Regulación negativa de las señales inducidas por los factores neurotróficos y sus receptores en neuronas en desarrollo

• Autores: Alsina, Fernando Cruz
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Paratcha, Gustavo
• Materia: RTK; FACTORES NEUROTROFICOS; LRIG; SPROUTY4; NGF; BDNF; GDNF; RET; TRKA; HIPOCAMPO; GANGLIOS DE LA RAIZ DORSAL (DRG); TRKB; RTK; NEUROTROPHIC FACTORS; LRIG; SPROUTY4; NGF; BDNF; RET; TRKA; TRKB; HIPPOCAMPUS; DORSAL ROOT GANGLIA (DRG); GDNF
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los factores neurotróficos son proteínas solubles principalmente conocidas por suparticipación en el mantenimiento, sobrevida, diferenciación y maduración sináptica dediferentes subpoblaciones neuronales. Distintas familias de factores neurotróficos hansido identificadas en el sistema nervioso de mamíferos, entre las que se destacan elgrupo de las neurotrofinas (NGF, BDNF, NT3, NT4) y la familia del factor neurotróficoderivado de la glia (GDNF, NRTN, ARTN, PSPN). Las señales inducidas por estosligandos involucran la activación de receptores conteniendo una actividad tirosina kinasaintrínseca, un evento de señalización clave para controlar la fisiología celular y orquestarel desarrollo del sistema nervioso. Un fuerte control y regulación de la actividad de losreceptores tirosina kinasa (RTK) es crucial para garantizar la homeostasis celular y unapropiado desarrollo neuronal, ya que tanto alteraciones funcionales de estos receptorespor mutaciones en los correspondientes genes como fallas en los mecanismos querestringen su activación, podrían contribuir a la patogénesis de ciertos tipos de cáncer yde enfermedades neurológicas. De esta manera, para evitar errores de señalización quefinalmente lleven a comportamientos celulares aberrantes y patologías, los mecanismoscelulares han evolucionado para permitir que apropiados niveles de activación de estosreceptores sean alcanzados y mantenidos por un período de tiempo compatible con lainducción de una respuesta fisiológica. El objetivo de la presente tesis consistió en identificar y caracterizar nuevosmecanismos que restringen la activación de receptores para factores neurotróficosen neuronas en desarrollo, como una vía para entender la patogénesis de diferentesenfermedades neurológicas, y así contribuir al desarrollo de nuevas terapiasregenerativas. Inicialmente, identificamos y caracterizamos a la proteína Sprouty4 como uninhibidor endógeno de la señalización y el crecimiento axonal inducidos por NGF y sureceptor TrkA en neuronas sensoriales de los ganglios de la raíz dorsal (DRG). Por otro lado, nosotros también analizamos el rol de los miembros de la familia deproteínas Lrig – Lrig1, Lrig2 y Lrig3 – como moduladores endógenos del estado deactivación de receptores para factores neurotróficos. Las proteínas Lrig pertenecen a unaemergente superfamilia de proteínas transmembrana enriquecidas en sistema nerviosoque contienen dominios inmunoglobulina (Ig) y repeticiones ricas en leucina (LRR - Leucine-rich repeats). En este sentido, identificamos a Lrig1 como un regulador negativode la señalización y los efectos biológicos inducidos por BDNF y su receptor TrkB enneuronas hipocampales. Notablemente, hemos determinado que los ratones transgénicosdeficientes para Lrig1 poseen una mayor arborización dendrítica en las neuronaspiramidales del hipocampo que correlaciona con defectos en su comportamiento deinteracción social, aportando nuevas evidencias de su relevancia fisiológica. Por último, realizamos experimentos que demuestran que los tres miembros de lafamilia Lrig, cooperarían para inhibir el crecimiento neurítico inducido por GDNF,controlando el estado de activación de su receptor tirosina kinasa Ret en célulasneuronales. De esta manera, en este trabajo de tesis doctoral hemos identificado nuevosdeterminantes moleculares relevantes para el control de la conectividad y el armado delos circuitos neuronales, a través de la regulación de procesos de crecimiento axonal ydendríticos inducidos por factores neurotróficos en el sistema nervioso central y periférico. Palabras clave: RTK, factores neurotróficos, Lrig, Sprouty4, NGF, BDNF, GDNF, Ret, TrkA, TrkB, hipocampo, ganglios de la raíz dorsal (DRG).
Neurotrophic factors are soluble proteins mainly known for their roles in themaintenance, survival, differentiation and synaptic maturation of different neuronalsubpopulations. Different families of neurotrophic factors have been identified in themammalian nervous system, including the neurotrophins (NGF, BDNF, NT3, NT4) and theglial cell-line derived neurotrophic factor family ligands (GDNF, NRTN, ARTN, PSPN). Signaling induced by these ligands involves the activation of receptors containing atyrosine kinase intrinsic activity, a key event to control cell physiology and orchestrate thedevelopment of the nervous system. A tight control and regulation of the activity ofreceptor tyrosine kinases (RTK) are crucial to ensure proper cell homeostasis andneuronal development, as both functional alterations of these receptors by gene mutationsand failures on the mechanisms that restrict their activation may contribute to thepathogenesis of certain types of cancer and neurological diseases. Therefore, to avoidsignaling errors that could eventually lead to aberrant and pathological cellular behaviors,the cellular mechanisms have evolved to allow that appropriate signaling thresholds arereached and maintained for a period of time compatible with the induction of aphysiological response. The aim of this thesis was to identify and characterize new mechanisms thatrestrict the activation of neurotrophic factor receptors in developing neurons, as away to understand the pathogenesis of some neurological diseases, thuscontributing to the development of new regenerative therapies. First, we identified and characterized Sprouty4 protein as an endogenous inhibitor of TrkA-dependent downstream signaling and NGF-induced axonal growth of primary dorsalroot ganglia (DRG) sensory neurons. On the other hand, we also analyzed the role of Lrig protein family members – Lrig1, Lrig2 and Lrig3 – as endogenous modulators of neurotrophic factor receptor activation. Lrig proteins belong to a novel superfamily of transmembrane proteins enriched in nervoussystem containing immunoglobulin-like (Ig) and leucine-rich repeat domains (LRR). Here,we identified Lrig1 as a negative regulator of TrkB signaling and biological effects inducedby BDNF in hippocampal neurons. Interestingly, we have determined that Lrig1-nulltransgenic mice have increased dendrite morphogenesis and dendritic arborization of CA1and CA3 hippocampal pyramidal neurons, suggesting that Lrig1 could increase therepertoire of TrkB signaling outputs to allow hippocampal neurons to sculpt distinctivedendrite patterns. In addition, Lrig1 ablation was also associated with socialmotivation/interaction deficits, providing new insights into its physiological importance. Finally, we conducted a set of experiments showing that the three Lrig familymembers cooperate to inhibit GDNF-promoted neurite outgrowth by controlling theactivation state of the tyrosine kinase receptor Ret in neuronal cells. In conclusion, in this manuscript we have identified novel molecular determinants,relevant to control connectivity and neural circuits assembly through the regulation ofaxonal and dendritic growth induced by neurotrophic factors in peripheral and centralnervous system.key words: RTK, Neurotrophic factors, Lrig, Sprouty4, NGF, BDNF, GDNF, Ret, TrkA, TrkB, hippocampus, dorsal root ganglia (DRG).
Fil: Alsina, Fernando Cruz. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.