Neuronal Structural plasticity of the rodent telencephalonRole of PSA-NCAM and modulation by the antidepressant Fluoxetine

Resumen

Recientes hipótesis sugieren que alteraciones en la plasticidad estructural neuronal están implicadas en ciertos desórdenes psiquiátricos como la esquizofrenia y la depresión. En este sentido, se ha demostrado la presencia de remodelado dendrítico y de espinas en modelos animales de ansiedad y depresión, asi como en pacientes humanos de estos desórdenes. Este remodelado neuronal en el adulto puede estar mediado por cambios en la expresion de moléculas relacionadas con la dinámica del citoesqueleto y la adhesion celular, y por lo tanto puede estar afectada por modificaciones post-traduccionales de estas proteínas, como sugieren recientes estudios. Una de las modificaciones mas interesantes es la adición de ácido polisiálico (PSA) a la molécula de adhesión celular neural (NCAM). A pesar de que la molécula PSA-NCAM ha sido clasificada tradicionalmente como un marcador de neuronas inmaduras, por su alta expresión durante el desarrollo y en áreas neurogénicas durante la etapa adulta, también se expresa en una subpoblación de interneuronas maduras. Debido a sus propiedades hidrofílicas la molécula de PSA puede hidratarse creando un impedimento estérico que disminuye la adhesion celular, permitiendo el remodelado neuronal estructural. Los principales objetivos de esta tesis son estudiar la influencia de la expresión de PSA-NCAM en la plasticidad estructural neuronal y evaluar los efectos del antidepresivo fluoxetina en la expresión de PSA-NCAM y otros aspectos de la plasticidad estructural neuronal en el cerebro de roedores. De estos objetivos generales se derivan los siguientes objetivos específicos: 1. Estudiar la distribución y analizar el fenotipo neuroquímico, estructura y ultraestructura de interneuronas que expresan PSA-NCAM, comparándolas con otras interneuronas. 2. Estudiar la plasticidad basal de redes inhibitorias, analizando la expresión, dinámica y distribución de gefirina, una proteína específica de sinapsis inhibitorias. 3. Analizar la ultraestructura de células que expresan PSA-NCAM en la capa II de paleocorteza. 4. Evaluar el impacto divergente de las polisialiltransferasas ST8SiaII y ST8SiaIV en la polisialización de NCAM. 5. Analizar los efectos de la depleción de PSA de la NCAM usando el enzima Endo-Nacetilneuraminidasa (EndoN) en la densidad de espinas dendriticas de interneuronas in vivo y la tasa de recambio de esas espinas in vitro. 6. Analizar los efectos del antidepresivo fluoxetina en diferentes parámetros de la plasticidad estructural neuronal en la corteza somatosensorial de ratas jóvenes-adultas, en diversas regiones de ratas de mediana edad y en el hipocampo y corteza prefrontal medial de ratones transgénicos jóvenes-adultos que muestras interneuronas fluorescentes. Para la consecución de estos objetivos se aplicaron diferentes metodologías como técnicas básicas de histología, inmunohistoquímica, microscopía óptica, electrónica y confocal, inyecciones intracerebrales, tratamientos antidepresivos o cultivos organotípicos. De esta forma se llegó a las siguientes conclusiones: 1. Las células que expresan PSA-NCAM con características morfológicas de interneuronas están ampliamente distribuídas en todo el telencéfalo dorsal de ratas y ratones adultos. 2. El análisis de los mutantes nulos para NCAM reveló que NCAM es la única proteína polisializada en interneuronas de la corteza cerebral. 3. En la capa II de paleocorteza de rata, las células enmarañadas que expresan PSA-NCAM muestran características ultraestructurales de neuronas inmaduras. 4. Neuronas no granulares que expresan PSA-NCAM en el hipocampo de ratón adulto expresan marcadores de interneuronas y esta expresión persiste en ratones transgénicos condicionales de NCAM, los cuales no expresan ni NCAM ni por lo tanto PSA en neuronas excitadoras. 5. En el cerebro adulto de ratón, una subpoblación de interneuronas, expresando principalmente somatostatina y parvalbúmina, portan espinas en sus dendritas y estas espinas reciben en una proporción similar inputs excitatorios e inhibitorios. 6. En el cerebro de ratón adulto, interneuronas que expresan PSA-NCAM tienen una arborización dendritica y densidad de espinas dendríticas menor que otras interneuronas que no poseen esta molécula. 7. Interneuronas que expresan PSA-NCAM reciben menos contactos sinápticos perisomáticos que otras interneuronas que no poseen esta molécula en la corteza medial prefrontal y en el hipocampo del cerebro adulto de ratas. 8. Gefirina es una molécula dinámica que se expresa en todas las partes de neuronas piramidales de la region CA1 del hipocampo, con una expresion mayor en partes asociadas con la neurotransmisión postsináptica inhibitoria, tales como el soma o el axon. 9. ST8SiaII es la principal enzima responsable de la polisialización de neuronas inmaduras y ST8SiaIV de la polisialización de interneuronas maduras en el cerebro adulto. 10. La ausencia de cada una de las polisialiltransferasas influye en el número, localización y estructura de neuronas inmaduras en el cerebro adulto, pero no la expresión de la enzima del ácido glutámico descarboxilasa o de sinaptofisina. 11. La eliminación de PSA in vivo produce un cambio dependiente de tiempo en la estructura de interneuronas en el hipocampo de ratones. 12. La eliminación de PSA in vitro produce un aumento en la tasa de aparición de las espinas de interneuronas. 13. El antidepresivo fluoxetina promueve la activación de la corteza somatosensorial en ratas jóvenes-adultas y un aumento de la densidad de espinas dendríticas en neuronas piramidales en las capas III y V de esa misma región, pero no produce cambios en la expresión de la enzima del ácido glutámico descarboxilasa o del transportador vesicular de glutamato tipo 1.14. Fluoxetina induce un aumento en el volumen del hipocampo del cerebro de ratas de mediana edad, así como un aumento en la expresión de moléculas relacionadas con la plasticidad, tales como PSA-NCAM, la enzima del ácido glutámico descarboxilasa, y sinaptofisina en el hipocampo y la amígdala. 15. Fluoxetina promueve un aumento en la densidad de espinas dendríticas de interneuronas en la corteza prefrontal medial de ratones, mientras que en el hipocampo produce un aumento en la expresión de moléculas relacionadas con la plasticidad y un aumento en la densidad de puncta que expresan la enzima del ácido glutámico descarboxilasa en la region perisomática de interneuronas.