Contribución de la regulación del receptor de neurotrofinas TrkB a la muerte neuronal en isquemia cerebral
Author
Sánchez Tejeda, GonzaloAdvisor
Díaz-Guerra González, MargaritaEntity
UAM. Departamento de Anatomía, Histología y Neurociencia; Instituto de Investigaciones Biomédicas "Alberto Sols" (IIBM)Date
2014-12-18Subjects
Isquemia cereberal - Tesis doctorales; MedicinaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Anatomía, Histología y Neurociencia. Fecha de lectura: 18-12-2014Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
La señalización neurotrófica mediada por los receptores TrkB es crítica en el funcionamiento
y supervivencia neuronales. En isquemia cerebral se produce un desbalance de las
principales isoformas de este receptor expresadas en neuronas, la isoforma catalíticamente
activa TrkB full length (TrkB-FL) y la truncada TrkB-T1 que carece del dominio tirosina quinasa.
Este desajuste es consecuencia de diversos mecanismos inducidos en excitotoxicidad: la inversión
del patrón transcripcional del gen Ntrk2, que favorece la expresión de TrkB-T1 sobre
TrkB-FL, y el procesamiento por calpaína de TrkB-FL en regiones próximas a su Y515, que
genera un receptor truncado similar a TrkB-T1 y un fragmento intracelular con el dominio
tirosina quinasa intacto. En esta Tesis hemos demostrado la existencia de un tercer mecanismo
consistente en la proteólisis por metaloproteinasas del dominio extracelular de TrkB-FL y
TrkB-T1, resultando en la liberación de su ectodominio al medio extracelular donde podría
unir BDNF y reducir su disponibilidad. El fragmento C-terminal de TrkB-T1, al contrario de
lo que ocurre con el generado de TrkB-FL, es procesado ulteriormente en su zona intramembrana
por γ-secretasas que desprenden su pequeño dominio intracelular hacia el citosol. Estas
alteraciones de la vía BDNF/TrkB producidas en condiciones patológicas contribuyen activamente
a la muerte neuronal, por lo que su mantenimiento constituye una estrategia potencial
para el tratamiento en isquemia cerebral y numerosas patologías con un componente excitotóxico.
Concretamente, en este trabajo hemos desarrollado péptidos con el receptor TrkB
como diana que, al contener la secuencia transactivadora de la proteína Tat del VIH, son
permeables a la membrana plasmática y tienen potencial para atravesar la barrera hematoencefálica
(BHE). En condiciones de excitotoxicidad, el péptido TFL457 es capaz de prevenir la
degradación proteolítica de TrkB-FL y preservar un receptor que mantiene la fosforilación en
su residuo Y816, mientras que TT1 interfiere las rutas de señalización de TrkB-T1 y podría
contrarrestar el efecto producido por el incremento de esta isoforma en excitotoxicidad. Ambas
aproximaciones han demostrado efecto neuroprotector frente a la muerte neuronal excitotóxica,
revelándose como prometedoras herramientas terapéuticas. Finalmente, hemos comprobado
que los fragmentos derivados del procesamiento de TrkB son capaces de difundir a la
sangre y al líquido cefalorraquídeo (LCR) en modelos animales de isquemia cerebral, por lo
que podrían constituir novedosos biomarcadores para predecir el curso de esta enfermedad Neurotrophin signaling through TrkB receptors is essential for neuronal function and
survival. Ischemic stroke causes an imbalance of the main isoforms of this receptor expressed
in neurons: catalytic isoform TrkB full length (TrkB-FL) and truncated TrkB-T1 lacking the
tyrosine kinase domain. This dysregulation is the consequence of several mechanisms induced
in excitotoxicity: inversion of the Ntrk2 gene transcriptional pattern, which favors TrkB-T1
expression over TrkB-FL, and calpain processing of TrkB-FL near its Y515 residue, originating
a truncated receptor similar to TrkB-T1 and an intracellular fragment which contains the
tyrosine kinase domain. In this work we unveil a third mechanism consisting of ectodomain
shedding by metalloproteases of TrkB-FL and TrkB-T1 that generates a soluble fragment
that could act as a BDNF scavenger. C-terminal fragment of TrkB-T1, but not TrkB-FL, is
subsequently cleaved by γ-secretases and releases its short intracellular domain to the cytosol.
These BDNF/TrkB alterations contribute to neuronal death in pathological conditions. Therefore,
their recoveries constitute a potential strategy to the treatment of ischemic stroke and
other pathologies with an excitotoxic component. According to this hypothesis, we develop
peptides targeting TrkB receptor that contain HIV Tat transactivator protein, able to cross the
blood-brain-barrier and cell membrane. During excitotoxic conditions TFL457 peptide is able
to prevent the TrkB-FL proteolytic degradation and to preserve the phosphorylation of its
Y816 residue. In the other hand TT1 disrupts TrkB-T1 signaling pathways and it could counteract
the upregulation effect of this isoform in excitotoxicity. Both approaches have shown
neuroprotective effect against excitotoxic neuronal death, revealing themselves as promising
therapeutic tools. Finally, we found that TrkB fragments produced by protease activity
can diffuse to blood and cerebrospinal fluid of animal models of ischemic stroke. Consequently,
they might provide useful biomarkers for monitoring progression of the disease.
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