La señalización de la quinasa Abl1 restringe la expresión de un programa de genes sinápticos relacionado con la memoria y el aprendizaje.
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Date
2019
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Abstract
Mediante la memoria y el aprendizaje somos capaces de adquirir, almacenar y recuperar
nueva información a lo largo de nuestra vida. Hoy se sabe que para que se forme la
memoria es necesaria la modificación de la comunicación entre las neuronas, bien
remodelando las espinas existentes o formando nuevas espinas. Para ello, se requiere una
regulación tanto a nivel proteico como a nivel genético.
Actualmente, se conocen factores de transcripción muy ligados a los procesos de memoria
y aprendizaje, como; CREB, MEF2, Npas4 o SRF, entre otros. Además, ha tomado gran
relevancia la regulación génica a través de modificaciones epigenéticas, llevadas a cabo,
principalmente, por las enzimas HAT y HDAC. La actividad de HDAC2, por ejemplo, regula
negativamente la formación de memoria y la plasticidad sináptica.
Nosotros hemos descrito que la quinasa ABL1, es capaz de regular factores de
transcripción como p73 o TFEB, así como a la HDAC2. La activación de esta última, por
ABL1, reprime la expresión de genes sinápticos, como; la sinaptofisina, la sinaptotagmina
o subunidades de los AMPAR y NMDAR. Además, el uso de Imatinib para inhibir la
activación de ABL1, puede revertir la activación de la HDAC2 y, por tanto, permitir la
expresión de genes fundamentales para la comunicación sináptica. A pesar de estos
nuevos conocimientos, se desconoce el grupo de genes que se están regulando y que
pueden determinar la correcta formación y mantenimiento de la memoria.
Basándonos en los antecedentes presentados, nos planteamos la siguiente hipótesis: “La
ausencia de ABL1 mejora la memoria y el aprendizaje regulando la expresión de genes
involucrados en la plasticidad sináptica”.
Para comprobar nuestra hipótesis, primero evaluamos in vivo, si la ausencia de ABL1 en el
SNC tenía efectos cognitivos. Para ello, realizamos los tests de MWM, BM y NOR, que
evalúan memoria y aprendizaje dependiente del hipocampo. Observamos que los ratones
nulos de ABL1 tenían un aprendizaje más rápido y una mayor consolidación de la memoria
que los controles. Lo que indicaría que ABL1 participa en la regulación de ambos procesos.
A continuación, evaluamos si ABL1 estaría regulando la expresión de genes involucrados
con los cambios cognitivos. Así, secuenciamos el RNA hipocampal de ratones nulos de
ABL1 y sus respectivos controles, en ambos casos en estado basal y tras un entrenamiento
de aprendizaje. Los resultados mostraron que los ratones nulos de ABL1 con aprendizaje
presentaban un mayor número de genes con expresión diferencial respecto a los controles
durante el aprendizaje que durante el estado basal, por lo que el efecto de ABL1 era debido
al aprendizaje. Además, nuestros análisis determinaron que de los genes con una sobreexpresión diferencial por aprendizaje, casi dos tercios pertenecían a los ratones nulos de
ABL1, los cuales pertenecen a ontologías relacionadas con la plasticidad sináptica y la
regulación del citoesqueleto.
Por otro lado, confirmamos mediante RT-qPCR la expresión diferencial de algunos de los
genes relacionados con la morfología y plasticidad sináptica. Evaluamos si también había
cambios en los niveles proteicos, de dos de los genes seleccionamos, Atad1 y Actr2 que
tienen un papel muy importante en la plasticidad funcional y morfológica de las espinas,
respectivamente. Ambas proteínas mostraron un aumento en los ratones nulos de ABL1
tras el aprendizaje.
Para analizar in vitro los resultados obtenidos, utilizamos cultivos neuronales. Tras inhibir
la activación de ABL1 con Imatinib, se hizo un estímulo químico de LTD o LTP para evaluar tanto los niveles de transcrito como proteicos de Arp2 y Thorase. En ambos casos
aumentaron significativamente tras la generación de un LTP. Del mismo modo, la inhibición
de ABL1 mediante el uso de su shRNA nos permitió observar como la polimerización del
citoesqueleto de actina, controlada principalmente por Arp2, estaba siendo incrementada
tras el LTP con respecto al control sc-shRNA.
Por último, evaluamos si, según las ontologías enriquecidas en nuestro análisis, había
cambios en las espinas de los ratones sometidos a aprendizaje. Mediante la tinción de
Golgi-Cox pudimos clasificar y cuantificar espinas individuales, observando como la
ausencia de ABL1 aumentaba su densidad y las de tipos más maduros tras el aprendizaje.
Estas observaciones se correlacionan con sinapsis más estables y eficaces, requisitos
indispensables para la formación de la memoria a largo plazo.
Todos estos resultados indican que ABL1 esta jugando un rol determinante en los procesos
de memoria y aprendizaje, regulando la expresión de genes sinápticos y de remodelación
del citoesqueleto, reflejándose en la morfología y densidad de las espinas de los ratones
nulos para ABL1 tras el aprendizaje. Además, la inhibición farmacológica de ABL1 aparece
como una posible vía para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas que
involucren deterioro cognitivo.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias Biológicas mención en Biología Celular y Molecular)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2019