Efectos del envejecimiento en la maduración e integración funcional de células granulares nacidas en el hipocampo adulto

Authors
Trinchero, Mariela Fernanda
Publication Year
2015
Language
Spanish
Format
doctoral thesis
Status
Published version
Director/a de tesis
Schinder, Alejandro F.
Description
Existen dos zonas neurogénicas en el cerebro adulto. Una es la zona subventricular que da origen a interneuronas del bulbo olfatorio y otra es la zona subgranular del giro dentado del hipocampo que genera células granulares (CGs). Las CGs nacidas en animales jóvenes se desarrollan y maduran por varias semanas, durante las cuales establecen conexiones funcionales aferentes y eferentes, adquiriendo la capacidad de procesar información. Para estudiar de qué manera este proceso es alterado por la edad se marcaron células progenitoras neurales (CPNs) de ratones de distintas edades con la proteína fluorescente verde y se analizó su morfología a distintos tiempos post-inyección, obteniéndose así las curvas de maduración para neuronas nacidas en en distintos momentos. A partir de este análisis se pudo observar que a medida que avanza la edad, la tasa de maduración se ralentiza, notándose un mayor efecto en las primeras semanas del desarrollo de estas neuronas. A medida que el ratón envejece presenta niveles decrecientes de actividad basal del giro dentado que correlaciona con un desarrollo neuronal más lento. A pesar de dicho retraso, experimentos de electrofisiología demostraron que estas neuronas son capaces de integrar un estímulo excitatorio y disparar potenciales de acción de modo comparable a la de neuronas nacidas en el animal adulto joven. Para comprender las bases del efecto del envejecimiento en el desarrollo neuronal se plantearon diversas manipulaciones experimentales para modular su tasa de maduración. En primer lugar se sometió a los ratones envejecidos a ejercicio voluntario y se observó que este tratamiento aceleró la maduración neuronal en animales envejecidos, con efectos más dramáticos en animales más viejos. Los niveles del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) se encuentran disminuidos en hipocampos de animales envejecidos, y los hipocampos de ratones corredores presentan mayores niveles de BDNF comparados con los sedentarios, indicando un posible efecto de este factor neurotrófico en el desarrollo neuronal de ratones envejecidos que realizan ejercicio físico. Para determinar si un efecto de aceleración de la maduración puede estar relacionado con la propia actividad eléctrica de las neuronas en desarrollo, se utilizó la transducción retroviral de receptores sintéticos acoplados a proteína G para activarlas en forma intrínseca. Esta manipulación también revirtió el efecto provocado por el envejecimiento. Para investigar el rol del BDNF en el desarrollo neuronal de animales envejecidos se utilizó la técnica de ARN de interferencia (short hairpin ARN) para Lrig1, un modulador negativo de la vía de BDNF. Se observó un aumento en el efecto dendritogénico en las CGs que sobreexpresan el shLrig1 en animales envejecidos. Esto sugiere un rol clave de la vía del BDNF en el desarrollo neuronal. Estos resultados demuestran que tanto la actividad del nicho neurogénico como la propia actividad de la célula cumplen un rol crucial en la tasa de maduración de las CGs. Palabras claves: Envejecimiento, neurogénesis adulta, desarrollo neuronal, plasticidad neuronal, ejercicio voluntario, actividad neuronal, BDNF.
Neurogenesis exists in two restricted zones in the adult brain: the subventricular zone that gives rise to interneurons in the olfactory bulb, and the subgranular zone of the dentate gyrus that generates granule cells (GCs). In the young adult brain, new GCs develop for several weeks. As they mature they establish functional afferent and efferent connections thus becoming able to process information. To study how aging affects this process, neural progenitor cells (NPCs) were labeled mice at different ages from young adult to middle age using retroviral expression of the green fluorescent protein (GFP), and their morphology was analyzed at different times post-injection. We observed that maturation rate decreases as mice get older. During the first weeks of neuronal development there is a striking delay in the maturation of GCs born in aging mice compared to young ones. Moreover, older mice present lower levels of basal activity in the dentate gyrus that correlate with a slower development of newborn GCs. Despite the observed delay in neuronal maturation in aging mice, electrophysiological recordings showed that 6-weekold neurons are able to integrate an excitatory stimulus and fire action potentials. To better understand the effect of aging in neuronal development we used different approaches to modulate neuronal maturation in the aged hippocampus. First, voluntary exercise in the running wheel accelerated the rate of maturation in aging mice, with more dramatic effects in older animals. Brain-derived-neurotrophic factor (BDNF) levels in the hippocampus also decay as mice get older. However, the hippocampus of running mice presents higher levels of BDNF compared to sedentary mice. These results suggest a connection between BDNF levels and the effects of the running wheel. To determine whether an acceleration of maturation is related to an increase in intrinsic electrical activity of developing neurons, NPCs were transduced with a retrovirus expressing G-coupled synthetic receptors to activate neurons. Chronic neuronal activation also prevented the effects of aging on the newborn GCs. In order to study the participation of BDNF in neuronal development in aging mice, shRNA was used against Lrig1, a negative regulator of BDNF. An increase in dendritogenesis was observed in GCs overexpressing shLrig1 in aging mice. This finding suggests a key role of BDNF signaling in the development of GCs born in aging mice. These results show that both the state of the neurogenic niche and the intrinsic activity of the cells have a crucial role in the rate of maturation of GCs. Key Words: Aging, adult neurogenesis, neuronal development, neuronal plasticity, running, neuronal activity, BDNF.
Fil:Trinchero, Mariela Fernanda. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Subject
ENVEJECIMIENTO
NEUROGENESIS ADULTA
DESARROLLO NEURONAL
PLASTICIDAD NEURONAL
EJERCICIO VOLUNTARIO
ACTIVIDAD NEURONAL
BDNF
AGING
ADULT NEUROGENESIS
NEURONAL DEVELOPMENT
NEURONAL PLASTICITY
RUNNING
NEURONAL ACTIVITY
BDNF
Access level
Open access
License
http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar
Repository
Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Institution
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
OAI Identifier
tesis:tesis_n5819_Trinchero