Regulación neurotrófica de la supervivencia neuronal durante el desarrollo embriológico: caracterización de mecanismos de transducción implicados

Abstract

Els teixits d'inervació tenen una funció esencial a la regulació de les poblacions neuronals definitives mitjançant el control del fenòmen de la mort neuronal fisiològica, basat en el subministrament limitat de neurotrofines (NT's) a les neurones embrionàries. Al cas de les motoneurones (MTN's) de la medul.la espinal, encara no s'ha establert amb precissió la identitat de les molècules neurotròfiques derivades del múscul que governen aquest procès. La primera part d'aquest estudi parteix del desenvolupament d'un model de cultiu de MTN's espinals d'embrió de pollastre. La tècnica utilitzada -de sedimentació sobre un gradient de densitat- permet obtenir una població pura de MTN's embrionàries d'acord amb criteris morfològics, bioquímics i immunocitoquímics. S'ha usat aquest sistema in vitro per la caracterització del procès de mort fisiològica de les MTN's com apoptòtic, i l'estudi de la dependència de les MTN's per a la seva supervivència de les activitats tròfiques presents al teixit muscular esquelètic. Així mateix, s'han analitzat alguns dels mecanismes implicats a la mort de les MTN's per deprivació neurotròfica, rebent especial atenció la participació del metabolisme de les pirimidines al control de la supervivència de les MTN's embrionàries. Durant el desenvolupament embriològic, les MTN's espinals modifiquen els seus requeriments tròfics. A les etapes tardanes del periode de mort fisiològica, aquestes neurones adquireixen la capacitat de respondre a les NT's BDNF, NT-3 i NT-4/5. En aquest estudi, s'ha correlacionat aquesta resposta amb el patró d'expressió dels receptors TrkB i TrkC a la superfície de les MTN's espinals. La seva activació pels factors corresponents comporta la fosforilació i, presumiblement, l'activació de les kinases citosòliques MAPK's. D'altra banda, emprant com a model el receptor TrkA present a la superfície de les neurones simpàtiques del gangli cervical superior de l'embrió de rata i de les cèl.lules PC12, s'ha comprovat com l'autofosforilació dels receptores Trk és necessària per les respostes de supervivència i diferenciació neuronal induïdes per les NT's, encara que d'una manera diferent. L'activitat bioelèctrica també sembla participar a la regulació de la supervivència neuronal embrionària. La despolarització crònica de la membrana cel.lular amb concentracions elevades de K + estimula la supervivència de les MTN's espinals embrionàries mitjançant l'increment de la [Ca 2+ ]i en relació amb l'activació de canals de Ca 2+ dependents de voltatge de tipus L. Així mateix, comporta l'activació de la via de transducció p21ras-MAPK, independentment de l'estimulació dels receptors Trk presents a la superfície de les MTN's.

Los tejidos de inervación tienen una función esencial en la regulación de las poblaciones neuronales definitivas a través del control del fenómeno de la muerte neuronal fisiológica, basado en un suministro limitado de neurotrofinas (NT's) a las neuronas embrionarias. En el caso de las motoneuronas (MTN's) de la médula espinal, aún no se ha establecido con precisión la identidad de las moléculas neurotróficas derivadas del músculo que gobiernan dicho proceso. La primera fase de este estudio parte del desarrollo de un modelo de cultivo de MTN's espinales de embrión de pollo. La técnica usada -de sedimentación sobre un gradiente de densidad- permite obtener una población pura de MTN's embrionarias según criterios morfológicos, bioquímicos e inmunocitoquímicos. Este sistema in vitro ha sido utilizado para caracterizar el proceso de muerte fisiológica de las MTN's como apoptótico, y estudiar la dependencia de las MTN's para su supervivencia de las actividades tróficas presentes en el tejido muscular esquelético. Asimismo, se han analizado algunos mecanismos implicados en la muerte de las MTN's por deprivación neurotrófica, mereciendo especial atención la participación del metabolismo de las pirimidinas en el control de la supervivencia de las MTN's embrionarias. Durante el desarrollo embrionario, las MTN's espinales modifican sus requerimientos tróficos. En las etapas tardías del período de muerte fisiológica, estas neuronas adquieren la capacidad de responder a las NT's BDNF, NT-3 y NT-4/5. En este estudio, se ha correlacionado dicha respuesta con el patrón de expresión de los receptores TrkB y TrkC en la superficie de las MTN's espinales. Su activación por los correspondientes ligandos comporta la fosforilación y, presumiblemente, activación de las kinasas citosólicas MAPK's. Por otra parte, tomando como modelo el receptor TrkA presente en la superficie de las neuronas simpáticas del ganglio cervical superior del embrión de rata y de las células PC12, se ha comprobado cómo la autofosforilación de los receptores Trk es necesaria para las respuestas de supervivencia y diferenciación neuronal inducidas por las NT's, aunque de forma diferente. La actividad bioeléctrica también parece participar en la regulación de la supervivencia neuronal embrionaria. La despolarización crónica de la membrana celular con elevadas concentraciones de K + estimula la supervivencia de las MTN's espinales embrionarias a través del incremento de la [Ca 2+ ]i en relación con la activación de canales de Ca 2+ dependientes de voltaje tipo L. Asimismo, comporta la activación de la vía de transducción p21ras-MAPK, independientemente de la estimulación de los receptores Trk presentes en la superficie de las MTN's.

Neuronal targets of innervation are major determinants in the regulation of the final neuronal populations by controlling naturally-occurring cell death. Such phenomenon is based upon the limited supply of neurotrophins (NT's) to embryonic neurons. The identity of muscle-derived neurotrophic molecules involved in the control of naturally-occurring cell death of motoneurons (MTN's), has not yet been established. First, a culture system for chick embryo spinal MTN's was developed. The methodology employed -a density-gradient sedimentation technique- yields a pure population of embryonic MTN's according to morphological, biochemical, and immunocytochemical criteria. This in vitro system was then used to characterize naturally-occurring death of MTN's as apoptotic, and to study the dependence of MTN's for survival on the trophic activities derived from skeletal muscle tissue. Moreover, some of the mechanisms mediating MTN death upon trophic deprivation were analyzed. The relevance of pyrimidine metabolism to this type of neuronal death merited special attention. Spinal MTN's switch their trophic requirements throughout embryonic development. Late during naturally-occurring death, these neurons become responsive to the NT's BDNF, NT-3, and NT-4/5. In this study, this property was correlated with the presence on the surface of spinal MTN's of receptors TrkB and TrkC. Their activation by the corresponding neurotrophic factors was shown to cause the phosphorylation and, presumably, activation of cytosolic MAPK's in cultured spinal MTN's. Furthermore, by using TrkA receptors present on the membrane surface of sympathetic superior cervical ganglion neurons and PC12 cells as an experimental model, autophosphorylation of Trk receptors was demonstrated to be necessary for both survival and differentiation induced by NT's, although in not in the same manner. Bioelectric activity also seems to participate in the regulation of neuronal survival during embryonic development. Chronic cell membrane depolarization with high concentrations of K + was found to stimulate survival of embryonic spinal MTN's. This effect was mediated by a rise in [Ca 2+ ]i related to the activation of type-L voltage-gated Ca 2+ channels. Moreover, membrane depolarization caused the activation of the p21ras-MAPK signal transduction pathway, which occurred independently of the stimulation of Trk receptors present on the surface of cultured MTN's.