Estudio de los mecanismos moleculares activados por CXCL12 en células progenitoras neurales implicación de las distintas isoformas de fosfatidil inositol 3-quinasa de clase I en migración

Abstract

Durante el desarrollo del sistema nervioso central (SNC), las células progenitoras neurales (NPC) migran desde su nicho neurogénico hasta el sitio en el cual completan su diferenciación a neuronas maduras e incorporándose a los circuitos neuronales existentes. Algunas de estas rutas de migración permanecen activas durante toda la vida adulta, por ejemplo, las NPC de la zona subventricular de los ventrículos laterales producen neuroblastos que migran al bulbo olfatorio. Además, tras un daño en el cerebro, como por ejemplo un infarto cerebral, las NPC migran específicamente a la zona lesionada. Las rutas de migración neuronales están reguladas por un balance entre señales quimioatrayentes y quimiorepelentes. Entre otras quimioquinas, CXCL12 regula la migración y localización de varios tipos de NPC durante el desarrollo; y la deficiencia de CXCL12 provoca severas alteraciones en varias estructuras del SNC: cerebelo, hipocampo y corteza cerebral. Durante la corticogénesis, CXCL12 es importante en el mantenimiento de esta ruta migratoria de las NPC originadas en la eminencia ganglionar media (EGM) hacia la corteza. Por otro lado, tras una situación isquémica, la expresión de CXCL12 y otras moléculas aumenta en el área periinfartada atrayendo a las NPC a la zona dañada. La señalización promovida por CXCL12 ha sido muy estudiada en leucocitos, sin embargo, los estudios en NPC son escasos. Debido a que defectos en la migración de precursores provoca severas enfermedades en humanos, proponemos que el estudio de los mecanismos moleculares que gobiernan estos procesos es fundamental para un mejor conocimiento de la etiología estas patologías y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. Utilizando ensayos de quimiotaxis y un modelo de infarto cerebral en ratón, observamos que las NPC migran en respuesta a CXCL12. Estudiando los mecanismos de señalización activados por CXCL12, observamos la activación de la ruta de señalización JAK/STAT (Janus quinasas/factores de transcripción STAT). Ensayos de quimiotaxis con NPC deficientes en quinasas JAK, mostraron que a diferencia de lo que ocurre en leucocitos, esta ruta no está implicada en la migración de NPC en respuesta a CXCL12. Ensayos con inhibidores químicos genéricos mostraron que la familia de fosfatidil inositol 3 quinasas estaban implicadas en la migración de NPC in vitro. Las NPC expresan mayoritariamente las subunidades p110¿ y ß de la clase I de PI3K. Aunque CXCL12 activa p110¿ y ß, el uso de inhibidores específicos de isoforma, combinado con silenciamiento génico con shRNA, demostró que sólo p110ß estaba implicada en la migración de NPC mediada por CXCL12 in vitro. Mediante cultivos organotípicos de secciones de cerebro de embriones de ratón se corroboró, ex vivo, la importancia de p110ß para la migración de NPC, ya que su inhibición bloqueaba la migración a la corteza, de las interneuronas originadas en la EGM. Se puede concluir que PI3K p110ß se activa específicamente en NPC en respuesta a CXCL12, y que su actividad es necesaria para la migración cortical de las interneuronas originadas en la EGM durante la corticogénesis. Además, estudiamos la expresión de CXCL12 en un modelo de isquemia cerebral inducida por fototrombosis. Utilizando diferentes rutas de transplante celular, estudiamos la migración e integración de NPC transplantadas a la zona infartada. No se observaron NPC en la lesión, cuando éstas fueron transplantadas vía intravenosa. Sin embargo, observamos NPC migrando hacia la lesión cuando éstas fueron transplantadas vía intraparenquimal. Además, contemplamos que el efecto quimioatrayente era totalmente dependiente de la distancia entre la lesión y el sitio del transplante. Concluimos que el modelo de infarto cerebral por fototrombosis es apropiado para estudiar la migración in vivo de NPC exógenas, para lo cual, el transplante debe realizarse intraparenquimal y en la cercanía del área infartada.