Papel de sp-1 y de s100a10 en la muerte de motoneuronas tras la transección del XII par craneal y en un modelo de esclerosis lateral amiotrófica

Resumen

RESUMEN Estudios previos de nuestro laboratorio demostraron que la acción persistente de la vía óxido nítrico (NO)/guanilato ciclasa soluble (GCs)/proteína quinasa G (PKG), induce un aumento en la excitabilidad de las motoneuronas (MNs), tras la lesión de sus axones por la inhibición, al menos en parte, de las corrientes de fuga de K+ tipo TASK. Las MNs expresan fundamentalmente heterodímeros TASK-1/TASK-3. El mecanismo de acción por el cual la cascada NO/GCs/PKG inhibe estas corrientes requiere de la actividad Rho quinasa (ROCK) y conlleva el aumento de la expresión de S100A10, factor de retención en retículo endoplásmico para las subunidades TASK-1. La vía NO/GCs/PKG/ROCK aumentó la actividad del promotor de S100A10 por un mecanismo dependiente de la unión de Sp1 al promotor. El aumento en la expresión de S100A10 fue acompañado de un déficit de la expresión en la membrana plasmática de las MNs de TASK-1. La disminución en la expresión en membrana de estos canales de fuga de K+ se asoció a una hiperexcitabilidad de la MN. La hiperexcitabilidad puede sensibilizar a las neuronas a la muerte por excitotoxicidad, principal causa de muerte de las neuronas durante el desarrollo de muchas enfermedades neurodegenerativas, así como tras una lesión en el SNC. En este sentido, en nuestro laboratorio habíamos obtenido evidencias in vitro de que la inhibición de los subunidades TASK-1 aumenta la sensibilidad de las MNs a estímulos excitotóxicos. Por el contrario, la reducción en los niveles de expresión de S100A10 protegió a las MNs ante estímulos excitotóxicos de una manera dependiente de TASK-1. Así pues, basado en los resultados obtenidos previamente en nuestro laboratorio el principal objetivo de este trabajo fue buscar evidencias de la participación de la vía NO/ROCK/Sp-1/S100A10/TASK-1 en la degeneración de las MNs en dos modelos de patologías motoras que cursan con la muerte excitotóxica de las MNs. La neurotmesis de un nervio motor, el XII par craneal (nXII) en el ratón adulto, es un modelo de degeneración neuronal inducido por traumatismo físico de nervio periférico. Por otro lado utilizamos los ratones transgénicos que portan el gen de la superóxido dismutasa humana mutada (SOD1G93A) como modelo de esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Tras la neurotmesis del nXII, los niveles de expresión de Sp1 y S100A10 aumentaron, mientras que los de TASK-1 disminuyeron, en el núcleo hipogloso (NH) lesionado con respecto a su lado control, antes de que la pérdida de MNs fuera apreciable. Del mismo modo, se observaron cambios similares en la expresión de estas proteínas en el NH de ratones SOD1G93A en la fase degenerativa de la enfermedad (4 meses de edad). Estos hallazgos apoyaban la participación de la triada Sp1/S100A10/TASK-1 en el desarrollo de ambas patologías. La administración de un inhibidor de amplio espectro de la NO sintasa (NOS), el L-NAME, o de un inhibidor de ROCK, el Fasudil, redujo significativamente la pérdida de MNs inducida por la neurotmesis del nXII a los 21 días pos-lesión. De manera interesante, la administración diaria de la mitramicina A (MTM), policétido bacteriano que inhibe la unión de Sp1 a ADN, también resultó ser neuroprotector en el modelo de lesión. El tratamiento aplicado con MTM resultó en un descenso en los niveles de expresión de S100A10 y un aumento de TASK-1 a nivel troncoencefálico. Además, el efecto beneficioso de la MTM se repitió en ratones knock-out para TASK-3, pero no para TASK-1. Se trataron ratones SOD1G93A con MTM en el agua de bebida desde el primer mes de edad, momento desde el cual ya se observaron cambios en la expresión de Sp1 y S100A10 en estos ratones. En primer lugar se confirmó que el tratamiento crónico con MTM resultó en un descenso en la expresión de S100A10 y un aumento de TASK-1 en el tronco del encéfalo. Además se observó que el tratamiento con MTM aumentó el número de MNs en las porciones lumbares (L1-L3) de la médula espinal en comparación con los animales SOD1G93A que recibieron el vehículo. Esto prometedores resultados fueron acompañados de mejoras en el comportamiento motor de los animales tratados con MTM cuando fueron evaluados mediante los tests de rotarod y footprint. Por último, se observó un aumento en la supervivencia de los animales tratados con MTM cuando se compararon las curvas de supervivencia de Kaplan-Meyer de esto animales con respecto a los tratados con vehículo. Todos estos resultados apuntan a que la vía de señalización NO/ROCK/Sp1/S100A10/TASK-1 contribuye a la muerte de las MNs en diversas patologías motoras. Además, describimos aquí un compuesto, la MTM, aprobado por la FDA para su uso en humanos, como una potencial herramienta terapéutica en diversas patologías motoras, entre ellas la ELA. La producción de NO es un suceso común a multitud de enfermedades neurodegenerativas. Además, la expresión de las subunidades TASK-1 y de S100A10 en el sistema nervioso no se limita a MNs, sino que ambas proteínas se encuentran distribuidas ampliamente por todo el sistema nervioso en distintos tipos celulares. Por tanto, la vía de señalización estudiada podría sensibilizar a las neuronas a la muerte en multitud de enfermedades neurodegenerativas, además de en los modelos presentados en este trabajo.