Study of the crosstalk between microglia and oligodendrocyte-related cells in central nervous system myelination through interactomics

Abstract

Els trastorns desmielinitzants com l’esclerosi múltiple (EM) es caracteritzen per la destrucció de la mielina i el deteriorament de la remielinització a causa de fallades en la diferenciació de les cèl·lules progenitores d’oligodendròcits (OPCs) a oligodendrocits madurs. Aquesta tesi té com a objectiu ampliar el coneixement sobre la comunicació microglia-OPCs en (re)mielinització i desmielinització. Diversos estudis donen suport a que la microglia és necessària per a la diferenciació de les OPCs, a més, estudis interactòmics previs del nostre laboratori van trobar que el Receptor de Potencial Transitori Vanilloide 2 (TRPV2), que s’expressa al sistema nerviós central (SNC), les OPCs i les cèl·lules glials, interactua amb proteïnes clau de la mielina, cosa que suggereix una possible funció de TRPV2 en la mielinització. En primer lloc, en un estudi centrat en una sola proteïna, recopilem informació sobre el trànsit de TRPV2 a la membrana com una eina per comprendre la funció i la regulació del canal cap a la membrana plasmàtica, seguit de la validació de la interacció de TRPV2 amb proteïnes clau de la mielina. Després, analitzem l’efecte sobre l’expressió de TRPV2 d’entorns proinflamatoris i antiinflamatoris, però també en models de ratolins experimentals com ara ratolins mutants jimpy, cuprizona, encefalomielitis autoimmune experimental (EAE) i en mostres d’EM humana. Aquests resultats van observar que l’expressió de TRPV2 està alterada en aquests models animals i mostres humanes d’EM, i també que el trànsit i l’activació posterior es troben en microglia i OPCs en entorns proinflamatoris. En segon lloc, realitzem una anàlisi de dades transcriptòmiques d’estudis de microarrays realitzats en ratolins tractats amb cuprizona per inferir els parells lligant-receptor i lligant-diana respecte a la comunicació microglia-OPCs. Aquesta darrera part del treball ens porta al descobriment de nous biomarcadors de microglia/OPC amb rellevància en la fisiopatologia de la desmielinització/remielinització, i també proporciona una eina òmica que es podria fer servir per analitzar la comunicació de qualsevol parell de cèl·lules, amb dades transcriptòmiques disponibles.

Los trastornos desmielinizantes como la esclerosis múltiple (EM) se caracterizan por la destrucción de la mielina y el deterioro de la remielinización debido a fallos en la diferenciación de las células progenitoras de oligodendrocitos (OPCs) a oligodendrocitos maduros. Esta tesis tiene como objetivo ampliar el conocimiento sobre la comunicación microglia-OPCs en (re)mielinización y desmielinización. Varios estudios respaldan que la microglía es necesaria para la diferenciación de las OPC, además, estudios interactómicos previos de nuestro laboratorio encontraron que el Receptor de Potencial Transitorio Vanilloide 2 (TRPV2), que se expresa en el sistema nervioso central (SNC), las OPC y las células gliales, interactúa con proteínas clave de la mielina, lo que sugiere una posible función de TRPV2 en la mielinización. En primer lugar, en un estudio centrado en una sola proteína, recopilamos información sobre el tráfico de TRPV2 a la membrana como una herramienta para comprender la función y la regulación del canal hacia la membrana plasmática, seguido de la validación de la interacción de TRPV2 con proteínas clave de la mielina. Luego, analizamos el efecto sobre la expresión de TRPV2 de entornos proinflamatorios y antiinflamatorios, pero también en modelos de ratones experimentales como ratones mutantes jimpy, cuprizona, encefalomielitis autoinmune experimental (EAE) y en muestras de EM humana. Estos resultados observaron que la expresión de TRPV2 está alterada en estos modelos animales y muestras humanas de EM, y también que el tráfico y la activación posterior se encuentran en microglía y OPCs en entornos proinflamatorios. En segundo lugar, realizamos un análisis de datos transcriptómicos de estudios de microarrays realizados en ratones tratados con cuprizona para inferir los pares ligando-receptor y ligando-diana con respecto a la comunicación microglía-OPCs. Esta última parte del trabajo nos lleva al descubrimiento de nuevos biomarcadores de microglía/OPC con relevancia en la fisiopatología de la desmielinización/remielinización, y también proporciona una herramienta ómica que podría usarse para analizar la comunicación de cualquier par de células, con datos transcriptómicos disponibles.

Demyelinating disorders such as multiple sclerosis (MS) are characterized by myelin destruction and impaired remyelination due to a failure in oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) differentiation to mature oligodendrocytes. This thesis aims to expand the knowledge about the microglia-OPCs crosstalk in (re)myelination and demyelination. Several studies support that microglia is necessary for OPCs differentiation, besides, previous interactomic studies from our lab studies found that Transient Receptor Potential Vanilloid 2 (TRPV2), which is expressed in the central nervous system (CNS), OPCs and glial cells, interact with key myelin proteins, suggesting a possible function of TRPV2 in myelination. First, in a single-protein-focused study, we have compiled information about TRPV2 trafficking to the membrane as a tool to understand the function and regulation of the channel towards the plasma membrane, followed by the validation of TRPV2 interaction with the important key myelin proteins. Then, we analyzed the effect on TRPV2 expression of pro- and anti-inflammatory environments, but also in experimental mice models such as jimpy mutant mice, cuprizone, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), and in human MS samples. These results observed that TRPV2 expression is altered in these animal models and MS human samples, and also that trafficking and subsequent activation is found in microglia and OPCs in pro-inflammatory environments. Second, we performed a transcriptomic data analysis of microarray studies performed in cuprizone-treated mice to infer the ligand-receptor and the ligand-target pairs regarding microglia-OPCs crosstalk. This last part of the work led us to the discovery of new microglia/OPCs biomarkers with relevant in the pathophysiology of de-/re-myelination, also providing an omics tool which could be used to analyze the cross-talk of any pair of cell types with transcriptomic data available.