Regulación de la plasticidad astrocitaria por ibuprofeno y FGF2

Abstract

OBJETIVO GENERAL: Los astrocitos, el tipo celular más abundante en el sistema nervioso central (SNC) desempeñan un papel clave en la homeostasis, la neurotransmisión y, como tema central en esta tesis, en la neuroinflamación, es decir, el conjunto de reacciones del cerebro al trauma, las infecciones virales o bacterianas, o la neurodegeneración. El astrocito es extremadamente plástico, respondiendo a un amplio repertorio de estímulos fisiológicos o insultos patológicos con cambios morfológicos, migración, o cambios funcionales por modificación de su expresión génica. El objetivo de esta tesis ha sido estudiar la plasticidad astrocitaria en dos paradigmas distintos relacionados con la neuroinflamación. En el primer bloque hemos estudiado el efecto de un factor trófico de especial importancia en el SNC, el Factor Básico de Fibroblastos, o FGF2, en la expresión de genes inflamatorios astrocitarios. El FGF2 es un factor de crecimiento cuya expresión en el SNC adulto es muy alta, localizada principalmente en astrocitos, y que se regula a la alza en condiciones patológicas como el Alzheimer- alrededor de la placas de amiloide- o el ictus. Así como las propiedades tróficas del FGF2, y su papel en el desarrollo del cerebro, son ampliamente conocidos, su papel en la respuesta inflamatoria está pobremente caracterizado. En el segundo bloque hemos analizado la capacidad de fármacos anti-inflamatorios no esteroideos (AINES) como el ibuprofeno y derivados (R-flurbiprofeno y CHF5074) los cuales, según estudios epidemiológicos, reducen la aparición de la enfermedad de Alzheimer, de modular la dinámica del citoesqueleto de actina astrocitario. METODOS/MODELOS: Modelo de inflamación (LPS o scratch-wound en cultivos primarios de astrocitos. Estudio expresion moléculas: RTPCR, Western Blot, inmunocitoquímica, ELISAS, GLISAS. Manipulación mecanística: inhibidores farmacológicos, sobreexpresión de proteínas mutantes dominantes negativos o constitutivamente activos. RESULTADOS: En los cultivos primarios mostramos que FGF2 modula de una manera bifásica la respuesta inflamatoria inducida por LPS aumentando en estadíos iniciales la expresión de genes inflamatorios como el de la quimocina MCP1 y de COX2 e inhibe la expresión de ICAM1 en estadíos más avanzados. Esta regulación es dependiente de las vías de señalización de ERK, JNK y FAK a través de la activación del receptor FGFR2 pero independiente del factor de trasncripción NF-kB. Mostramos también que el tratamiento de astrocitos con ibuprofeno y derivados produce un rápido cambio morfológico caracterizado por una retracción del soma y emisión de procesos dependiente de la modulación de las proteínas Rho-GTPasas RhoA, Rac1 y cdc42 e independiente de las diana “clásica” de los antiinflamatorios las ciclooxigenasas (COX2). Este fenotipo resulta en una capacidad migratoria acelerada en el caso del ibuprofeno o inhibida en el caso del R-Flurbiprofeno y CHF5074. CONCLUSIONES: Los resultados expuestos en esta tesis demuestran el papel inmunomodulador del FGF2 en la respuesta inflamatoria astrocitaria. Especulamos que el carácter bifásico de la respuesta permite los efectos beneficiosos de la inflamación pero evitando su cronificación. Además mostramos que los profenos son capaces de promover la aparición de fenómenos plásticos en astrocitos a través de la modulación de nuevas dianas como las Rho-GTPasas, abriendo nuevas perspectivas en la terapia de enfermedades neurodegenerativas en las que los astrocitos estén implicados.

GENERAL GOAL: Astrocytes, the main celular type in the Central Nervous System, play important roles in the homeostasis , neurotransmission and also in neuroinflammation. Astrocyte is a plastic celular type, wich is able to respond to a variety of physiologic and pathologic stimuli with morphological, migrational changes and also adaptating its gene expression. The goal of this thesis has been to study the astrocytic plasticity in two different paradigms related to neuroinflammation. In the first part of this thesis we have studiedd the effect of FGF2, a groth factor wich enriched expression in astrocytes wich and is upregulated during inflammatory conditions. The role of FGF2 in neuroinflammation is not known. In the second part we have analyzed the hability of some non-steroidal-antiinflammatory drugs (NSAIDS), wich are known to reduce the incidence of Alzheimer Disease, like ibuprofen and R-Flurbiprofen, in modulating astrocyte cytoskeleton dynamics. MODEL/METHOD: Inflammation model (LPS-induced or scratch-wound induced neuroinflammation in primary rat astrocytes). RNA and protein detection: Real Time PCR, Western Blot, ELISA, G-LISA. Molecular manipulation by pharmacological inhibition or overexpression of protein mutants. RESULTS: FGF2 regulates inflammatory gene expression in primary astrocytes in a biphasic manner: it potentiates LPS-induced MCP1 and COX2 expression in the first hours of the inflammatory reaction, while it inhibits ICAM expression in the later phases. This effect is dependen ton ERK, JNK and FAK signalling pathways by means of the activation of the FGFR2 but independent on NF-kB transcription factor. We also show that treatment of astrocytes with ibuprofen and derivatives produces astrocyte stellation wich involves the modulation of Rho-GTPases RhoA, Rac1 and cdc42. This effect is not dependent on COX the classical target of NSAID. This stellate phenotype results in changes in the migratoy capacity of astrocytes. CONCLUSIONS: FGF2 is an inmunomodulatory molecule in the inflammatoy reaction of astrocytes. We speculate that it’s biphasic regulation of inflammatory gene expression enables the beneficial effects of inflammation inhibiting its cronification. In addition we have shown that profens promotes plastyc phenomenoms in astrocyte by regulating new targets, like Rho-GTPases, opening new perspectives in neurodegenerative disorders where astrocytes may play a role.