SIMPOSIO DE CHICAGO: DIVERSIDAD CELULAR Y VULNERABILIDAD SELECTIVA

LOGICA MOLECULAR DEL DESARROLLO DE LA NEURONA MOTORA CORTICOESPINAL, DEGENERACION, Y REGENERACION: ¿QUE SABEMOS ACERCA DE LA NEURONA MOTORA SUPERIOR?

Esta charla discutirá dos ideas centrales relevantes en la ELA, ambas acerca del desarrollo de las neuronas motoras superiores involucradas:

            Que las distintas características moleculares de las neuronas corticoespinales y sus subconjuntos relacionados de proyecciones neuronales subcerebrales, y los componentes moleculares potencialmente compartidos o las vías con las vías motoras medulares, subyacen bajo la vulnerabilidad selectiva y específica de estos compañeros de circuitos entre el resto de miles de otras poblaciones neuronales no afectas

2           Que incluso anomalías mínimas en el desarrollo de las neuronas motoras corticoespinales y sus proyecciones subcerebrales (y las neuronas motoras espinales, a este respecto) podrían predisponer a estas poblaciones a la vulnerabilidad y posterior degeneración en la ELA/enfermedad de neurona motora.

Dada la heterogeneidad de los subtipos neuronales del sistema nervioso central, y la complejidad de sus conexiones, los controles moleculares complejos regulan la especificación, diferenciación, conectividad y supervivencia. Las neuronas corticoespinales y sus subconjuntos relacionados de proyecciones neuronales subcerebrales y otras proyecciones de poblaciones neuronales neocorticales son llevadas paso a paso a través de etapas muy específicas de refinamiento en el desarrollo mediante un conjunto de controles interactivos del desarrollo, en su mayor parte reguladores de la transcripción. Estos procesos clave de control del desarrollo que incluyen la parcelación de los progenitores, la diferenciación específica de subtipos, la identidad de área y la ramificación axonal. Los análisis con pérdida de función o ganancia de función para moléculas o genes identificados revelan una lógica molecular anidada en la etapa de progenitoras y en la fase de controles postmitóticos. Estos controles moleculares no sólo actúan en múltiples pasos dirigidos a lo largo del tiempo, sino que también son parcelados en el espacio, distinto en el nivel de subtipo neuronal en la misma posición del espacio, y son dependientes del estado para cada función y combinación concretas. Durante el periodo en el que los progenitores construyen las neuronas, por ejemplo, en el caso de las neuronas motoras conticoespinales, hay muchos tipos distinto de progenitoras, cada uno de los cuales construyen ciertos tipos de neuronas más abundantes,; las neuronas motoras corticoespinales y sus proyecciones subcerebrales se encuentran estrechamente relacionadas con otras corticofugales y corticotalámicas, corticoestriadas, de subplaca y con todas las subcerebrales, incluyendo las proyecciones de las neuronas sensitivas desde la capa cinco al córtex occipital. Estas con construidas a partir de los mismos progenitores, pero pasos posteriores delinean cada subgrupo de las mismas. Por tanto, durante el desarrollo, evolución, y organización de los circuitos del sistema nervioso central, incluso errores muy sutiles se pueden interponer para anticipar una posterior degeneración de poblaciones específicamente vulnerables.

       Un trabajo reciente identifica que las neuronas de las proyecciones subcerebrales no motoras también degeneran selectivamente en modelas de ELA en el ratón, que potencialmente y parcialmente pueden explicar los cambios no motores, cognitivos y sensitivos en la enfermedad de neurona motora. De hecho, se han identificado ahora a partir de este trabajo múltiples genes del desarrollo de estos tipos como genes relacionados con enfermedad humana.

LA TRANSDUCCION RETROGRADA MEDIADA POR EL AAV2 DE LAS NEURONAS MOTORAS CORTICALES REVELA UNA DEGENERACION INICIAL Y SELECTIVA DE LAS DENDRITAS APICALES.

El desarrollo, valoración y aplicación de nuevos planteamientos mediante la utilización de virus asociados a los adenovirus AAV podrían proporcionar una expresión segura y a largo plazo de genes terapéuticos en el sistema nervioso central. Los vectores AAV poseen una baja inmunorreactividad en los humanos y hay varios ensayos en curso en el SNC que exploran su potencial terapéutico para la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Canavan y la enfermedad de Alzheimer. Su aplicación en la esclerosis lateral amiotrófica no se ha evaluado. Estudios iniciales demostraron que el AAV- IGF podría transportarse retrógradamente hacia las neuronas motoras espinales tras su inyección en el músculo. Sin embargo, las neuronas motoras corticoespinales, el componente cortical de los circuitos motores que degenera en la ELA, no se han estudiado en detalle, y la transducción retrógrada mediada por AAV de las neuronas corticoespinales motoras se conoce poco.

Nuestros estudios revelaron que el AAV-1, el 2, 5, 6 y 9 transducían retrógradamente a las neuronas motoras corticoespinales con diversa eficiencia, pero los tipos 7 y 8 no conseguían transducir a dichas neuronas tras su inyección en el trasto corticoespinal. Entre todos los serotipos probados de AAV, el AAV-2 mostraba el mayor nivel de transducción. Además, la transducción retrógrada de las neuronas motoras corticoespinales en los ratones transgénicos con ELA hSOD1, que muestran una degeneración progresiva de tales neuronas, revelaba una degeneración selectiva de las dendritas apicales y pérdida de espinas especialmente en las capas II/III de la corteza motora, donde la función de las neuronas motoras corticoespinales se modula intensamente. Nuestros resultados también demuestran interacciones celulares precisas de las neuronas motoras corticoespinales con la microglía y los astrocitos tanto a nivel del cuerpo celular como de las dendritas apicales.

Este estudio suministra una estrategia de tratamiento valiosa para transportar genes de interés específicamente a las neuronas motoras corticoespinales en la corteza cerebral sin afectar a otras neuronas u otros circuitos e identifica al AAV2-2 como una herramienta potencial para futuros planteamientos de transporte de genes. De hecho, nuestros estudios revelan, en primer lugar, cómo los signos precoces de degeneración celular de las neuronas motoras corticoespinales comienzan en las dendritas apicales con una pérdida pronunciada de espinas y degeneración de las dendritas apicales. La presencia de astrocitos activados y microglía, especialmente en íntimo contacto con las dendritas apicales en degeneración, sugiere su importante papel durante la progresión de la enfermedad.

SEÑALIZACION ABERRANTE DE LA NEURORREGULINA1 EN LOS PACIENTES DE ELA CON SIGNOS DE AFECTACION DE NEURONA MOTORA SUPERIOR

La ELA afecta tanto a los sistemas motores superior como inferior, pero no se conoce cómo están ligados ambos sistemas durante la progresión de la enfermedad.  Recientemente hemos encontrado una señalización aberrante de la neurorregulina1 (NRG1) con activación del receptor de nrg1 sobre la microglía activada en el asta ventral tanto de pacientes de ELA como en ratones SOD1, sugiriendo un mecanismo común patológico. Sin embargo, no está claro si este sistema señalizador juega también un papel en pacientes con clínica de neurona motora superior, donde los pacientes con ELA muestran una pérdida significativa de axones mielinizados en los tractos corticoespinales lo cual no se observa en los ratones SOD1.

Nuestros hallazgos muestran cómo sólo los pacientes con signos de neurona motora superior muestran degeneración focal de los tractos corticoespinales y que cuando ello ocurre, todo el tracto está afectado. Esto difiere de hallazgos recientemente publicados que muestran gradientes de pérdida de neurona motora inferior en función de la progresión de la enfermedad en el asta ventral que suele tener mayores efectos sobre la porción de la médula espinal donde la enfermedad comienza. La activación persistente de los receptores de la NRG1 sobre la microglía activada en los tractos corticoespinales degenerantes así como en el asta anterior puede resultar a partir de patrones de señalización alterada axoglial en la ELA que podrían promover la progresión de la enfermedad y servir como una diana terapéutica potencial para el tratamiento de tanto la enfermedad de neurona motora inferior como de neurona motora superior.

IDENTIFICACION DE FACTORES NEUROTROFICOS PARA SUBGRUPOS DE NEURONAS MOTORAS RELEVANTES EN LA ELA MEDIANTE UNA NUEVA APROXIMACION BASADA EN LA TECNICA FACS.

Los factores neurotróficos representan una alternativa terapéutica prometedora para la ELA humana ya que pueden mejorar la supervivencia de las neuronas motoras durante el desarrollo normal y en modelos de roedores con ELA. Los estudios en ratones knockout, sin embargo, sugerían que difieren los subgrupos de neuronas en su respuesta de supervivencia a los factores de crecimiento. Para identificar los factores de crecimiento para los subgrupos de neuronas motoras relevantes en la ELA, hemos utilizado una combinación de citometría de flujo novedosa, clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS) y técnicas trascriptómicas.

Las neuronas motoras que inervan los músculos de las extremidades, axiales y abdominales se identificaron en la médula espinal de los ratones mediante las técnicas mencionadas, aislándose posteriormente mediante FACS las neuronas motoras de las extremidades, que son vulnerables en la ELA y las neuronas motoras axiales que son relativamente. Ambos subgrupos de neuronas fueron obtenidos con una alta pureza, y se cultivaron en presencia de los factores de crecimiento BDNF,NT-3, LIF,CNTF, CT-1, GDNF, neurturina, artemina o IGF y monitorizada su supervivencia. Los experimentos revelaron unas distintas respuestas de supervivencia de las neuronas de las extremidades y axiales al HGF y al CNTF.  Además, se identificaron diferentes expresiones del receptor c-Met del HGF y del receptor Lifrβ del CNTF en subgrupos de neuronas motoras de extremidades y axiales, respectivamente. En conclusión, este planteamiento identifica aquéllos factores neurotróficos que son críticos para la supervivencia de las neuronas motoras relevantes en la ELA y por tanto proporciona un modo racional de probar factores neurotróficos o combinaciones de los mismos en ensayos preclínicos de la ELA.

DESCIFRANDO EL ENIGMA DE LA VULNERABILIDAD SELECTIVA EN LA NEURODEGENERACION: LAS NEURONAS MOTORAS RESISTENTES A LA DEGENERACION EN LA ELA MUESTRAN DIFERENTES CARACTERISTICAS EN LA EXPRESION GENETICA.

Una característica clínica constante en la ELA es la preservación de los movimientos oculares y la función de los esfínteres externos, con la correspondiente preservación de las neuronas motoras de los núcleos oculomotores del tronco cerebral, y de los núcleos de Onuf en la médula espinal sacra. Estudiar las diferentes propiedades de las neuronas vulnerables y resistentes al proceso de enfermedad en la ELA puede proporcionar conocimientos de los mecanismos de la degeneración neuronal e identificar dianas para la manipulación terapéutica.

Las neuronas oculomotoras resistentes poseen un perfil transcripcional distinto. Estas diferencias en la expresión de los genes puede reflejar su distinto origen embriológico, el distinto ambiente dentro del troncoencéfalo, o diferencias en la estructura y función de las unidades motoras de los músculos oculares, en comparación con otros músculos esqueléticos. Entre las diferencias en la expresión de los genes observadas hay características que hacen a las neuronas oculomotoras resistentes a los procesos degenerativos en la ELA. Los cambios más significativos identificados en el perfil de la expresión genética eran en las subunidades de los receptores del GABA y del glutamato, y confirmamos en estudios funcionales que las neuronas oculomotoras muestran cambios en las corrientes mediadas por AMPA y GABA, los cuales podrían predecir una menor susceptibilidad a la exotoxicidad. Estos hallazgos sugieren que la reducida susceptibilidad a la exotoxicidad es un determinante crucial de la resistencia relativa de las neuronas motoras oculares a la degeneración en la ELA.