Papel de las proteínas BMPs en la regulación de la neurogénesis hipocampal adulta

En determinadas regiones del cerebro de los mamíferos, nuevas neuronas nacen a lo largo de la vida del individuo debido a la existencia de células madre neurales (NSCs). La neurogénesis en el cerebro adulto ocurre en dos zonas determinadas: la zona subventricular (ZSV) de los ventrículos laterales y la zona subgranular (ZSG) del giro dentado del hipocampo. Señales locales, como los ligandos de la familia de las Wnt, regulan la proliferación y diferenciación de las NSCs. Otras señales, como las Proteínas Morfogenéticas de Hueso (BMPs), están implicadas en el mantenimiento de la quiescencia de las NSCs. Sin embargo, los mecanismos moleculares que subyacen a este proceso no están totalmente caracterizados. En esta tesis mostramos que las células madre y progenitores hipocampales adultos (AH-NSPCs) expresan receptores de la familia de las BMPs, y señalizan a través de estos receptores para regular la diferenciación de las NSCs. En nuestro trabajo se muestra como la señalización de BMP2/4 a través del receptor de tipo I BMPR1A es suficiente para aumentar la neurogénesis a partir de células madre hipocampales in vitro, y que esta señalización determina el linaje neuronal en las primeras 24 horas del proceso. También hemos observado que la señalización de BMPs incrementa la expresión del gen Lef1, miembro de la ruta canónica de las Wnt, sugiriendo un efecto sinérgico entre ambas rutas. Estos resultados muestran un posible “crosstalk” entre la señalización de las proteínas BMPs y las Wnt durante la neurogénesis hipocampal adulta. De la misma forma, en este trabajo barajamos la posibilidad de que las proteínas BMPs pudieran participar en el proceso de maduración neuronal. Nuestros resultados muestran que BMP2/4/6, pero no BMP7, aumentan la complejidad morfológica de las nuevas neuronas generadas a partir de AH-NSPCs in vitro, afectando a la longitud tanto de las neuritas primarias como secundarias. También mostramos como el silenciamiento y la inhibición del receptor de tipo II BMPR2 y de tipo I ACVR1 disminuyen la respuesta de las neuronas a BMP6 y, por tanto, reducen la complejidad neuronal y la maduración. Por otro lado, la expresión de las formas constitutivamente activas de los receptores de tipo I ACVR1 y BMPR1B utilizando lenti y retrovirus recapitulan el efecto madurativo de BMP6 in vitro. Pero el efecto generado depende en cualquier caso del gradiente de concentración de las BMPs, ya que tanto la exposición a concentraciones altas de BMP6 in vitro, como la expresión de las formas activas de los receptores tipo I bajo un promotor fuerte (CAG) in vivo, generan un efecto negativo y una disminución de la maduración neuronal. En nuestro estudio también quisimos caracterizar el efecto de BMP6 sobre las células madre y progenitores neurales del hipocampo, ya que se ha descrito un aumento de BMP6 en esta zona durante el envejecimiento y en la enfermedad de Alzheimer, tanto en modelos animales como en humanos. En primer lugar, hemos podido observar que la exposición a BMP6 promueve la salida de ciclo celular de las AH-NSPCs, efecto que puede ser atribuido a un incremento de la diferenciación astroglial, ya que no encontramos indicios de muerte celular o senescencia. Hemos explorado la posible fuente celular del aumento de esta proteína durante el envejecimiento, concluyendo que no se trata de un efecto autónomo celular debido a la sobreexpresión de BMP6 por parte de las AH-NSPCs. Tampoco parece deberse a una sobreexpresión por parte de las células microgliales, como se había sugerido anteriormente. Nuestro estudio apunta a las células de las meninges como posible fuente celular de la BMP6 en el cerebro. Además, el aumento de BMP6 en el hipocampo durante el envejecimiento parece coincidir con el aumento de esta misma proteína en el suero de ratones Crl:CD1 de edad avanzada, así como en ratones del modelo de senescencia acelerada SAMP8 de forma temprana, lo que abre la posibilidad a que el acúmulo de BMP6 con la edad no sea exclusivo del hipocampo.Neural stem cells generate new granule neurons in the hippocampal dentate gyrus throughout the adult life in most mammalian species. These new neurons play a key role in spatial learning and pattern separation. However, the molecular mechanisms that control their dendritic arborization and morphological maturation in the adult hippocampus remain poorly understood. Local niche signals, such as the Bone Morphogenetic Protein (BMP) family of ligands, could potentially participate in this process. We hereby show that BMP2/4/6, but not BMP7, increase neuronal complexity of rat hippocampal neurons generated from adult hippocampal progenitros in vitro, affecting both primary and secondary dendritic length. We also show that downregulation of BMP receptors, BMPR2 (Type II receptor) and ACVR1 (Type I receptor), impairs the response of the neurons to BMP6 and thus reduces neuronal complexity and maturation. On the other hand, overexpression of a constitutive active form of ACVR1 using lenti and retroviruses recapitulates the maturation effect of BMP6 in vitro. Future studies employing postnatal electroporation of a construct containing the constitutive active form of ACVR1 will address if the role BMP signaling is conserved in vivo