Principios moleculares de maduración e integración neuronal en el hipocampo adulto

• Autores: Rasetto, Natalí Belén
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Schinder, Alejandro Fabián; Giacomini, Damiana Paula
• Materia: NEUROGENESIS ADULTA; HIPOCAMPO; PLASTICIDAD NEURONAL; SECUENCIACION DE ARN DE NUCLEO UNICO; SoxC; ADULT NEUROGENESIS; HIPPOCAMPUS; NEURONAL PLASTICITY; SINGLE-NUCLEI RNA SEQUENCING; SoxC
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El hipocampo adulto genera nuevas células granulares (aCGs) con capacidades funcionales únicas que confieren a los circuitos preexistentes formas excepcionales de plasticidad neuronal. En el giro dentado del hipocampo de ratón, estructura donde ocurre la neurogénesis, la maduración de las aCGs requiere aproximadamente 8 semanas. Durante este tiempo, la identidad molecular, la morfología, las propiedades intrínsecas y las conexiones sinápticas emergen secuencialmente hacia un fenotipo neuronal maduro. El desarrollo de las aCGs puede dividirse en 4 fases discretas: Fase I (~1 semana): migración activa, entradas GABAérgicas despolarizantes. Fase II (~2 semanas): inicio de aferencias glutamatérgicas, fin de la migración, GABA despolarizante. Fase III (~4 semanas): alto balance excitación/inhibición, plasticidad sináptica aumentada, GABA hiperpolarizante, inhibición perisomática débil. Fase IV (6- 8 semanas): maduración completa, plasticidad sináptica reducida, fuerte inhibición perisomática. En esta tesis proponemos que la neurogénesis adulta está controlada por reguladores y efectores transcripcionales específicos que modulan las propiedades morfológicas y funcionales de cada fase durante la maduración neuronal. Para estudiar esta hipótesis, empleamos una técnica precisa para aislar aCGs de diferentes edades (1,2,3,4,5,8 semanas), que nos permitió secuenciar ARN de núcleos individuales (snRNA-seq) pertenecientes a distintas cohortes neuronales. El estudio y la clusterización de los perfiles transcripcionales de 2 datasets diferentes, coincidieron en revelar una trayectoria continua desde células madres neuronales (RGL) hasta aCGs maduras, con múltiples estadios intermedios. El análisis de expresión diferencial de genes, la trayectoria de pseudotiempo, y la activación y desactivación de factores de transcripción (FTs) revelaron transiciones críticas que definen cuatro estados celulares: RGLs quiescentes, progenitores proliferativos, aCGs inmaduras y aCGs maduras. La transición a aCG madura implica un cambio transcripcional que desactiva las vías que promueven el crecimiento celular, como los FTs SoxC, y activa programas que podrían estar relacionados con el control de la homeostasis neuronal. Nuestros resultados develan los mecanismos moleculares precisos que conducen a las RGL adultas a través de la vía de la diferenciación neuronal.
The adult hippocampus generates new granule cells (aGCs) with functional capabilities that convey unique forms of plasticity to the preexisting circuits. In the dentate gyrus of the mouse hippocampus, the site of neurogenesis, the maturation of aGCs lasts up to 8 weeks. Over this time, molecular identity, morphology, intrinsic electrical properties and synaptic connections emerge sequentially towards a mature neuronal phenotype. aGC development can be divided into 4 discrete phases: Phase I (~1 week): active migration, depolarizing GABA inputs. Phase II (~ 2 weeks): onset of glutamatergic inputs (glut), end of migration, depolarizing GABA. Phase III (~4 weeks): high excitation/inhibition balance, enhanced synaptic plasticity, inhibitory GABA but weak perisomatic inhibition. Phase IV (6-8 weeks): full maturation, reduced synaptic plasticity, strong perisomatic inhibition. In this thesis, we propose that adult neurogenesis is controlled by specific transcriptional regulators and effectors that modulate the morphological and functional properties of each phase. To study this hypothesis, we set up a precise technique to isolate aGCs of different ages (1,2,3,4,5,8 weeks), which allowed us to sequence RNA from individual nuclei (snRNA-seq). Transcriptional profiling from two distinct datasets revealed a continuous trajectory from neuronal stem cell (RGL) to mature aGC, with multiple immature stages bearing increasing levels of effector genes supporting growth, excitability and synaptogenesis. Analysis of differential gene expression, pseudotime trajectory, and transcription factors (TFs) revealed critical transitions defining four cellular states: quiescent RGLs, proliferative progenitors, immature aGCs, and mature aGCs. Becoming mature aGCs involved a transcriptional switch that shutdown pathways promoting cell growth, such SoxC TFs, to activate programs that likely control neuronal homeostasis. Our results unveil precise molecular mechanisms driving adult RGLs through the pathway of neuronal differentiation.
Fil: Rasetto, Natalí Belén. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.