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Role of SNARE-dependant gliotransmitter release by astrocytes on the modulation of synaptic plasticity by BDNF

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Os astrócitos são um dos quatro tipos de células da glia que podemos encontrar no Sistema Nervoso Central (SNC), sendo os outros três a microglia, os oligodendrócitos e as células NG2 positivas. Os astrócitos são o tipo de célula da glia mais abundante no SNC, sendo responsáveis por numerosas e complexas funções essenciais para bom funcionamento neuronal, através da sua ação sobre a transmissão sináptica e excitabilidade neuronal e sobre o processamento da informação transmitida pelos circuitos neuronais. Estas células têm também a capacidade de executar numerosas funções de suporte neuronal, colaborando no suporte trófico dos neurónios, nos processos de sobrevivência e diferenciação neuronal, no crescimento neurítico, em processos de manutenção da eficiência sináptica, e regulação das concentrações extracelulares de iões, contribuindo assim para a homeostasia do cérebro. Os astrócitos desempenham grande parte das suas funções através da libertação de mensageiros neuroactivos, denominados gliotransmissores. Os principais gliotransmissores são o glutamato, a adenosina trifosfato(ATP), a D-Serina, o brain-derived neurotrophic factor (BDNF) e também o tumor necrosis factor alpha (TNF-α). A libertação destas moléculas para a fenda sináptica e as interações resultantes entre estes gliotransmissores com os seus recetores, localizados tanto a nível pré como pós-sináptico, levam à modulação da atividade sináptica. O modelo que descreve o mecanismo de comunicação bidirecional entre astrócitos e neurónios denomina-se de sinapse tripartida. Este modelo propõe que após a libertação de neurotransmissores/neuromoduladores para a fenda sináptica pelo neurónio pré-sináptico, estes mesmos neurotransmissores/neuromoduladores irão ligar-se não só aos seus recetores a nível do neurónio pós-sináptico mas também ao nível dos seus recetores específicos que se encontram ao nível da membrana plasmática do astrócito que envolve a sinapse. Os astrócitos possuem inúmeros tipos distintos de recetores para os vários neurotransmissores/neuromoduladores ao nível da sua membrana plasmática, pelo que podem assim desencadear respostas consoante os neurotransmissores/neuromoduladores que são libertados. A ligação destas moléculas aos respetivos recetores astrocitários podem desencadear um aumento da concentração intracelular de Ca2+. O aumento da concentração intracelular deste ião leva à libertação de gliotransmissores para a fenda sináptica, permitindo fenómenos de modulação da atividade sináptica. As sinapses possuem plasticidade que varia consoante a sua atividade, sendo que este mecanismo tem um papel vital no desenho das conexões sinápticas, particularmente durante o período de desenvolvimento. Esta plasticidade, num entanto, também se encontra presente no cérebro adulto, sendo aceite que a formação de memórias se baseia em alterações da eficiência sináptica que fortalecem as associações entre neurónios comunicantes, o que por sua vez permite o armazenamento de informação. A este fortalecimento dá-se o nome de Long Term Potentiation (LTP). A indução de LTP envolve numerosos recetores, nomeadamente a família dos recetores NMDA de glutamato. Durante fenómenos de estimulação, onde existe uma intensa despolarização da membrana do neurónio pós-sináptico, verifica-se um desbloqueio dos canais de cálcio destes recetores, que normalmente se encontram bloqueados pela presença de iões Mg2+. A abertura destes canais leva à entrada de Ca2+ para o interior do neurónio pós-sináptico, levando a um aumento da concentração intracelular deste mesmo ião, que leva à ativação das vias metabólicas da proteína cinase dependente de calmodulina II (CaMKII) e Proteína Cinase A (PKA) que têm um papel fundamental na potenciação da sinapse. A ativação da proteína CaMKII leva a alterações morfológicas menores, como o aumento das espinhas dendríticas e o aumento da condutividade dos recetores AMPA; por outro lado, a ativação da PKA leva à ativação dos fatores de transcrição CREB e ERK, que desencadeiam também alterações que potenciam a sinapse. Nos últimos anos vários grupos demonstraram que os astrócitos modulam a LTP através da libertação de gliotransmissores, nomeadamente o glutamato, a D-serina e o ATP. A libertação de ATP e a sua consequente metabolização a adenosina ao nível da fenda sináptica tem especial importância, uma vez que a adenosina extracelular formada exerce a sua acção sobre a transmissão sináptica. A adenosina actua através da ligação a quatro tipos diferentes de recetores acoplados a proteínas G: os recetores A1 e A3, que estão acoplados a subunidades Gi/o, levando a respostas inibitórias quando ativados; e recetores A2A e A2B, que estão acoplados a subunidades Gs, levando a respostas excitatórias quando ativados. O BDNF é uma neurotrofina com um papel neurofisiológico bastante importante por estar envolvido na regulação do desenvolvimento dos circuitos nervosos, na diferenciação e crescimento de axónios e dendrites, na formação e maturação de sinapses. Para além disso, o BDNF tem também um papel na regulação dos circuitos neuronais maduros e na regulação da LTP e long term depression (LTD), podendo potenciar a magnitude da LTP. O efeito facilitatório do BDNF sobre a magnitude da LTP acontece devido à ativação dos recetores TrkB, aos quais se liga com grande afinidade. A ativação dos recetores TrkB leva a alterações tanto a um nível pré-sináptico como pós-sináptico, que têm como consequência o aumento da excitabilidade do neurónio pós-sináptico. Existe também evidências de que este efeito potenciador do BDNF sobre a magnitude da LTP é dependente da ativação dos recetores A2A de adenosina. Uma vez que os astrócitos têm a capacidade de controlar a LTP por libertação de gliotransmissores, e adicionalmente o BDNF também modula a magnitude da LTP de um modo dependente da activação dos receptores A2A de adenosina, o objectivo do presente trabalho foi avaliar se o efeito do BDNF na LTP depende da libertação de gliotransmissores, nomeadamente ATP/adenosina. Para tal, foram realizados estudos electrofisiológicos, nomeadamente indução de LTP, utilizando fatias agudas de hipocampo obtidas a partir de ratinhos da estirpe dn-SNARE. Estes animais expressam um transgene (porção citosólica do domínio SNARE da sinaptobrevina 2) selectivamente em astrócitos, que pode ser manipulado, por administração de doxiciclina, de modo a bloquear ou ativar a gliotransmissão. Neste trabalho observou-se que um estimulo de indução de LTP θ-burst aumentou o declive dos fEPSP em 22±10% nos ratinhos WT (+DOX), e que nas mesmas fatias mas em presença de BDNF (20ng/ml), o mesmo paradigma de estimulação aumentou o declive dos fEPSP em 55±6.8% (p<0.05, n=5). O que corresponde a um efeito estatisticamente significativo do BDNF sobre a magnitude da LTP. Em ratinhos dn-SNARE (-DOX) a magnitude da LTP foi de 24±4% em condições controlo (sem BDNF) e de 29±3% em fatias tratadas com BDNF (p>0.05, n=4). Observou-te também que o efeito do BDNF é dependente da activação dos receptores de adenosina, uma vez que o efeito potenciador desta neurotrofina sobre a LTP foi perdido na presença do antagonista selectivo dos receptores A2A (SCH 58261) em animais dn-SNARE (+DOX). Estes resultados sugerem que a libertação de gliotransmissores pelos astrócitos controla o efeito potenciador do BDNF sobre a LTP. Uma vez que a activação dos receptores A2A da adenosina é fundamental para os efeitos mediados pelo BND na LTP, colocou-se a hipótese que os astrócitos seriam a possível fonte de adenosina envolvida da neste processo. Para testar esta hipótese fatias de hipocampo provenientes de ratinhos dn-SNARE (-DOX) foram perfundidas com o agonista selectivo dos receptores A2A de adenosina (CGS 21680 (30nM)), previamente ao tratamento com BDNF (20ng/ml). Na presença de CGS 21680 (30ng/ml), o estimulo θ-burst induziu um aumento do declive de 39±2%, e na presença de CGS 21680 (30ng/ml) e BDNF (20ng/ml) o declive dos fEPSP foi de 78±12% (p<0.05, n=3), o que corresponde a um efeito estatisticamente significativo do BDNF sobre a magnitude da LTP de 100% . Estes resultados mostram que os astrócitos têm um papel ativo na ação facilitadora do BDNF sobre a LTP e sugerem também que a principal fonte de adenosina envolvida no efeito do BDNF serão os astrócitos, através da sua libertação de ATP para a fenda sináptica e a posterior transformação deste ATP em adenosina. A adenosina assim formada leva à ativação de recetores A2A, permitindo a ação facilitadora do BDNF sobre a LTP. É importante de notar que outros gliotransmissores, nomeadamente o glutamato e a D-serina poderão ter também um papel ativo sobre esta ação do BDNF, juntamente com a adenosina. Assim sendo, o estudo do papel destes gliotransmissores sobre o mecanismo de potenciação da LTP pelo BDNF seria bastante interessante. Por outro lado, a replicação dos resultados obtidos neste trabalho usando um maior número de animais seria de elevado interesse, de modo a confirmar a viabilidade destes mesmos resultados.
Autores principais:	Jesus, João Pedro de Almeida, 1993-
Assunto:	Astrócitos LTP Fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) dn-SNARE Gliotransmissão Receptores A2A de adenosina Teses de mestrado - 2017
Ano:	2017
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa