Estudio de la función de la vía NF-kappaB en las motoneuronas espinales y su relación con la atrofia muscular espinal

Abstract

Les motoneurones espinals requereixen factors neurotròfics per a la seva supervivència i diferenciació. L’efecte fisiològic dels factors neurotròfics és mediat per l’activació de diferents vies de senyalització i factors de transcripció entre els quals es troba la via NF-kB. S’ha relacionat la desregulació de l’activació d’aquesta via amb diferents patologies neuronals. S’ha proposat NF- kB com a diana terapèutica en diferents malalties neurodegeneratives. En el present estudi hem analitzat els mecanismes intracel·lulars involucrats en l’activació de la via NF-kB i la seva implicació en la supervivència de les motoneurones induïda pels factors neurotròfics. Els nostres resultats demostren l’habilitat dels factors neurotròfics de fosforil·lar el complex IKKs a través de l’activació de la via PI3K/Akt i d’induir la translocació nuclear de RelA. Per altra banda, s’ha demostrat que únicament l’activació de la via canónica d’NF-kB té un efecte regulador sobre la supervivència de les motoneurones. El bloqueig de la via canònica causa mort apoptòtica. Aquelles motoneurones que degeneren al inhibir la via es poden rescatar mitjançant la sobre-expressió de la proteïna Bcl-xL o bé inhibint la proteïna Bax. No obstant, els factors neurotròfics també activen la vía no canònica d’NF-kB tot hi que sense implicació en la supervivència. A les motoneurones, la inhibició de la via canònica comporta un augment de la proteïna pro-apoptótica Bim, la disminució de la proteïna Survival Motor Neuron (SMN) i del factor de transcripció CREB. La reducció dels nivells de proteïna SMN causa la malaltia neurodegenerativa hereditària Atròfia Muscular Espinal (AME), que afecta específicament a les motoneurones espinals. En el nostre laboratori hem desenvolupat un model in vitro d’AME. La reducció dels nivells d’SMN causa degeneració neurítica i mort de les motoneurones. Aquests dos processos es poden bloquejar amb la sobreexpressió de la proteïna Bcl-xL. En conclusió, el nostre treball demostra la implicació de la via NF-kB en la supervivència de les motoneurones i aporta nous avenços per a comprendre l’AME.

Las motoneuronas espinales requieren de los factores neurotróficos para su supervivencia y diferenciación. El efecto fisiológico de los factores neurotróficos esta mediado por la activación de distintas vías de señalización y factores de transcripción entre los cuales está la vía NF-kB. La desregulación en la activación de esta vía se ha relacionado con distintas patologías neuronales. Se ha propuesto a NF-kB como una diana terapéutica en distintas enfermedades neurodegenerativas. En el presente estudio hemos analizado los mecanismos intracelulares involucrados en la activación de la vía NF-kB y su implicación en la supervivencia de las motoneuronas inducida por los factores neurotróficos. Nuestros resultados demuestran la habilidad de los factores neurotróficos de fosforilar el complejo IKKs a través de la activación de la vía PI3-K/Akt y de inducir la translocación nuclear de RelA. Por otro lado, se ha demostrado que únicamente la activación de la vía canónica de NF-kB tiene un efecto regulador sobre la supervivencia de las motoneuronas. El bloqueo de esta vía induce muerte celular apoptótica. Las motoneuronas que van a degenerar por la inhibición de la vía NF-kB, se pueden rescatar mediante la sobre-expresión de la proteína Bcl-xL o mediante la inhibición de la proteína Bax. Sin embargo, los factores neurotróficos también activan la vía no-canónica de NF-kB aunque sin implicación en la supervivencia. En las motoneuronas, la inhibición de la vía canónica conlleva el aumento de los niveles endógenos de la proteína pro-apoptótica Bim y la reducción de la proteína Survival Motor Neuron (SMN) y del factor de transcripción CREB. La reducción de los niveles de proteína SMN causa la enfermedad neurodegenerativa hereditaria Atrofia Muscular Espinal (AME), que afecta específicamente a las motoneuronas de la médula espinal. En nuestro laboratorio hemos desarrollado un modelo in vitro de AME. La disminución de los niveles de SMN causa la degeneración de las neuritas y la muerte de las motoneuronas. Estos dos procesos pueden ser bloqueados por sobre-expresión de la proteína Bcl-xL. En conclusión, nuestro trabajo demuestra la implicación de la vía NF-kB en la supervivencia de las motoneuronas y aporta nuevos avances para la comprensión de la AME.

The Spinal cord motoneurons require neurotrophic factors for their survival and differentiation. The physiological effect of neurotrophic factors is mediated by activation of different signaling pathways and transcription factors including NF-kB. Deregulation in the activation of this pathway has been associated with different neural pathologies. NF-kB has been proposed as a therapeutic target in several neurodegenerative diseases. In this study we analyze the intracellular mechanisms involved in the activation of NF-kB pathway and its involvement in motor neuron survival induced by neurotrophic factors. Our results demonstrate the ability of neurotrophic factors to phosphorylate the IKKs complex through the PI3-K/Akt pathway activation and induce a nuclear translocation of RelA. On the other hand, it has been analysed the involvement of different forms of NF-kB activation pathway on motoneuron survival and the results demonstrate that only the canonical pathway has regulatory effects on the motoneuron survival. The blockade of this pathway induces apoptotic cell death. Motoneurons that will degenerate by inhibition of NF-kB, can be rescued by overexpression of Bcl-xL protein or by inhibiting Bax protein expression. However, neurotrophic factors also activate non-canonical pathway of NF-kB but this pathway does not modulate motoneuron survival. In motoneurons, inhibition of the canonical pathway leads to increased levels of the endogenous pro-apoptotic protein Bim and reduction of the Survival Motor Neuron Protein (SMN) and the transcription factor CREB. Reduced levels of SMN protein cause the hereditary neurodegenerative disease Spinal Muscular Atrophy (SMA), which specifically affects spinal cord motorneurons. In our laboratory, we developed an in vitro model of SMA. The decreased levels of SMN cause neurite degeneration and motorneuron death. These two processes can be blocked by overexpression of Bcl-xL protein. In conclusion, our study shows the involvement of NF-kB in the survival of motor neurons and provides new advances in the understanding of the SMA pathology.