Modulación de la transducción de la señal asociada a receptores tirosina quinasa por el fragmento C-terminal de la toxina tetánica en tejido nervioso

Abstract

Las neurotoxinas clostridiales (CNTs) producen patologías graves como el tétanos y el botulismo. En ambas patologías la muerte se produce en un porcentaje elevado y generalmente por colapso respiratorio y asfixia. Esta capacidad de causar la muerte en organismos superiores es responsabilidad de la actividad metaloproteásica dependiente de zinc que tienen estas toxinas en el dominio catalítico.<br/>Sin embargo, además de la actividad metaloproteásica también se han descubierto otras acciones farmacológicas de las neurotoxinas. Las neurotoxinas son estructuras proteicas complejas que han adquirido la capacidad de actuar en distintos sistemas a través de diferentes mecanismos de acción, como son el bloqueo de la captación de algunos neurotransmisores o bien de algunos de sus precursores.<br/>Asimismo, La toxina tetánica (TeTx) sintetizada por Cl.tetani, además de producir parálisis espástica, tiene otros efectos sobre diversos enzimas, no explicables por esta acción proteásica.<br/>En la presente tesis se describe la activación de vías de señalización en tejido nervioso por toxina tetánica (TeTx) como por su dominio C-terminal de 50 kDa de la cadena pesada (Hc). Estas vías de señalización incluyen la fosforilación del receptor TrkA y de la fosfolipasa C&#61543;-1 (PLC&#61543;-1), la translocación de las isoformas clásicas y nuevas de la proteína cinasa C (PKC) y la fosforilación de cinasas reguladas por señales extracelulares (ERK-1/2) en sinaptosomas de encéfalo de rata (Trabajo, 1). Experimentos similares en cultivos primarios de neuronas corticales demuestran la activación de las vías Akt y ERK1/2 (Trabajo, 2). Se presentan también trabajos que apuntan hacia una neuroprotección ejercida por el fragmento NO TÓXICO Hc frente a la muerte apoptótica de las neuronas granulares de cerebelo (CGN) en concetraciones bajas de potasio. Creemos que esta neuroprotección puede ser debida a la interacción del fragmento Hc con el receptor TrkB, receptor del factor de crecimiento BDNF, produciendo la activación de al menos tres vía de señalización: fosfatidilinositol-3-quinasa (PI-3K)/proteína quinasa B, Ras/ERK and PLC&#61543;/PKC, tal como lo hace el BDNF. También caracterizamos la acción de bloqueo de la caspasa-3 en los mecanismos de protección celular (Trabajo, 3). Por último, y en el mismo modelo anteriormente mencionado, CGN, demostramos también el efecto neuroprotector del fragmento Hc-TeTx frente a la muerte apoptótica inducida por el MPP+, disminuyendo la muerte celular y la condensación de cromatina. En el proceso apoptótico inducido por el MPP+ se produce la translocación de Bax de la fracción citosólica a la fracción mitocondrial, la liberación de citocromo c en el citoplasma así como la activación de la pro-caspasa-3. Este proceso apoptótico es inhibido por el fragmento Hc-TeTx (Trabajo, 4). El conjunto de estos trabajos apunta a que el fragmento Hc-TeTx podría utilizarse como una neurotrofina (NGF, BDNF, NT/3,..) y producir acciones anti-apoptóticas terapéuticamente dirigidas.

The clostridial neurotoxins (CNTs) produce serious pathologies like the tetanus and the botulism. In both pathologies the death takes place in a high percentage and generally by respiratory collapse and asphyxia. This capacity to cause the death in superior organisms is responsibility of the dependent zinc metaloproteásica activity that has these toxins in the catalytic domain. Nevertheless, in addition to the metaloproteásica activity also other pharmacological actions of the neurotoxins have been described. The neurotoxins are complex protein structures that have acquired the ability to act in different systems through different mechanisms from action, as they are the inhibition of release of some neurotransmitters or of some of his precursors. Also, the tetanus toxin (TeTx) synthesized by Cl.tetani, besides to produce spastic paralysis, has other effects on diverse enzymes, no explicable by this protease action.<br/>In the present thesis, we described the activation of several signalling pathways in nervous system by both tetanus toxin (TeTx) and its atoxic 50-kDa C-terminal domain of the heavy chain (Hc). These pathways include phosphorylation of TrkA receptor and phospholipase C&#61543; 1 (PLC&#61543; 1), translocation of classical and novel protein kinase C (PKC) isoforms and phosphorylation of the extracellular signal-regulated kinases (ERK 1/2) in rat brain synaptosomes (Work, 1). Similar experiments in primary cultures of cortical neurons demonstrate the activation of Akt and ERK1/2 pathways (Work, 2). Works also appear that aim towards the neuroprotection due to the NON-TOXIC Hc fragment against the apoptotic death of the cerebellar granule neurons (CGN) in low potassium concentration. We propose that this neuroprotection could be, in part, due to the interaction of Hc with the TrkB receptor, receptor of the endogenous neurotrophic factor BDNF, leading to the activation of at least three major signalling pathways: phosphatidylinositol 3 kinase (PI 3K)/protein kinase B, Ras/ERK and PLC&#61543;/PKC, as BDNF does. We also characterized the blocking action of Hc on caspases in the mechanims of cell protection (Work, 3). Finally, and in the same model previously mentioned, CGN, we also demonstrated the neuroprotective effect of the Hc-TeTx fragment against the apoptotic death induced by the MPP+, diminishing the cellular death and the chromatin condensation. In the apoptotic process induced by the MPP+ the translocation of Bax of the citosolic to the mitochondrial fraction; the cytochrome c release in the cytoplasm takes place as well as the activation of the pro-caspasa-3. This apoptotic process is inhibited by the Hc-TeTx fragment (Work, 4). <br/>These results aims at that the Hc-TeTx fragment could be used like a neurotrophin (NGF, BDNF, NT/3..) and produce anti-apoptotic actions therapeutically directed.