Modulación molecular de la función del receptor neuronal α7

El sistema nervioso está formado por una compleja red de billones de neuronas que utilizan señales específicas para comunicarse entre sí. La sinapsis química es una unión funcional entre neuronas en la que el neurotransmisor liberado por una de ellas interactúa específicamente con proteínas de membr...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Lasala, Matías
Otros Autores: Bouzat, Cecilia
Formato: tesis doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2019
Materias:
Bioquímica
Sistema nervioso
Receptores
Receptor nicotínico
Patch-clamp
Acceso en línea:http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/4650
Aporte de:
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) de Universidad Nacional del Sur
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description El sistema nervioso está formado por una compleja red de billones de neuronas que utilizan señales específicas para comunicarse entre sí. La sinapsis química es una unión funcional entre neuronas en la que el neurotransmisor liberado por una de ellas interactúa específicamente con proteínas de membrana de la otra, los receptores postsinápticos. Los receptores de la familia cys-loop, que incluye al receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR, nicotinic acetylcholine receptor), son miembros de la superfamilia de los canales pentaméricos activados por ligando (pLGICs, pentameric ligand-gated ion channels). Están formados por cinco subunidades iguales - receptores homoméricos - o diferentes - receptores heteroméricos -. Los receptores poseen un dominio extracelular, que contiene los sitios de unión al agonista localizados entre dos subunidades adyacentes; un dominio transmembrana, que forma el canal y contiene sitios alostéricos para la acción de moduladores; y un dominio intracelular, de importancia en la conductancia del canal y en su modulación intracelular. El receptor α7 es el prototipo de receptor homopentamérico de la familia de los nAChRs. Es uno de los nAChRs más abundantes en el sistema nervioso, aunque también se encuentra presente en otros tejidos. En neuronas modula la liberación de neurotransmisores e induce respuestas estimulatorias, contribuyendo a la cognición, el procesamiento de la información sensorial y la memoria. En tejidos no neuronales está involucrado en inmunidad, inflamación y neuroprotección. Debido a sus múltiples funciones, emerge actualmente como nuevo blanco terapéutico para desórdenes neurológicos e inflamatorios. En el primer capítulo de este trabajo de tesis exploramos el rol funcional de una subunidad truncada del receptor α7 específica de humanos, dupα7. Dicha subunidad, que carece de una región del dominio N-terminal extracelular que comprende parte del sitio de unión al ligando, se encuentra asociada con desórdenes neurológicos e inmunomodulación. Utilizando expresión heteróloga en células de mamífero en conjunto con microscopía de fluorescencia y registros de electrofisiología mediante la técnica de patch clamp, determinamos que: i) dupα7 no es capaz de formar homopentámeros funcionales activables por acetilcolina o por un agonista alostérico; ii) La subunidad dupα7 puede combinarse con la subunidad α7 para formar heteropentámeros de diferentes estequiometrías, con características cinéticas similares a las del receptor α7; iii) Es necesaria la presencia de al menos dos subunidades α7 ubicadas en forma consecutiva en el heteropentámero para que los receptores sean funcionales; iv) La expresión conjunta de dupα7 y α7 disminuye la disponibilidad de sitios de unión al agonista, reduciendo la sensibilidad de los receptores. En forma global, nuestros resultados muestran que la subunidad dupα7 posee un rol modulador negativo sobre la actividad del receptor α7. En el segundo capítulo, se evaluó la modulación de los péptidos β-Amiloide 1-40 y 1-42 sobre el receptor α7. Dichos péptidos poseen un rol fundamental en la enfermedad de Alzheimer, dado que su acumulación excesiva en el cerebro provoca la formación de placas seniles, a partir de las cuales se desarrolla un proceso de neurodegeneración e inflamación. Sin embargo, evidencias más recientes sugieren que son las formas oligoméricas de β-Amiloide las especies más neurotóxicas. Empleando estudios espectrofluorimétricos y la técnica de patch clamp demostramos que: i) Los oligómeros β-Amiloide provocan cambios conformacionales en el receptor α7 que pueden ser detectados por la sonda conformacional cristal violeta; ii) Los oligómeros de péptidos β-Amiloide son capaces de activar al receptor α7 en concentraciones del orden picomolar o nanomolar bajo; iii) Los oligómeros β-Amiloide reducen la potenciación de α7 por moduladores alostéricos positivos (PAMs, positive allosteric modulators) a concentraciones del orden nanomolar o micromolar bajo; iv) La reducción de la potenciación causada por los péptidos β-Amiloide no es específica del tipo de modulador alostérico positivo. Estos resultados demuestran un rol dual, dependiente de la concentración, de los oligómeros de β-Amiloide como agonistas y como moduladores negativos de α7. El efecto inhibitorio podría contribuir al deterioro cognitivo asociado a la enfermedad de Alzheimer. Por último, en el tercer capítulo se evaluó la acción del ion Ca2+ como modulador alostérico positivo de α7. Existen reportes sobre cationes divalentes que actúan como moduladores de los pLGICs, variando su efecto según el tipo de receptor. Sobre α7, el ion Ca2+ actúa como un PAM, pero la base mecanística de esta acción no ha sido explorada. Combinando registros de corrientes macroscópicas y de canal único en las configuraciones cell-attached e inside-out de la técnica de patch clamp demostramos que: i) La presencia del ion Ca2+ extracelular potencia la respuesta macroscópica a acetilcolina y a colina dependiendo de la concentración de agonista; ii) La ausencia de Ca2+ en la solución extracelular disminuye la frecuencia de apertura del canal y aumenta levemente la corriente unitaria; iii) El mecanismo por el cual el ion Ca2+ potencia la respuesta al agonista es compatible con el aumento de la probabilidad de apertura del canal. De este modo, identificamos el mecanismo asociado a la acción moduladora de calcio sobre el receptor α7. Nuestros resultados contribuyen al entendimiento de la modulación del receptor α7 por una subunidad proteica asociada con enfermedades neurológicas, por péptidos amiloides producidos en patologías neurodegenerativas y por el catión Ca2+, todos procesos de relevancia en la señalización colinérgica en el sistema nervioso central.

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