La familia de proteínas Lrig : nuevas funciones biológicas y mecanismos de señalización en neuronas

• Autores: Hita, Francisco Javier
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Paratcha, Gustavo
• Materia: LRIG; BDNF; TRKB; NEURONAS; LRIG; BDNF; TRKB; NEURONS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Estudios recientes aportaron evidencias convincentes acerca de las funciones que cumplen diversas proteínastransmembrana que contienen dominios extra-celulares ricos en leucina (LRR) durante el desarrollo delsistema nervioso. Los procesos celulares que subyacen al establecimiento de la conectividad neuronal, comola regulación del guiado axonal, el crecimiento dendrítico, la formación de contactos sinápticos y en parte,la plasticidad sináptica; a menudo requieren la participación de proteínas que contienen estos dominios. Enefecto, existe una gran variedad de proteínas con dominios LRR altamente enriquecidas en el hipocampo y lacorteza cerebral de mamíferos, que juegan roles claves en el armado de los circuitos neuronales. Se sabe que unmal funcionamiento de estos genes en ocasiones puede comprometer la función neuronal y derivar en enfermedadesdel neurodesarrollo, déficits cognitivos y/o desórdenes neuropsiquiátricos. Evidencias previas demostraron que la proteína transmembrana Lrig1 (proteína rica en dominios leucina einmunoglobulina) se asocia con múltiples receptores tirosina kinasa y regula así la actividad trófica inducidapor los factores de crecimiento EGF, HGF y el factor neurotrófico GDNF, entre otros. A pesar de que Lrig1 seexpresa en neuronas centrales (motoneuronas espinales) y periféricas (del ganglio anexo de la raíz dorsal) endesarrollo, su contribución fisiológica para el desarrollo del sistema nervioso, aún no ha sido determinada. Por lo tanto, el objetivo del presente trabajo de tesis, fue caracterizar las poblaciones neuronales Lrig1 positivasen las estructuras cerebrales estudiadas y determinar la contribución de las Lrigs para el desarrollo y el desempeñodel sistema nervioso central. Basándonos principalmente en su prominente patrón de expresión durante el desarrollo hipocampal y utilizandoensayos de pérdida y ganancia de función, hemos determinado que Lrig1 es un regulador de la arborizacióndendrítica y de la espinogénesis hipocampal. Nuestros ensayos celulares y bioquímicos indican que Lrig1controla la formación de dendritas primarias y la ramificación dendrítica de neuronas hipocampales, a travésde un mecanismo de regulación negativa de la actividad neurotrófica de BDNF. Debido a que los otros dos miembros de la familia, Lrig2 y Lrig3 también se expresan en neuronas hipocampalesen desarrollo, se ha estudiado de qué manera la pérdida de función de Lrig2 o Lrig3 podría afectar la morfología de neuronas hipocampales. Nuestros resultados sugieren que a diferencia de Lrig1, la ausencia de Lrig2 o Lrig3 inhibe la dendritogénesis de neuronas primarias hipocampales. Por otra parte, ensayos conductuales llevados a cabo con ratones transgénicos deficientes en Lrig1 han demostradoque la ausencia de Lrig1 afecta procesos de memoria dependientes de hipocampo y corteza, talescomo la codificación de información espacial y la capacidad de reconocer la identidad de objetos novedosos. De esta manera, nuestros estudios demuestran que Lrig1 controla la morfología neuronal y la plasticidad estructuralde las neuronas hipocampales, así como también la plasticidad funcional del hipocampo. En este trabajo de tesis doctoral hemos identificado a las proteínas Lrig como nuevos reguladores endógenosde la complejidad dendrítica hipocampal y a la vez hemos establecido por primera vez un fenotipo conductualasociado a funciones hipocampales y corticales, en los ratones deficientes para Lrig1. En su conjunto nuestroshallazgos revelan un nuevo rol de Lrig1 en el control de los procesos morfogénicos que forman el sistema nerviosodurante su desarrollo; y evidencian la relevancia fisiológica de Lrig1 en el comportamiento animal.
Recent studies provided convincing evidence about the roles driven by various trans-membrane proteins containingextracellular Lucine-rich domains (LRR) during development of the nervous system. Cellular processesunderlying the establishment of neuronal connectivity, regulation of axon guidance, dendrite growth, or formationof synaptic contacts and synaptic plasticity, often require the involvement of proteins containing thesedomains. In fact, there are a variety of proteins with LRR domains, highly enriched in the hippocampus andcerebral cortex of mammals, playing key roles in the assembly of neural circuits. It is known that a malfunctionof these genes can sometimes compromise neuronal function and lead to neurodevelopmental diseases relatedto cognitive deficits and / or neuropsychiatric disorders. Previous evidence showed that the trans-membrane protein LRIG1 (Lucine-rich protein and immunoglobulindomains) is associated with multiple receptor tyrosine kinases regulating trophic activity through growth factorslike EGF, HGF and GDNF, among others. Although LRIG1 is expressed in central (spinal motor neurons)and peripheral (Dorsal root ganglion) neurons, its physiological contribution to the development of the nervoussystem, has not been determined yet. Therefore, the objective of this thesis was to characterize the LRIG1 positive neuronal populations in brainstructures, and determine the contribution of LRIG1 for the development and function of the central nervoussystem. Based mainly on its prominent expression pattern during hippocampal development and through loss and gainof function experiments, we have determined that LRIG1 is a regulator of dendrite arborization and hippocampalspine genesis. Our biochemical and cellular assays indicate that LRIG1 controls the formation of primarydendrites and dendrite branching of hippocampal neurons through a mechanism involving down-regulationof BDNF neurotrophic activity. Given that other two members of the family, Lrig3 and Lrig2, are also expressed in hippocampal neuronsduring development, we asked ourselves how the loss of function of Lrig2 or Lrig3 could affect the morphologyof hippocampal neurons too. Our results suggest that unlike Lrig1, the absence of Lrig2 or Lrig3 inhibits 14hippocampal primary neurons dendritogenesis and reduces their complexity. Moreover, behavioral tests conducted with mutant mice, deficient in LRIG1, have shown that absence of LRIG1affects memory processes dependent of cortical and hippocampal circuitry. Among them, the encoding ofspatial information and recognition of objects identity or novelty. Thus, our studies show that LRIG1 controlsneuronal morphology and structural plasticity of hippocampal neurons as well as functional hippocampalplasticity. In this doctoral thesis we have identified Lrigs proteins as new endogenous regulators of hippocampal dendritecomplexity and at the same time we have established for the first time a behavioral phenotype associated withhippocampal and cortical functions in mice deficient for LRIG1. Taken together our findings reveal a new rolefor LRIG1, in controlling morphologic processes that form the nervous system during development; and also,the physiological relevance of LRIG1 in animal behavior.
Fil: Hita, Francisco Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.