Noves funcions de PrP(c) en neurotransmissió, neuroprotecció i neurodegeneració

Autor: Matamoros i Anglès, Andreu
Přispěvatelé: Río Fernández, José Antonio del, Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia
Jazyk: Catalan; Valencian
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Dipòsit Digital de la UB
Universidad de Barcelona
TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
TDR. Tesis Doctorales en Red
instname
Popis: [cat] Les Prionopaties són una família de malalties neurodegeneratives minoritàries letals. Sóc causades pel plegament aberrant de la proteïna priònica (PrPC), que s’agrega i acumula al parènquima neuronal causant la neurodegeneració. Als anys vuitanta, Europa va sofrir l’epidèmia d’encefalopatia espongiforme bovina que va infectar alguns centenars de persones que acabarien sofrint la patologia. Aquesta crisi sanitària va posar de manifest la capacitat infectiva dels prions entre espècies i va convertir l’estudi de la biologia de la PrPC en un tema de salut pública. Arrel d’això, es van generar els primers models de ratolí deficients per la PrPC (Prnp0/0) com a eines d’estudi i es va demostrar que la presència de la PrPC endògena és indispensable per la infectivitat de les Prionopaties. Aquests resultats postulaven que la patogènia d’aquestes malalties provindria tant del guany de funció patològica degut a la seva agregació, com de la manca de la funció fisiològica al perdre la seva conformació. Aquesta hipòtesi va derivar en una doble focalització en la recerca sobre les Prionopaties. Per una banda, l’estudi de les causes i conseqüències de l’adquisició de la conformació patogènica scrapie, la PrPSc, i per l’altra, la cerca de les funcions fisiològiques de la PrPC nativa. Atès al que acabem de comentar, la present tesi se centra en l’estudi de la biologia de la PrPC per intentar entendre millor les Prionopaties. La PrPC s’expressa ancorada a la membrana plasmàtica, sobretot al terminal sinàptic, i se l’ha relacionat amb la regulació de la neurotransmissió, la diferenciació neuronal i la patologia de la malaltia d’Alzheimer. No obstant, el paper real és desconegut encara ja que s’han publicat resultats contradictoris i amb poca reproductibilitat. En aquesta tesi hem desenvolupat nous models in vitro i in vivo per estudiar la PrPC i poder definir nítidament les seves funcions. En primer lloc, ens hem centrat en la generació i caracterització del primer model d’iPSC procedents d’un pacient de Prionopatia amb comorbiditat amb Taupatia. Hem desenvolupat un cultiu neuronal que reprodueix gran part del fenotip del pacient. Observem astrogliosi, mort cel·lular, endarreriment de la diferenciació neuronal i un increment de la fosforilació de Tau. Tot i que no hem observat la generació de PrPSc, hem creat el primer model derivat directament pacient de Prionopatia que ens permet estudiar la Taupatia i les seva comorbiditat. En segon lloc, hem estudiat el paper neuroprotector de PrPC. S’havia observat prèviament que els animals genoanul·lats eren més susceptibles a l’epilèpsia, però altres grups havien observat resultats contradictoris. Per resoldre aquesta controvèrsia, hem avaluat la resposta epilèptica de quatre soques de ratolí Prnp0/0 diferents. Els nostres resultats demostren que, tot i que les diferents soques presenten respostes diferents, la PrPC sí que exerceix un paper neuroprotector enfront a l’epilèpsia. A més, hem observat que necessita estar ancorada a membrana i el seu domini OR N-terminal per exercir aquesta funció. Finalment, la última part d’aquesta tesi comença amb l’adquisició d’un nou model de ratolí Prnp0/0, el model ZH3, generat sota un fons genètic pur co-isogènic (C57Bl6). Aquest nou model ens ha obert la porta a noves línies d’investigació sobre el paper de PrPC en la neurotransmissió, la maduració neuronal i la conducta. Els nostres resultats mostren un comportament ansiós, una activitat reduïda i un deteriorament de l'aprenentatge basat en el condicionament operant en els animals ZH3-Prnp0/0. L'absència de PrPC també provoca una elevada excitabilitat sinàptica, una major susceptibilitat epilèptica i impossibilita la generació de potenciació a llarg termini. A més, la nostra aproximació in vitro mostra un retard en la formació de xarxes i una baixa connectivitat. En resum, aquesta tesi ha aportat nova informació sobre les funcions fisiològiques de PrPC des de la regulació de la fosforilació de la proteïna Tau en un model pioner d’iPSC procedents de pacients, fins a la neuroprotecció, la neurotransmissió i la conducta en models animals.
[eng] Misfolded cellular prion protein (PrPC) is the causative agent of the transmissible spongiform encephalopathies (TSEs). PrPC is a synaptic protein expressed in the cerebral cortex including the hippocampus. It has been described in numerous cellular processes (i.e. cell differentiation, neurotransmission, and copper homeostasis among others). Moreover, PrPC levels are decreased in TSEs. These findings offer new insight into the study of TSEs: understanding this pathology also as a loss of function due to the reduction of PrPC. Recently, it was demonstrated that many of the functions related to PrPC were based on mouse models with impure background, and these need to be reevaluated. In this context, the present thesis focuses on the study of biology of the PrPC trying to understand TSEs symptomatology. Here we have developed new models in vitro and in vivo to study PrPC and to clearly define its functions. First of all, we generated and characterized the first iPSC model from a patient with TSEs with comorbidity with Tauopathy. We have developed a neuronal culture that reproduces a large part of the patient's phenotype: astrogliosis, cell death, delayed neuronal differentiation and increased Tau hyperphosphorylation. Although we have not observed the generation of misfolded PrPC, we have created the first directly derived TSE patient model that allows us to study Tauopathy and its comorbidity. Secondly, we studied the neuroprotective role of PrPC. It had previously been noted that knock-out animals were more susceptible to epilepsy, but other groups reported contradictory results. To resolve this controversy, we evaluated the epileptic response of four different Prnp0/0 mouse strains. Our results show that PrPC does play a role in epilepsy neuroprotection. Moreover, we observed that you PrPC need to be anchored to the membrane and express its N-terminal domain to perform this function. Finally, we focused in the characterization of a new model of Prnp0/0 mouse (ZH3) generated under a pure co-isogenic background. Our results show anxious behavior, reduced activity and deterioration of learning capabilities in animals ZH3-Prnp0/0. The absence of PrPC also causes high synaptic excitability, greater epileptic susceptibility and prevents the generation of long-term potentiation. In addition, our in vitro approach shows a delay in the formation of networks and a low connectivity. In summary, this thesis has provided new information on the physiological functions of PrPC from the regulation of the phosphorylation of the Tau protein in a pioneer model of iPSC from patients, to neuroprotection, neurotransmission and behavior in animal models.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: