistema nerviós central, vàrem generar dos models de ratolí que presentaven mutats dos dominis funcionals d’aquesta quinasa: el PH-domain i el PIF-pocket. En aquesta tesi es desenvolupa la caracterització del model de ratolí knock-in condicional que expressa la mutació L155E de PDK1 a sistema nerviós central. Aquesta mutació resulta en la inhabilitació del domini PIF-pocket de PDK1 i per tant en una disrupció del mecanisme d’activació de totes les AGC quinases que no presenten PH-domain, com són RSK, SGK i S6K, però no PKB. La manca d’activació d’aquestes quinases no resulta essencial per les respostes de supervivència i viabilitat cel·lular, però sí que impedeix el correcte desenvolupament neuronal, el que es tradueix en un dèficit de la polarització i diferenciació neuronal. Els defectes en aquests processos neuronals resulten en una reducció de la mida cerebral i en alteracions fisiològiques de regions del cervell com el còrtex o l’hipocamp. Aquestes alteracions impliquen una reducció en la connectivitat neuronal i en la comunicació entre interneurones gabaèrgiques i neurones piramidals, possiblement causada per dèficits en els processos de migració durant el desenvolupament. Tot això condueix a un model de ratolí que presenta alterada la seva conducta davant l’estrès i emula els símptomes negatius i cognitius de trastorns psiquiàtrics com l’esquizofrènia. Aquests resultats mostren la rellevància de PDK1, orquestrant la via de la PI3K, tant durant el desenvolupament neuronal com en la consolidació del correcte funcionament del cervell.

The PI3K/PKB signalling pathway plays an indispensable role in the central nervous system during neuronal development. PDK1 is the master kinase which orchestrates the PI3K signals by regulating the activation of AGC kinases. In order to elucidate the role of PDK1 in the central nervous system, two conditional knockin mice models were generated based on the disruption of two functional domains of PDK1 that are essential for substrate activation: the PH-domain and the PIF-pocket. In this thesis, I generated and characterized the brain-specific PDK1 conditional knockin mice which express the L155E mutation within the nervous system. This mutation disrupts the PDK1 PIF-pocket domain impairing the activation of RSK, SGK and S6K, whereas PKB activation was not affected. Deficits in the PIF-pocket dependent kinases activation were not translated into a significant deregulation of the neuronal survival, whilst neuronal polarization and differentiation were severely impaired. The abnormal neuronal development resulted in microcephaly as well as a huge neuronal circuitry reduction in the cortex and hippocampus brain areas. These physiological alterations broke the communication between the gabaergic and the pyramidal neurons, probably due to a deregulation in the neuronal migration process. Mice expressing the PDK1 L155E mutation in the central nervous system were vulnerable in front of stress insults, with behavioural outputs that reproduced a new model for negative and cognitive symptoms related to psychiatric disorders such as schizophrenia. Altogether, these studies show us the relevance of PDK1, acting as the master kinase involved in PI3K signalling pathway regulation, in neuronal development leading to the appropriate consolidation of cerebral functions.