Insights into the CREB-regulated transcription coactivators (CRTCs) in neurons and astrocytes

Abstract

La funció transcripcional de la proteïna d’unió als elements de resposta a l’AMP cíclic (CREB) és modulada per la família dels coactivadors transcripcionals regulats per CREB (CRTCs). Totes les isoformes de CRTC (CRTC1, CRTC2 i CRTC3) són presents al cervell, tot i que la seva expressió, regulació i funció específica en els diferents tipus cel·lulars del cervell encara són desconegudes. En aquesta tesi doctoral he investigat el patró d’expressió, els mecanismes de regulació i la funció transcripcional de les isoformes CRTC1 i CRTC2 en neurones i astròcits del còrtex cerebral de ratolí. Analitzant el cervell adult del model de ratolí Crtc2-LacZ reporter, demostro que CRTC2 s’expressa tant en neurones com en cèl·lules glials, incloent la micròglia i els astròcits. L’expressió de CRTC1 és elevada en neurones, mentre que CRTC2 es troba abundantment en astròcits. Els estudis realitzats amb tractaments farmacològics també indiquen una regulació diferencial de CRTC1 i CRTC2 en cultius neuronals i astrocitàris. En neurones, l’activitat sinàptica indueix la desfosforilació i activació de CRTC1 mitjançant la proteïna fosfatasa (PP) 2B/calcineurina, mentre que la desfosforilació de CRTC2 ve regulada per la PP1. En astròcits, la desfosforilació de CRTC1 també és modulada per la PP2B/calcineurina, però la desfosforilació de CRTC2 és independent de la PP2B/calcineurina, la PP1 i la PP2A. Després d’un increment en l’activitat neuronal, CRTC1 és desfosforilat i translocat a nucli, on interacciona amb CREB promovent la transcripció gènica. D’altra banda, encara que l’activitat neuronal també afavoreixi la translocació de CRTC2 a nucli, aquest no afecta la transcripció gènica dependent de CREB en neurones corticals. De fet, en ratolins knockout condicionals per Crtc2 (Crtc2 cKO), la deleció específica de CRTC2 en neurones no comporta alteracions fenotípiques. Contràriament, en astròcits, CRTC2 transloca a nucli on s’uneix específicament a la regió promotora de gens dependents de CREB per potenciar la transcripció gènica induïda per activitat. En conjunt, aquests resultats indiquen que les isoformes de CRTC presenten una expressió, uns mecanismes de regulació i una funció transcripcional diferencial en neurones i astròcits del còrtex cerebral.

La función transcripcional de la proteína de unión a los elementos de respuesta a AMP cíclico (CREB) es modulada por la familia de coactivadores transcripcionales regulados por CREB (CRTCs). Todas las isoformas de CRTC (CRTC1, CRTC2 y CRTC3), están presentes en cerebro, aunque su expresión, regulación y función específica en los diferentes tipos celulares del cerebro son aún desconocidas. En esta tesis doctoral he investigado el patrón de expresión, los mecanismos de regulación y la función transcripcional de las isoformas CRTC1 y CRTC2 en neuronas y astrocitos del córtex cerebral de ratón. Analizando el cerebro adulto del modelo de ratón Crtc2-LacZ reportero, demuestro que CRTC2 se expresa tanto en neuronas como en células gliales, incluyendo la microglía y los astrocitos. La expresión de CRTC1 es elevada en neuronas, mientras que CRTC2 se encuentra abundantemente en astrocitos. Los estudios realizados con tratamientos farmacológicos también indican una regulación diferencial de CRTC1 y CRTC2 en cultivos neuronal y astrocitarios. En neuronas, la actividad sináptica induce la desfosforilación y activación de CRTC1 mediante la proteína fosfatasa (PP) 2B/calcineurina, mientras que la desfosforilación de CRTC2 viene regulada por la PP1. En astrocitos, la desfosforilación de CRTC1 también es modulada por la PP2B/calcineurina, aunque la desfosforilación de CRTC2 es independiente de la PP2B/calcineurina, la PP1 y la PP2A. Después de un incremento en la actividad neuronal, CRTC1 es desfosforilado y translocado a núcleo, donde interacciona con CREB promoviendo la transcripción génica. Por otro lado, aunque la actividad neuronal también favorece la translocación de CRTC2 a núcleo, éste no afecta la transcripción génica dependiente de CREB en neuronas corticales. De hecho, en ratones knockout condicionales por Crtc2 (Crtc2 cKO), la deleción específica de CRTC2 en neuronas no comporta alteraciones fenotípicas. Contrariamente, en astrocitos, CRTC2 transloca a núcleo donde se une específicamente a la región promotora de genes dependientes de CREB para potenciar su transcripción génica inducida por actividad. En conjunto, estos resultados indican que las isoformas de CRTC presentan una expresión, unos mecanismos de regulación y una función transcripcional diferencial en neuronas y astrocitos de la corteza cerebral.

The transcriptional function of the cyclic adenosine monophosphate (cAMP)-response element binding protein (CREB) is modulated by the family of CREB regulated transcription coactivators (CRTCs). CRTC isoforms (CRTC1, CRTC2 and CRTC3) are present in the brain, but their specific expression, regulation and function in the distinct cell types of the brain remain largely unclear. In this doctoral thesis, I have investigated the expression pattern, regulatory mechanisms and transcriptional function of the CRTC1 and CRTC2 isoforms in neurons and astrocytes of the mouse cerebral cortex. Using novel Crtc2-LacZ reporter mice, I show that CRTC2 is expressed in the adult mouse brain in both neurons and glial cells, including microglia and astrocytes. CRTC1 is abundant in neurons, whereas CRTC2 is highly expressed in cultured astrocytes. Pharmacological analyses reveal differential regulation of CRTC1 and CRTC2 in cultured neurons and astrocytes. In neurons, synaptic activity induces CRTC1 dephosphorylation and activation through protein phosphatase (PP) 2B/calcineurin while CRTC2 dephosphorylation is mediated by PP1. In astrocytes, CRTC1 dephosphorylation is regulated by PP2B/calcineurin, whereas CRTC2 dephosphorylation is independent of PP2B/calcineurin, PP1 and PP2A activities. In agreement, CRTC1 is dephosphorylated upon neuronal activity and translocated to the nucleus where interacts with CREB to enhance gene transcription. CRTC2 is also translocated to the nucleus after neuronal stimulation without affecting CREB-mediated transcription in cortical neurons. In fact, neuronal CRTC2 deletion does not result in global phenotypic alterations in neuron-specific Crtc2 conditional knockout (cKO) mice. By contrast, CRTC2 is translocated to nucleus and recruited to specific CREB target gene promoters to mediate activity-induced transcription in astrocytes. These results indicate differential expression, regulatory mechanisms and transcriptional roles of CRTC isoforms in neurons and astrocytes of the cerebral cortex.