La proteína quinasa C épsilon en la unión neuromuscular de mamífero adulto: Localización, regulación mediante actividad sináptica y acoplamiento a la liberación de acetilcolina

Abstract

La proteïna quinasa C (PKC) pertany a la família de les serina/treonina quinases y participa en diferents de senyalització regulant diverses funcions neurals. Les proteïnes d’unió a PKC intracel•lulars ,conegudes com receptors per a les quinases C activades (RACKs), són essencials per a la interacció de les isoformas de PKC activades amb els seus substrats endògens i contribueixen a la activitat catalítica de PKC. La isoforma novel epsilon (nPKCε) està altament expressada en el cervell i regula diverses funcions neurals. No obstant, la localització de la nPKCε a la unió neuromuscular (NMJ) i el seu paper en l’alliberament de la acetilcolina depenent d’activitat no ha estat descrites. Utilitzant una combinació de inmunohistoquímica i microscòpia confocal es va estudiar la distribució de la nPKCε en la NMJ de mamífer adult y es va observar la seva localització exclusiva en els terminals nerviosos motors. Aquesta tesis es centra en l’estudi de la participació de nPKCε en els processos sinàptics. Els estudis bioquímics mostren que la contracció muscular induïda per la activitat sinàptica promou canvis en els nivells de nPKCε en la membrana sinàptica a través del receptor tirosina quinasa B (TrkB). A més a més, la activitat de nPKCε resulta en la fosforilació de MARCKS, subtrat de PKC que participa en la neurotransmissió. S’ha estudiat, a més a més, el paper de nPKCε en la secreció de ACh, utilitzant el pèptid inhibidor de la translocació de nPKCε (εV1-2), que actua interrompent la interacció de nPKCε-RACK. Mitjançant tècniques de electrofisiologia de registre intracel•lular, s’ha investigat la implicació de nPKCε en el mecanisme de la secreció del neurotransmissor mitjançant la interacció amb PKC, PKA i els autoreceptors muscarínics M1/M2. La preincubació amb εV1-2 desacobla PKC del mecanisme de lliberació de ACh en diverses condicions de potenciació en la NMJ i altera el mecanisme muscarínic que modula la neurotransmissió a través de M1/M2.

La proteína quinasa C (PKC) pertenece a la familia de las serina/treonina quinasas y participa en diferentes vías de señalización regulando diversas funciones neurales. Las proteínas intracelulares de unión a PKC, conocidas como receptores para las quinasas C activadas (RACKs), son esenciales para la interacción de las isoformas de PKC activadas con sus sustratos proteicos endógenos y contribuyen a la actividad catalítica de PKC. La isoforma novel épsilon (nPKCε) está altamente expresada en el cerebro y regula diversas funciones neurales. No obstante, la localización de nPKCε en la unión neuromuscular (NMJ) y su papel en la liberación de acetilcolina (ACh) dependiente de actividad no han sido descritas. Utilizando una combinación de técnicas de inmunohistoquímica y microscopía confocal se estudió la distribución de nPKCε en la NMJ de mamífero adulto y se observó su localización exclusiva en los terminales nerviosos motores. Esta tesis se centra en el estudio de la participación de nPKCε en los procesos sinápticos. Los estudios bioquímicos muestran que la contracción muscular inducida por la actividad sináptica promueve cambios en los niveles de nPKCε en la membrana sináptica a través del receptor tirosina quinasa B (TrkB). Además, la actividad de nPKCε resulta en la fosforilación de MARCKS, sustrato de PKC que participa en la neurotransmisión. Se ha estudiado, además, el papel de nPKCε en la secreción de ACh, utilizando el péptido inhibidor de la translocación de nPKCε (εV1-2), que actúa interrumpiendo la interacción nPKCε-RACK. Mediante técnicas de electrofisiología de registro intracelular, se investigó la implicación de nPKCε en el mecanismo de secreción del neurotransmisor mediante la interacción con PKC, PKA y los autoreceptores muscarínicos M1/M2. La preincubación con εV1-2 desacopla PKC del mecanismo de liberación de ACh en diversas condiciones de potenciación en la NMJ y altera al mecanismo muscarínico que modula la neurotransmisión a través de M1/M2.

Protein kinase C (PKC) comprises a family of serine/threonine kinases, which regulates a variety of neural functions by playing central roles in several signaling pathways. Intracellular PKC-binding proteins, known as receptors for activated C kinase (RACKs), are essential for the interaction of activated PKC isoforms with its endogenous protein substrates and contributes to the catalytic activity of PKC. The novel epsilon isoform of PKC (nPKCε) is highly expressed in the brain and regulates several neural functions. However, the location of nPKCε at the neuromuscular junction (NMJ) and its role in the activity dependent acetylcholine (ACh) release are not described. Using a combination of immunohistochemistry and confocal microscopy, we studied nPKCε distribution in adult mammalian NMJ and we observed its exclusive localization at the motor nerve terminals. This dissertation focuses, moreover, on the study of nPKCε participation in synaptic processes. Biochemical studies have shown that muscle contraction induced by changes in synaptic activity promotes nPKCε levels in the synaptic membrane through receptor tyrosine kinase B (TrkB). Moreover, the activity of nPKCε results in MARCKS phosphorylation, a PKC substrate involved in neurotransmission. Furthermore, we have studied the role of nPKCε in neurotransmitter release, using the selective nPKCε translocation inhibitor peptide (εV1-2), which acts by disrupting the interaction nPKCε-RACK. By electrophysiological techniques (intracellular recordings), we investigated nPKCε involvement on the mechanism of neurotransmitter secretion by its interaction with PKC, PKA and muscarinic autoreceptors M1 / M2. Preincubation with εV1-2 uncouples PKC to ACh release in different enhancement conditions and alters muscarinic mechanism that modulates neurotransmission via M1 / M2 at the NMJ.