Blockade of CD16/32 phagocytic receptors in microglial-mediated dopaminergic elimination in MPTP experimental model: immunotherapeutic strategy for Parkinson’s disease

Abstract

La malaltia de Parkinson (MP) és un síndrome neurològic caracteritzat per la pèrdua de neurones dopaminèrgiques mesencefàliques ubicades a la substantia nigra pars compacta (SNpc). L’etiologia de la malaltia encara es desconeix, encara que diverses evidències apunten a processos neuroinflamatoris com a contribuents importants de l’eliminació dopaminèrgica. La neuroinflamació mediada per micròglia contribueix a la pèrdua neuronal dopaminèrgica a la MP, ja que la micròglia activada està present en el SNpc dels cervells post mortem dels pacients amb MP i es creu que és perjudicial per a les neurones supervivents. A més, els alts nivells circulants d’IFN-γ en la població que envelleix poden representar un risc de neuroinflamació relacionada amb la MP, ja que es considera que les cèl·lules microglials estan pre-activades amb IFN-γ, tornant-se susceptibles d’activar-se completament i tornar-se molt reactives amb un estímul secundari com antígens potencials, com lipopolisacàrid derivat de l’intestí (LPS). És important destacar que estudis previs del nostre grup van demostrar que l’IFN-γ és una citoquina crítica particularment involucrada en l’activació microglial que condueix a la fagocitosi de neurones dopaminèrgiques estressades en models de MP en ratolins i micos. Perquè l’activació microglial i la capacitat fagocítica subsegüent depenen dels receptors Fc-gamma (FcγR) i aquest receptor es sobre expressa en condicions proinflamatòries. En aquesta tesi, proposem una nova estratègia terapèutica mitjançant l’ús d’anticòs neutralitzant CD16 / 32 contra FcγR per reduir la reactivitat microglial i la funció fagocítica in vitro i in vivo en una 1-metil-4-fenil-1,2,3, 6-tetrahidropiridina (MPTP) model de ratolí experimental de la MP. Les nostres dades demostren que el bloqueig del receptor fagocític CD16 / 32 va impedir l’eliminació dopaminèrgica in vitro i en el SNpc del model MPTP de PD. És important destacar que, atès que la fagocitosi facilitada per CD16 / 32 està estretament regulada per Cdc42, la inhibició d’aquest important factor mecanístic downstream del FcγR, va donar com a resultat un efecte similar al bloqueig de CD16 / 32, evitant l’eliminació dopaminèrgica in vitro i en el model MPTP de PD. Aquests resultats suggereixen que, atès que l’activació microglial és un factor important en la neurodegeneració dopaminèrgica mediada per la inflamació, orientar-ne la senyalització amb diferents enfocaments ens ajudarà a comprendre el paper de la resposta neuroinflamatòria i, sobretot, a destacar la importància del component inflamatori per dissenyar teràpies modificadores de la MP.

La enfermedad de Parkinson (EP) es un síndrome neurológico caracterizado por la pérdida de neuronas dopaminérgicas mesencefálicas ubicadas en la substantia nigra pars compacta (SNpc). La etiología de la enfermedad aún se desconoce, aunque varias evidencias apuntan a procesos neuroinflamatorios como contribuyentes importantes de la eliminación dopaminérgica. La neuroinflamación mediada por microglía contribuye a la pérdida neuronal dopaminérgica en la EP, ya que la microglía activada está presente en la SNpc de los cerebros post mortem de los pacientes con EP y se cree que es perjudicial para las neuronas supervivientes. Además, los altos niveles circulantes de IFN-γ en la población que envejece pueden representar un riesgo de neuroinflamación relacionada con la EP, ya que se considera que las células microgliales están pre-activadas con IFN-γ, volviéndose susceptibles de activarse completamente y super-reactivas con un estímulo secundario como antígenos potenciales, como lipopolisacárido derivado del intestino (LPS). Es importante destacar que estudios previos de nuestro grupo demostraron que el IFN-γ es una citoquina crítica particularmente involucrada en la activación microglial que conduce a la fagocitosis de neuronas dopaminérgicas estresadas en modelos de EP en ratones y monos. Debido a que la activación microglial y la capacidad fagocítica subsiguiente dependen de los receptores Fc-gamma (FcγR) y este receptor se sobreexpresa en condiciones proinflamatorias. En esta tesis, proponemos una nueva estrategia terapéutica mediante el uso de anticuerpo neutralizante CD16 / 32 contra FcγR para reducir la reactividad microglial y la función fagocítica in vitro e in vivo en una 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) modelo de ratón experimental de la EP. Nuestros datos demuestran que el bloqueo del receptor fagocítico CD16 / 32 impidió la eliminación dopaminérgica in vitro y en la SNpc del modelo MPTP de PD. Es importante destacar que, dado que la fagocitosis mediada por CD16 / 32 está estrechamente regulada por Cdc42, la inhibición de este importante factor mecanístico downstream del FcγR, dio como resultado un efecto similar al bloqueo de CD16 / 32, evitando la eliminación dopaminérgica in vitro en y en el modelo MPTP de PD. Estos resultados sugieren que, debido a que la activación microglial es un factor importante en la neurodegeneración dopaminérgica mediada por inflamación, apuntar a su señalización con diferentes enfoques nos ayudará a comprender el papel de la respuesta neuroinflamatoria y, lo que es más importante, resaltará la importancia del componente inflamatorio para diseñar las terapias para la EP.

Parkinson’s disease (PD) is a neurological syndrome characterized by the loss of mesencephalic dopaminergic neurons located in the Substantia nigra pars compacta (SNpc). The etiology of the disease is still unknown, although several evidences point to neuroinflammatory processes as important contributors of dopaminergic elimination. Microglial-mediated neuroinflammation contributes to the dopaminergic neuronal loss in PD, since activated microglia is present in the SNpc of post-mortem brains of PD patients and it is thought to be harmful for the surviving neurons. In addition, high circulating levels of IFN-γ in aging population may represent a risk for PD-related neuroinflammation, since it is considered that microglial cells are primed with IFN-γ, becoming susceptible to be fully activated and overreactive with a secondary stimulus like potential antigens, such as gut-derived lipopolysaccharide (LPS). Importantly, previous studies of our group demonstrated that IFN-γ is a critical cytokine particularly involved in microglial activation which leads to phagocytosis of stressed dopaminergic neurons in PD models in mice and monkeys. Because microglial activation and subsequent phagocytic capacity depends of Fc-gamma receptors (FcγR) and this receptor is overexpressed in pro-inflammatory conditions. In this thesis, we propose a new therapeutic strategy by using CD16/32 neutralizing antibody against FcγR to reduce microglial reactivity and phagocytic function in vitro and in vivo in a 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) experimental mouse model of PD. Our data, demonstrate that blockade of CD16/32 phagocytic receptor prevented the dopaminergic elimination in vitro and in the SNpc of the MPTP model of PD. Importantly, since CD16/32-mediated phagocytosis is tightly regulated by Cdc42, the inhibition of this important mechanistic factor downstream the FcγR, resulted in a similar outcome as blocking CD16/32, preventing the dopaminergic elimination in vitro in and in the MPTP model of PD. These results suggest that, because microglial activation is an important factor in the inflammatory-mediated dopaminergic neurodegeneration, targeting their signaling with different approaches will help us to understand the role of the neuroinflammatory response and most importantly highlight the significance of the inflammatory component to design disease-modifying therapies for PD.