نبذة مختصرة : Actualment no existeixen estratègies efectives per prevenir o curar la patologia d’Alzheimer. Per combatre una malaltia amb una fase prodròmica tant llarga, és crucial entendre els mecanismes alterats en estadis inicials. Actualment es creu que les formes solubles oligomèriques del pèptid β- amiloide (oAβ) generen la disfunció sinàptica hipocampal, la qual correlaciona amb el deteriorament cognitiu que s’observa en pacients amb la malaltia d’Alzheimer i podria ser subjacent a l’inici de la patologia. Les formes post-sinàptiques hipocampals de potenciació a llarg termini (LTP) i depressió a llarg termini (LTD) es troben a la base d’alguns processos d’aprenentatge i memòria dependents d’hipocamp. Aquests canvis en l’eficàcia sinàptica estan fortament regulats pels nivells dels receptors ionotròpics de glutamat (iGluRs) a la sinapsi i per la transcripció gènica induïda per activitat. En aquest context, la subfamília 4 grup A de receptors nuclears (Nr4a) han emergit com a possibles moduladors de les funcions sinàptiques i cognitives hipocampals, encara que no es coneixen els mecanismes moleculars implicats. L’objectiu d’aquest estudi es basa en investigar a nivell molecular, sinàptic i conductual el potencial rol de Nr4a2 en la fallida sinàptica que té lloc en estadis inicials de la malaltia d’Alzheimer, basant-nos en les funcions d’aquest factor de transcripció en la plasticitat sinàptica hipocampal. Vam observar que, en neurones hipocampals madures en cultiu, l’expressió de Nr4a2 incrementava amb l’estimulació neuronal a través d’un mecanisme dependent de l’entrada de calci a través dels iGluRs i de l’activació de la via de senyalització CREB/CRTC1 i la fosfatasa calcineurina. A destacar es troba el fet que els nivells proteics i l’alliberació extracel·lular de BDNF, així com els nivells proteics de les subunitats GluA1-AMPAR i GluN1-NMDAR es van trobar disminuïts en absència de Nr4a2 i incrementats amb la seva activació. A més, l’activació de Nr4a2 també va augmentar els nivells d’AMPARs post-sinàptics en neurones piramidals de CA1 i va bloquejar la LTD a les sinapsis col·laterals de Schaffer a CA1. Cal ressaltar que els oAβ van afectar l’augment dels nivells proteics de Nr4a2 dependents d’activitat en neurones hipocampals madures en cultiu, mentre que l’activació de Nr4a2 va se capaç de bloquejar la depressió sinàptica causada pels oAβ així com el deteriorament que els oAβ generen sobre la LTP. També vam examinar els efectes de la sobreexpressió hipocampal de Nr4a2 utilitzant vectors virals en el model transgènic de ratolí APPSw,Ind utilitzant una bateria de tests per avaluar els símptomes conductuals i psicològics de la demència, coneguts amb les sigles BPSD en anglès, la cessació de les activitats diàries i els dèficits cognitius en una etapa inicial i moderada de la patologia. Sorprenentment, vam observar que la sobreexpressió hipocampal de Nr4a2 no només va pal·liar els dèficits cognitius, sinó que també va reduir significativament el comportament ansiós dels ratolins APPsw,ind a ambdues edats. En conjunt, els nostres resultats recolzen el paper del factor de transcripció Nr4a2 en la plasticitat sinàptica glutamatèrgica associada als processos d’aprenentatge i memòria dependents d’hipocamp, obrint la possibilitat d’emergir com una possible diana terapèutica per combatre la disfunció sinàptica que té lloc en estais inicials de la malaltia d’Alzheimer.
نبذة مختصرة : Actualmente no existen estrategias eficaces para prevenir o tratar la enfermedad de Alzheimer. Para combatir una enfermedad con una fase prodrómica tan larga, es crucial entender los mecanismos alterados en etapas tempranas. Actualmente se cree que las formas solubles oligoméricas del péptido β-amiloide (oAβ) causan la disfunción sináptica hipocampal, la cual correlaciona con el deterioro cognitivo observado en los pacientes con la enfermedad de Alzheimer y podría ser subyacente al inicio de la patolgía. Las formas postsinápticas hipocampales de potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD) se consideran subyacentes a algunas formas de aprendizaje y memoria dependientes de hipocampo. Estos cambios en la eficacia sináptica están altamente regulados por los niveles de los receptores ionotrópicos de glutamato (iGluRs) a las sinapsis y la transcripción génica mediada por actividad. En este contexto, la subfamilia 4 grupo A de receptores nucleares (Nr4a) han emergido como posibles moduladores de las funciones hipocampales sinápticas y cognitivas, aunque los mecanismos moleculares subyacentes todavía no se conocen. El objetivo de este estudio se basa en investigar a nivel molecular, sináptico y conductual, el potencial papel de Nr4a2 en el deterioro sináptico que ocurre en estadios tempranos de la enfermedad de Alzheimer, centrándonos en las funciones de este factor de transcripción en la plasticidad sináptica hipocampal. Observamos que, en neuronas hipocampales maduras en cultivo, la expresión de Nr4a2 aumentaba con estimulación neuronal en un mecanismo dependiente de la entrada de calcio a través de los iGluRs y de la activación de la ruta de señalización CREB/CRTC1 y la fosfatasa calcineurina. Cabe resaltar que tanto los niveles proteicos como su liberación al medio extracelular de BDNF, así como los niveles proteicos de las subunidades GluA1-AMPAR y GluN1-NMDAR se vieron reducidos en ausencia de Nr4a2 e incrementados con su activación. Además, la activación de Nr4a2 también fue capaz de aumentar los niveles postsinápticos de AMPAR en neuronas piramidales de CA1 y de bloquear la LTD en las sinapsis colaterales de Schaffer a CA1. El aumento de los niveles proteicos de Nr4a2 mediado por actividad neuronal en neuronas hipocampales maduras en cultivo se vio afectado en presencia de oAβ, y la activación de Nr4a2 bloqueó tanto la depresión sináptica como el deterioro de la LTP mediado por oAβ. También examinamos los efectos de la sobreexpresión hipocampal de Nr4a2 mediante vectores virales en el modelo murino APPSw,Ind usando una batería de tests para analizar los síntomas conductuales y psicológicos de demencia, conocidos por las siglas BPSD en inglés, la abolición de actividades diarias y los déficits cognitivos en una fase temprana y moderada de la enfermedad. Sorprendentemente, encontramos que la sobreexpresión hipocampal de Nr4a2 no solo mejoró parcialmente los déficits cognitivos, sino que también disminuyó los comportamientos ansiosos incrementados en el modelo APPSw,Ind en ambas edades. En conjunto, nuestros datos apoyan el papel del factor de transcripción Nr4a2 en la plasticidad sináptica glutamatérgica asociada a proceses de aprendizaje y memoria dependientes de hipocampo, abriendo la posibilidad de emerger como una posible diana terapéutica contra la disfunción sináptica que ocurre en estadios tempranos de la enfermedad de Alzheimer.
Effective strategies to prevent or treat Alzheimer’s pathology remain elusive. To confront a disease with such a long prodromal phase is crucial to understand the mechanisms altered at early stages. Hippocampal synaptic dysfunction, broadly accepted to be caused by soluble forms of amyloid-β peptide (oAβ), strongly correlates with the cognitive decline observed in Alzheimer’s disease (AD) patients and is thought to underlie its initial development. Postsynaptic forms of hippocampal longterm potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) processes are widely believed to underlie some forms of learning and memory. These changes in synaptic efficacy are tightly regulated by ionotropic glutamate receptors (iGluRs) levels at the synapse and activity-induced gene transcription. In this regard, nuclear receptors subfamily 4 group A (Nr4a) have emerged as possible modulators of hippocampal synaptic and cognitive functions, although the underlying molecular mechanisms remain unknown. The aim of this study is to investigate at the molecular, synaptic and behavioral level the potential role of Nr4a2 in the synaptic failure occurring at early stages of AD, focusing on the functions of Nr4a2 transcription factor in hippocampal synaptic plasticity. We observed that, in mature hippocampal-cultured neurons, Nr4a2 expression increased upon neuronal stimulation in a mechanism dependent on calcium entry though iGluRs and on the activation of the CREB/CRTC1 signaling pathway and the phosphatase calcineurin. Notably, protein levels and extracellular release of BDNF, as well as GluA1-AMPAR and GluN1-NMDAR subunit protein levels were reduced in absence of Nr4a2 and increased with its activation. In addition, Nr4a2 activation was also able to upregulate postsynaptic AMPAR levels in CA1 pyramidal neurons and to block LTD at Schaffer collateral to CA1 synapses. Importantly, the activity-dependent increase of Nr4a2 protein levels was disrupted in mature hippocampal-cultured neurons exposed to oAβ, and the activation of Nr4a2 was able to block the oAβ-mediated depression as well as the oAβ-dependent LTP impairments. We also examined the effects of virally mediated Nr4a2 hippocampal overexpression in the APPSw,Ind mouse model of AD by using a battery of tests to explore the Behavioral and Psychological Symptoms of Dementia (BPSD)-like behaviors, the abolishment of daily living activities and the cognitive deficits in an early and moderate stage of the pathology. Remarkably, we found that Nr4a2 hippocampal overexpression not only partly ameliorated the cognitive deficits but also significantly rescued the increased anxiety-related behaviors in the APPSw,Ind mouse model of AD at both ages. Altogether, our findings strongly support that Nr4a2 transcription factor is involved in glutamatergic synaptic plasticity associated to hippocampal-dependent learning and memory events, opening the possibility to emerge as a possible disease-modifying therapy targeting the synaptic dysfunction that occurs at early stages of AD.
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Neurociències
Processing Request
No Comments.