Caracterización de los mecanismos que modifican el citoesqueleto de actina en degeneración axonal de neuronas sensoriales y su impacto en el proceso degenerativo

Abstract

La Degeneración Axonal (DA) es un proceso normal del desarrollo del sistema nervioso. La DA participa junto con otros procesos (como el guiado axonal, el colapso de conos de crecimiento o la retracción axonal) en la maduración de los circuitos neuronales para que lleguen a ser funcionales. Interesantemente, muchos mecanismos moleculares que controlan la DA del desarrollo, también participan de la DA en condiciones patológicas, como en el caso de una lesión axonal (como ocurre en la Degeneración Walleriana) o en enfermedades neurodegenerativas (como en Alzheirmer o Parkinson). Es por todo esto que ha resultado de gran interés en los últimos años conocer en detalle los mecanismos involucrados en la destrucción del axón en diversos contextos. El citoesqueleto axonal participa directamente en la mantención estructural y funcional de los axones. Evidencias previas sugieren un rol de vías de señalización que controlan la dinámica del citoesqueleto de actina durante el desarrollo, lesiones axonales y algunas patologías. Sin embargo, hasta la realización del presente trabajo no existían evidencias de los cambios directos provocados por la degeneración en la estructura del citoesqueleto de actina y sus componentes asociados, como las estructuras periódicas de citoesqueleto asociado a membrana de actina/espectrina (MPS, por sus siglas en inglés). En este marco, el objetivo general de la tesis fue evidenciar cambios estructurales en el citoesqueleto de actina y el MPS de neuronas sensoriales en un modelo de DA del desarrollo (Privación de NGF, PNGF) y en un modelo de Degeneración Walleriana (DW, corte del axón), mediante métodos de microscopía de super-resolusión (STED y Microscopía de Expansión) y microscopía confocal. En primer lugar evidenciamos que la privación de NGF provoca cambios tempranos en el citoesqueleto de F-actina (axones y conos de crecimientos) y por nanoscopía STED demostramos que el remodelado de MPS es temprano y que su posterior pérdida precede la fragmentación axonal. Identificamos su rol clave en la mantención axonal cuando evidenciamos que la protección farmacológica del MPS retarda la fragmentación de los axones en vías de degeneración. En el segundo objetivo, validamos la utilización de Microscopía de Expansión cuantitativa para evidenciar el MPS y evaluar cambios en su abundancia y organización. En el tercer objetivo de la tesis utilizamos esta técnia para evaluar cambios en el citoesqueleto de actina y en la organización del MPS axonales durante la Degeneración Walleriana. Pudimos evidenciar cambios tempranos de F-actina en conos de crecimiento de axones distales. La organización y abundancia del MPS, también fue afectada significativamente a tiempos tempranos de la Degeneración Walleriana. Esta pérdida del MPS precedió la fragmentación axonal y la disrupción farmacológica de los mismos aceleró el proceso de pérdidas de axones. En su conjunto, los resultados del presente trabajo de tesis, aportan por primera vez datos claves sobre el rol estructural del citoesqueleto de F-actina y componentes asociados (MPS) en la mantención axonal en dos modelos de degeneración. Sumado a esto, también se logró poner a punto la técnica de Microscopía de Expansión como método cuantitativo de súperresolución para la observación del MPS utilizando microscopios de fluorescencia convencionales.