Fosfodiesterasas del AMPc y del GMPc en el cerebro: Expresión en procesos neuroinflamatorios y neurodegenerativos

Abstract

Los nucleótidos cíclicos, AMPc y GMPc, están considerados segundos mensajeros que participan en la transducción de las vías de señalización intracelular, contribuyendo de esta manera en una gran variedad de procesos celulares. Los niveles del AMPc están regulados por la adenilato ciclasa y los del GMPc por la guanilato ciclasa a nivel de su síntesis, y para ambos por las fosfodiesterasas, a nivel de su degradación. <br/>Entre la gran variedad de procesos fisiológicos en los que están involucrados, se ha demostrado su participación en reacciones inflamatorias. Niveles elevados de ambos nucleótidos cíclicos desencadenan respuestas antiiflamatorias y/o neuroprotectoras, por lo tanto, es de esperar que la regulación de los enzimas involucrados en su degradación, las fosfodiesterasas, influya indirectamente en estos procesos.<br/>En este trabajo determinamos la expresión de los ARNm de fosfodiesterasas específicas de AMPc, como las variantes de splicing de la PDE4B y el isoenzima de la PDE7, la PDE7B, en cerebros controles de ratas para posteriormente determinar su regulación en cerebros de modelos animales con componente inflamatorio (LPS y EAE). Por otro lado estudiamos la expresíón de los ARNm de la PDE2 y de la PDE9, fosfodiesterasas que son capaces de hidolizar el GMPc, en cerebros postmortem de humanos control, y comparamos su expresión con cerebros de pacientes con enfermedad de Alzheimer.<br/>La distribución de los ARNm de las cuatro variantes de splicing de la PDE4B en el cerebro de la rata presenta estructuras en común, como el núcleo anterior olfatorio, o la corteza piriforme. Sin embargo existen regiones en las que no encontramos todas isoformas como en el área postrema, donde no se expresa la PDE4B4, en diversos tractos de materia blanca, que hibrida intensamente con el oligonucleótido para la PDE4B3 y no presenta señal para la PDE4B1, o en el giro dentado del hipocampo, donde sólo se expresa la PDE4B2. Su estudio en los modelos animales utilizados reveló un aumento exclusivo de la PDE4B2 a las 2 y 3 h después de la administración de la toxina en los plexos coroideos en el modelo animal de inflamación por LPS, y en áreas perivasculares de cerebro en el modelo animal de EAE. La expresión de esta variante de splicing en este último modelo se localizó en algunos linfocitos T y macrófagos/microglía.<br/>El ARNm de la PDE7B se localiza a lo largo de todo el cerebro de la rata, siendo más abundante en regiones cerebrales anteriores, especialmente en el tubérculo olfativo, los núcleo caudado-putamen, el giro dentado del hipocampo, algunos núcleos talámicos y las células de Purkinje del cerebelo. En estas áreas se expresa preferentemente en neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas, pero no en colinérgicas. La expresión de los dos isoenzimas de la PDE7, la PDE7A y PDE7B, no presenta cambios en la expresión en áreas perivasculares del cerebro de los animales EAE.<br/>Los ARNm de la PDE2 y de la PDE9 en el cerebro humano se localiza en áreas como la corteza cerebral, la formación hipocampal, el claustrum y los núcleos caudado y putamen. Sin embargo en el cerebelo encontramos expresión de la PDE9, pero no de la PDE2, en las células de Purkinje, en la capa granular del cerebelo y en el núcleo dentado. La comparación de su expresión entre cerebros postmortem control y cerebros diagnosticados con la enfermedad de Alzheimer en las regiones estudiadas (corteza frontal, cerebelo y diferentes regiones del área hipocampal) no mostró diferencias estadísticamente significativas.

<I>"cAMP and cGMP fosfodiesterases in brain: Expression in neuroinflammatory and neurodegenerative processes"<br/><br/> <br/>cAMP and cGMP are second messengers involved in intracellular signalling pathways, contributing in a variety of cellular processes. Their synthesis is regulated by adenilyl-cyclase and guanilyl-cyclase, and their degradation by phosphodiesterases. <br/>High levels of both nucleotides develop antiinfammatory and/or neuroprotective actions, so that, we would expect that the regulation of the enzymes involved in their degradation, phosphodiesterases, will act indirectly in those processes.<br/>In this work we determined cAMP specific phosphodiesterase mRNA expression, PDE4B splicing variants and PDE7B isozyme, first, in control rat brain, and then in neuroinflammatory animal model brains (LPS and EAE) in order to determine their regulation. We also studied PDE2 and PDE9 mRNA expression, phosphodiesterases hydrolyzing cGMP, in post-mortem control human brains comparing with Alzheimer disease patient brains.<br/>PDE4B splicing variant mRNA distribution in rat brain presents common structures: anterior olfactory nucleus or piriform cortex. However, some regions do not express all PDE4B isoforms. PDE4B4 is not expressed in area postrema; some white fibre tracts do not hybridize for PDE4B1 mRNA, or hippocampal dentate gyrus expresses exclusively PDE4B2 mRNA. Their expression in our animal models showed an exclusive increase for PDE4B2 mRNA levels in choroid plexus after toxin administration in the LPS inflammatory model, and in brain perivascular areas in the EAE animal model, where we found this splicing variant expression in some T cells and some macrophages/microglia.<br/>PDE7B mRNA is localized along de whole rat brain, abundantly in anterior brain regions: olfactory tubercle, caudate-putamen nucleus, dentate gyrus of the hipocampus, some thalamic nucleus and Purkinje cells. This isoenzyme is preferently expressed in glutamatergic and GABAergic neurons, but not in cholinergic cells. PDE7 isoenzymes expression does not change in perivascular regions of the EAE animal brains.<br/>PDE2 and PDE9 mRNA are localized in human brain regions: cerebral cortex, hipocampal formation, claustrum and caudate and putamen nuclei. However, we find PDE9 mRNA expression, but no PDE2 mRNA expression, in Purkinje cells, in granule cerebellar layer and in dentate nucleus of the cerebellum. When comparing their expression between post-mortem control and Alzheimer disease brains in studied regions we do not find statistically significant differences. </I>