C/EBPß and C/EBPß in neuroinflammation

Abstract

La neuroinmunología estudia la relación entre el sistema inmune y el sistema nervioso. Sus orígenes se remontan a la última década del siglo diecinueve, pero sólo recientemente está en pleno auge. El continuo aumento de la incidencia de las enfermedades neurológicas, especialmente en los países de ingresos altos, ha resaltado la importancia de la clínica de la neuroinflamación. Señales endógenas y/o exógenas anormales pueden determinar el inicio del proceso neuroinflamatorio, el cual representa una respuesta fisiológica pleiotrópica del sistema inmune innato del sistema nervioso central (SNC) que puede ser seguida por la activación del sistema inmune periférico. Los astrocitos y en particular la microglía son las células efectoras del sistema inmune en el SNC. En las últimas décadas se han evidenciado varias funciones de la glía, como la regulación de la trasmisión sináptica o como reservorio celular de la neurogénesis en el cerebro adulto. Aun así, una de las principales funciones de la glía es la de mantener la homeostasis del parénquima del SNC, regulando el microambiente y tamponando eventuales cambios. Cuando la homeostasis del SNC está comprometida más allá de los niveles de tolerancia fisiológica, los astrocitos y la microglía experimentan profundos cambios para restablecer las condiciones necesarias para una óptima actividad neuronal. Este proceso es conocido como activación glial. Esta tesis doctoral se centra en la activación glial, la cual representa un aspecto fundamental de la neuroinflamación. La activación glial es un proceso complejo y altamente relacionado con varios aspectos del sistema inmunológico del SNC y para una mejor comprensión del mismo se introducirán los aspectos fundamentales que lo componen. La activación glial es un cambio importante en la fisiología de la glía, representando profundos cambios del transcriptosoma y de su regulación fina. Hasta ahora han sido descritos diferentes factores de transcripción como reguladores de la transcripción génica durante la activación glial pro- y anti-inflamatoria. Esta tesis estudia la activación glial pro-inflamatoria y en particular el papel de dos miembros de la familia de factores de transcripción de las CCAAT Enhancer Binding Proteins (C/EBPs), los factores C/EBPβ y C/EBPδ. A través de análisis bioinformáticos, bioquímicos y de biología celular, se han caracterizado los promotores de genes dianas de C/EBPβ y C/EBPδ durante la activación glial in vitro. El uso de ratones deficientes en C/EBPβ o C/EBPδ para cultivos primarios de glía mixta y para un modelo de inflamación in vivo han permitido demonstrar la importancia fundamental de estos dos factores en la activación glial. El presente trabajo demuestra claramente cómo C/EBPβ y C/EBPδ interaccionan con los promotores de algunos de los principales genes pro-inflamatorios y cómo la ausencia de uno de los dos determina una reducción de la expresión de los mRNA y de las proteínas de los genes diana. Además, se demuestra que C/EBPβ y C/EBPδ regulan la neurotoxicidad de la microglía in vitro. Finalmente se demuestra que los mismos factores pueden regular la expresión de genes pro-inflamatorios en un modelo in vivo de neuroinflamación. Esta tesis determina el importante papel de los factores de transcripción C/EBPβ y C/EBPδ en la activación glial, evidenciándolos como posibles dianas farmacológicas en el tratamiento terapéutico de la neuroinflamación para prevenir los efectos perjudiciales de la activación glial.

Neuroimmunology studies the relationship between immune and nervous system. It originated in the last decade of the 19th century with Santiago Ramón y Cajal work, but only recently it has exploded as an active research topic. The increase incidence of neurological disorders, especially in high-income countries, has pointed out one of the main clinical aspects of neuroimmunology, the neuroinflammation. Abnormal endogenous and/or exogenous signals can cause neuroinflammation which represents a pleiotropic physiological response initiated by the central nervous system (CNS) innate immunity arm and sometimes mediated by the adaptive peripheral arm. Astrocytes and especially microglia are the immune cell effectors in the CNS. In the last decades many functions of glial cells have been shown, such as adult neurogenesis reservoir or constitutive players in neuronal synaptic transmission. However, one of the main glial roles is to maintain the homeostasis in the adult nervous system by supporting neuronal activity, regulating the microenvironment and buffering any disturbances. When CNS homeostasis is compromised over a physiological threshold, astrocytes and microglia undergo enormous phenotypical changes when attempting to reestablish the original environmental state. This process is known as glial activation. This thesis focuses on glial activation. Since glial activation is highly interconnected with several aspects of immune physiology of CNS, many features of nervous-immune system will be briefly introduced. Glial activation causes a marked change in glial cell physiology, resulting in a profound reorganization of transcriptional machinery and its fine regulation. So far, several transcription factors have been described to control glial activation during pro- and anti-inflammatory response. This thesis focus on the transcriptional regulation of pro-inflammatory glial activation and particularly the role of two members of Ccaat Enhancer Binding Protein family (C/EBPs), the transcription factors C/EBPβ and C/EBPδ. Through bioinformatic, biochemical and cell biology analyses we have characterized transcriptional targets of C/EBPβ and C/EBPδ during glial activation in vitro. In vitro mixed glial cultures and in vivo models of C/EBPs deficient mice have been used to demonstrate the key role of C/EBPβ and C/EBPβ in glial activation, especially in activated microglia. This thesis clearly demonstrates that C/EBPβ and C/EBPδ interact with key pro-inflammatory gene promoters and their absence reduces mRNA and protein levels of target genes in glial activation. In addition, it is shown that C/EBPβ and C/EBPδ control the neurotoxic potential of microglia in vitro. Gene expression analysis of systemically LPS-treated knockout mice has also shown an in vivo C/EBPs transcriptional role in brain cortex neuroinflammation. This work demonstrates for the first time the important role triggered by C/EBPβ and C/EBPδ in glial activation, highlighting these transcription factors as potential therapeutic targets to reduce the detrimental consequences of neuroinflammation.