Papel de mTOR en la fisiología y patología cerebral

Abstract

mTOR es una quinasa que se encuentra en la célula formando parte de dos complejos: mTORC1 y mTORC2 (mTORCs). Ambos complejos son capaces de coordinar diferentes respuestas celulares de carácter anabólico y catabólico con el objetivo de mantener la homeostasis celular. Debido a su localización celular, mTORCs son considerados centros integradores de señales, pues su actividad se encuentra determinada por la disponibilidad de determinados nutrientes que convergen en ellos mediante diferentes vías de señalización molecular. mTOR adquiere un papel relevante en el Sistema Nervioso Central (SNC) y su desregulación se encuentra asociada a diversas patologías neurodegenerativas, entre las que están la isquemia cerebral o la enfermedad de Alzheimer (EA). Si bien ambas enfermedades presentan una etiología y desarrollo dispar, comparten ciertas similitudes entre las que se encuentran diversos factores de riesgo tanto genéticos como ambientales, entre los que se encuentran lesiones vasculares que pueden producir episodios hipóxicos. Además, ambas patologías presentan una desregulación diferente en la actividad de mTORCs. Por ello, en la presente Tesis Doctoral hemos decidido explorar el papel de mTOR en la isquemia cerebral y la EA mediante el uso de modelos celulares y animales. En primer lugar, mediante el uso de cultivos primarios de neuronas y astrocitos de corteza cerebral de ratón expuestos a una privación de oxígeno y glucosa (OGD), hemos confirmado que existe una desregulación de la actividad de mTORCs distinta, en cada uno de los tipos celulares, debido a cambios desiguales en la actividad de las vías PI3K/Akt/mTORC1 y AMPK, lo que induce alteraciones en algunas de las funciones celulares que controlan estos complejos. En neuronas, existe un aumento de la apoptosis, un incremento transitorio y defectivo de la respuesta autofágica y una reducción del tamaño neuronal dependiente del tiempo. En astrocitos, hemos observado cambios morfológicos, incremento en los niveles de GFAP y una ralentización de la tasa de división celular, sin afectar a su supervivencia. Debido a la vulnerabilidad de las neuronas al OGD, realizamos varios abordajes de regeneración como la reoxigenación (ReOx) y la inducción de la autofagia que no mejoraron la viabilidad de los cultivos. Sin embargo, el uso de medios condicionados por astrocitos (ACM) mostró un efecto neuroprotector, sugiriendo la importancia de las células de glía en los procesos de regeneración neuronal. Curiosamente, la inhibición de mTORCs mediante la administración de rapamicina en ratones isquémicos, redujo el volumen de lesión cerebral disminuyendo la pérdida neuronal debido, en parte, a una reducción en la respuesta glial. Lo que confirma el beneficio frente al daño isquémico, de la modulación de la actividad de mTORCs glial, como posible herramienta terapéutica. En segundo lugar, mediante el uso de cultivos neuronales del ratón transgénico (Tg) APP/PS1, modelo de la EA, hemos caracterizado que las neuronas Tg presentan una mayor actividad de la vía PI3K/Akt/mTORC1, así como una mayor vulnerabilidad al OGD que las neuronas Wt. Además, hemos observado que el OGD genera una reducción en la amiloidosis neuronal mediante mecanismos independientes de la proteólisis de la proteína APP, los cuales estamos tratando de elucidar. En conjunto, estos datos ponen de manifiesto el posible uso de mTOR como diana terapéutica para reducir la neurodegeneración asociada a ambas enfermedades