Estudio de la vía de señalización de NRG1typeIII en el desarrollo de la neuropatía diabética

Abstract

La neuropatía diabética (ND) es una de las complicaciones a largo plazo más comunes que presentan los pacientes con diabetes mellitus (DM). Los pacientes presentan como síntomas más significativos un deterioro de la función nerviosa con disfunción sensorial y dolor en las extremidades. Los mecanismos patológicos, que llevan al desarrollo de la complicación pueden ser múltiples y no están claros por lo que no existe un tratamiento único y satisfactorio. El descubrimiento de un tratamiento eficaz requiere una mayor comprensión de las causas que desencadenan la complicación, entre ellas qué tipo celular está primariamente afectado, lo que permitiría tratar la enfermedad en las primeras etapas de la complicación.<br/>El sistema nervioso periférico (SNP) contiene principalmente dos tipos celulares: neuronas y células de la glia, concretamente las células de Schwann (SC) que son las responsables de la producción de las proteínas de la mielina. <br/>En la primera parte de este trabajo nos centramos en la caracterización molecular de los efectos de la concentración de glucosa sobre las SC in vitro, en cultivos establecidos y primarios y también en cocultivos de SC y neuronas sensoriales primarias. Más tarde se realizaron estudios in vivo en muestras de nervios ciáticos de tres modelos animales diferentes, ratones ICR adultos y jóvenes a los que se les indujo la diabetes experimental mediante inyección de estreptozotocina (STZ) y también en ratones NOD, modelo de diabetes tipo I que desarrolla la enfermedad espontáneamente. En el estudio se analizaron tanto las proteínas de la mielina como factores de transcripción implicados en mielinización, demostrándose alteraciones en la expresión de estas proteínas. <br/>En la segunda parte de esta tesis, se estudiaron los cambios inducidos por la hiperglucemia en la expresión de NRG1typeIII, un factor esencial para la mielinización en sistema nervioso periférico. Se realizaron estudios in vitro con neuronas sensoriales primarias purificadas o en cocultivo con SC y cultivos primarios de neuronas motoras, cultivadas en diferentes concentraciones de glucosa. In vivo se analizaron muestras de ganglios de la raíz dorsal y de médula espinal de los tres modelos animales que hemos comentado anteriormente. En todos los casos se demostró una disminución de la expresión de NRG1typeIII.<br/>En la parte final de este trabajo, y como prueba de concepto, se administraron vectores virales con el factor promielinizante NRG1typeIII en un modelo de neuropatía diabética donde los estudios, tanto a nivel molecular como electrofisiológicos y morfológicos, demostraron una mejora significativa comparándolos con animales diabéticos no tratatados o tratados con vectores virales irrelevantes, por lo que parecería que el tipo celular primariamente afectado en la ND son las neuronas del SNP.<br/>Hasta la actualidad no existe un tratamiento óptimo para la neuropatía diabética. Nuestros resultados sugieren que los mecanismos moleculares que desencadenan esta complicación de la diabetes aparecen ya desde los primeros días de hiperglucemia, y que un tratamiento alternativo para esta complicación podría basarse en estrategias de terapia génica con vectores virales.

Diabetic neuropathy (DN) is one of the long-term complications most commonly presented in patients with diabetes mellitus (DM), with a estimated prevalence of 60% of patients. Patients have significant symptoms as a deterioration of nerve function with sensory dysfunction and pain in the extremities. The pathological mechanisms that lead to the development of the complication may be multiple and are unclear as there is no satisfactory treatment. The discovery of an effective treatment requires a greater understanding of the causes that lead to the complication, including which cell type is primarily affected, which would treat the disease in the early stages of the complication, unlike the current treatment that is performed when symptoms are well established. <br/>The peripheral nervous system (PNS) contains two main cell types: neurons and glia cells, particularly Schwann cells (SC) that are responsible for the production of myelin proteins in PNS. <br/>In the first part of this work we focus on the molecular characterization of the effects of glucose on the SC in vitro in established and primary cultures and in cocultures of SCs and primary sensory neurons. Later in vivo studies were conducted on samples of sciatic nerves from three different animal models, ICR mice adults and young (18 postnatal days) that were induced experimental diabetes by injection of streptozotocin (STZ) and in NOD mice, a type I diabetes model that spontaneously develops the disease. The study analyzed both the myelin proteins as key transcription factors involved in myelination, demonstrating altered expression of these proteins.<br/>In the second part of this thesis, we studied the changes induced by hyperglycemia in NRG1typeIII expression, an essential factor for myelination in PNS. Studies were conducted in vitro with purified or primary sensory neurons in coculture with SCs and primary cultures of motor neurons, grown in different concentrations of glucose. In vivo samples from dorsal root ganglia and spinal cord of three animal models that we discussed earlier. In all cases, showed a decreased expression of NRG1typeIII. <br/>In the final part of this work, and as a proof of concept, viral vectors coding for NRG1typeIII were administered in a mouse model of diabetic neuropathy where studies, both molecular and electrophysiological and morphological, showed a significant improvement compared with control diabetic animals or the same animals treated with viral vectors irrelevant, it would seem that the cell type primarily affected in the ND neurons are SNP, since the early days of hyperglycemia. <br/>To date there is no optimal treatment for diabetic neuropathy. Our results suggest that the molecular mechanisms that trigger this complication of diabetes appear since the early days of hyperglycemia, and an alternative treatment for this complication could be based on gene therapy strategies using viral vectors.