Els processos neuroinflamatoris associats a les malalties neurodegeneratives. Si se m’inflama el cervell, se m’oblida el teu nom?

Aquest assaig és una revisió sobre els processos neuroinflamatoris que esdevenen en les malalties neurodegeneratives. Es descriuen les diferents estructures cel·lulars que trobem en el sistema nerviós, i farem especial èmfasi en les cèl·lules de micròglia. Enunciarem breument què se sap sobre l’associació entre aquests processos inflamatoris i diferents malalties com ara la malaltia d’Alzheimer, la malaltia de Parkinson i la malaltia de Huntington. Estudis clínics han intentat associar l’ús d’antiinflamatoris amb la prevenció o alentiment d’aquestes malalties neurodegeneratives, sense que els resultats hagen estat suficientment concloents. Davant l’escàs èxit d’aquest abordatge, s’analitzarà finalment la nova possibilitat d’introduir teràpies immunomoduladores dels processos inflamatoris en aquestes malalties neurodegeneratives.This article provides an overview of the neuroinflammatory processes that occur in neurodegenerative diseases. The different cell structures found in the nervous system are described, with special emphasis on microglia cells. This is followed by a brief review of what is currently known about the link between these inflammatory processes and various diseases such as Alzheimer’s, Parkinson’s and Huntington’s. Some clinical studies have attempted to establish whether the use of anti-inflammatory drugs can prevent or slow down these neurodegenerative diseases, but results have not been sufficiently conclusive. Finally, given the lack of success of this approach, the possibility of developing new immunomodulatory therapies for the treatment of inflammatory processes associated with these neurodegenerative diseases is discussed.Este ensayo es una revisión de los procesos neuroniflamatorios que ocurren en las enfermedades neurodegenerativas. Se describen las diferentes estructuras celulares que encontramos en el sistema nervioso, con especial énfasis en las células de la microglia. Se repasa brevemente lo que se sabe sobre la asociación entre estos procesos inflamatorios u diferentes enfermedades como la enfermedad de Alzhéimer, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington. Estudios clínicos han intentado asociar el uso de antiinflamatorios con la prevención o alineamiento de estas enfermedades neurodegenerativas, sin que los resultados hayan estado suficientemente concluyentes. Frente al escaso éxito de este abordaje, se analiza finalmente la nueva posibilidad de introducir terapias inmunomoduladoras de los procesos inflamatorios en estas enfermedades neurodegenerativas

Estudi del procés de neurodegeneració

Curs 2012-2013Les anomenades malalties neurodegeneratives tenen una simptomatologia i unes manifestacions clíniques molt diferents entre elles. No obstant, totes elles convergeixen en el mateix procés final, la neurodegeneració, que es manifestarà en diferents localitzacions o tipus cel·lulars del sistema nerviós. Nosaltres, plantegem la hipòtesi de que els processos moleculars i cel·lulars subjacents a la neurodegeneració són comuns per totes elles. Després de dur a terme un procés de selecció, es decideix treballar amb la malaltia de Parkinson, la d’Alzheimer, l’Esclerosi lateral amiotròfica i l’esclerosi múltiple. Hem pogut determinar que hi ha set processos moleculars o cel·lulars que estan associats al procés de neurodegeneració i que són comuns a totes elles. Havent-les estudiat per separat s’observa que el procés de neurodegeneració consisteix en una fallada en cadena de diferents sistemes moleculars i cel·lulars que tenen com a punt d’origen l’estrès oxidatiu. A aquest estrès s’hi pot arribar de diferents maneres. Una d’elles és l’exposició excessiva a certs metalls, que provoca la pèrdua dels sistemes antioxidants cel·lulars. Degut a això, els mitocondris reben un impacte oxidatiu massa gran i comencen a fallar. El fet que aquest orgànul actuï com a tampó del calci intracel·lular en provoca la seva desregulació, alterant d’aquesta manera el senyal nerviós. En resposta a l’estrès oxidatiu i tèrmic que genera la disfunció mitocondrial, s’activen les Proteïnes de Xoc Tèrmic (HSP) que actuant de citocines i presentadores d’antígens, inicien la resposta immunològica contra les cèl·lules danyades. Paral·lelament, s’observa un increment de la permeabilitat de la barrera hematoencefàlica degut a la pèrdua de les adhesions cel·lulars estretes per l’alta presència d’espècies reactives. Com a conseqüència de l’afebliment o el trencament de la barrera hematoencefàlica, es pot produir una entrada al SNC de diferents substàncies neurotòxiques i de cèl·lules del sistema immunitàri que, en condicions normals tenen l’accés restringit. Juntament amb aquestes cèl·lules immunològiques, també s’activen les cèl·lules del sistema immunitari innat residents al cervell, la micròglia, i totes elles secreten citocines proinflamatòries que contribueixen al procés de neurodegeneració. Nosaltres presentem els mecanismes pels quals aquesta inflamació, lluny d’atenuar-se, es cronifica per l’acció de certs bucles de retroalimentació positiva. Les diferents peculiaritats de cada malaltia contribueixen en aquest procés de diferents maneres, com és el cas dels pèptids β-amilides en la malaltia d’Alzheimer, l’α-sinucleina en el Parkinson, la superòxid dismutasa (SOD) en l’esclerosi lateral amiotròfica, o l’infiltració de leucòcits al cervell degut a la resposta autoimmune de l’esclerosi múltiple.Deixant de banda aquestes diferències, si el procés és comú entre totes elles, l’estudi a fons d’aquest procés hauria de poder permetre identificar dianes tarapèutiques que siguin comunes per les quatre malalties.Neurodegenerative diseases have different clinical manifestations. However, all of them converge to neurodegeneration, wich manifests itself in different locations or cell types of the CNS. We hypothesize that there must be a series of common molecular or cellular processes underlying neurodegeneration. We first undertook a selection process, to decide to work with Parkinson’s disease, Alzheimer’s disease, Amyotrophic Lateral Sclerosis and Multiple Sclerosis. After a careful analysis of the seven pathomolecular processes we reached the conclusion that the neurodegenerative process consists in a chain failure of different molecular and cellular systems that have at the origin oxidative stress. The ways leading to oxidative stress are diverse; one of them is exposure to some metals. This results in the loss of the cellular antioxidant systems. Because of this, the mitochondrion receives a too big oxidant impact and start to fail. The fact that this organelle acts as an intracellular calcium buffer causes its deregulation, altering the nervous signal. In replay to oxidative and thermal stress generated by the mitochondrial dysfunction, Heat Shock Proteins (HSP) are activated, they act like cytokines and antigen presenter and initiate the immunological response to damaged cells. In parallel, a permeability increase of the blood-brain barrier is observed, caused by the loss of the tight cellular adhesions by the high presence of reactive species. The decay of the bloodbrain barrier allows the passage of different neurotoxical substances and leucocytes that, in normal circumstances have a restricted access to the CNS. Together with these immunological cells, the brain resident innate immunity system cells, known as microglia, are also activated. All of them release proinflamatory cytokines that will contribute to the neurodegenerative process. Here, we present the mechanisms by which inflammation, far from being attenuated, gets cronified by the effect of several positive feedback loops. The different peculiarities of each disease contribute to this process in different ways, as it is the case with β-amyloid peptides in Alzheimer’s disease, α-sinuclein in the Parkinson’s disease, superoxide dismutase (SOD) in Amyotrophic Lateral Sclerosis, or leukocyte infiltration in the brain in the autoimmune response in the Multiple Sclerosis.Leaving aside these differences, if the process is common with all them, the in-depth study of this process should allow identifying some therapeutically targets commons for all four diseases

Mecanismes de control negatiu de la inflamació vehiculats per receptors nuclears

Els receptors nuclears són una família de factors de transcripció dependents de lligand que regulen la reproducció, el desenvolupament, el metabolisme i la resposta immunitària. Diversos membres de la família dels receptors nuclears tenen un paper important en el control negatiu de la inflamació. Centrarem aquesta revisió en alguns dels receptors nuclears que presenten una activitat repressora de la inflamació ben caracteritzada i revisarem els mecanismes moleculars involucrats en aquestes accions antiinflamatòries.Nuclear receptors are a superfamily of ligand-dependent transcription factors that regulate reproduction, development, metabolism and immune responses. Several nuclear receptors play an important role in the negative control of inflammation. In this review we will focus on those nuclear receptors with better characterised anti-inflammatory roles and the molecular mechanisms underlying their actions

Un compost extret del card complementa el tractament de la metàstasi cerebral en el càncer de pulmó

Premis Pharmanews-Fedefarma 2018Hi ha una gran incidència de metàstasi cerebral (MC) en pacients amb càncer de pulmó, en els quals el pronòstic és molt greu i la supervivència molt reduïda. S’han investigat les propietats de la silibinina en diferents estudis que demostren que pot ser un complement al tractament convencional d’aquest tipus de càncer i que ajuda a reduir de manera significativa el tamany de la metàstasi al cervell augmentant així l’esperança de vida dels pacients afectats. S’ha fet una investigació entre diferents estudis científics publicats, amb l’objectiu de dissenyar una nova estratègia per a frenar i reduir el tamany de les MC. S’ha proposat que la silibinina podria inhibir la STAT3, que és una de les principals causants del creixement de la MC

Anticolinesteràsics, Alzheimer i neuroinflamació

La malaltia d'Alzheimer (MA) és una malaltia neurodegenerativa que presenta unes característiques fisiopatològiques i clíniques típiques. És una patologia que va guanyant prevalença amb els anys degut a un augment de l'esperança de vida, ja que el major factor de risc és l'edat, i per l'absència de teràpies efectives. El tractament d'elecció són els inhibidors de l'acetilcolinesterasa (IAChE) però la seva administració només es dóna en pacients amb estadis avançats. D'altra banda, en els últims anys s'ha descobert que l'acetilcolina (Ach) té un paper important en la modulació de la inflamació tant a nivell sistèmic com a nivell de la neuroinflamació del parènquima cerebral dels pacients amb malaltia d'Alzheimer. Aquesta vessant antiinflamatòria de l'acetilcolina es coneix com via colinèrgica antiinflamatòria. Gràcies a aquesta acció, els anticolinesteràsics podrien passar de ser fàrmacs pal·liatius de la malaltia a ser fàrmacs modificadors d'aquesta, però es requeriria una administració més primerenca, per lo que també seria necessari un diagnòstic precoç dels casos d'Alzheimer, això es podria aconseguir gràcies a l'ajuda de biomarcadors específics

Organització molecular dels aferents sinàptics de tipus C i la seva implicació en la patologia degenerativa de la neurona motora

L’esclerosi lateral amiotròfica (ELA) és una malaltia que cursa amb degeneració i pèrdua de les motoneurones (MNs), determinant una paràlisi muscular progressiva i de pronòstic fatal. L’acumulació de la proteïna superòxid dismutasa 1 mal plegada (mfSOD1) en les MNs és el factor intrínsec distintiu de la patologia en el model murí per l’estudi de l’ELA SOD1G93A que reprodueix una forma familiar de la ELA humana. No obstant, factors extrínsecs a les MNs tals com l’activitat elèctrica mitjançada per les aferències sinàptiques, així com l’entorn cel•lular determinat per les cèl•lules glials, també són molt rellevants en la fisiopatologia de l’ELA. Entre les aferències, els botons C (BC) són uns importants reguladors colinèrgics de l’excitabilitat de les MNs. Aquests es caracteritzen per tenir una cisterna subsinàptica (SSC) adjacent a la membrana postsinàptica, on s’hi ha descrit un complex macromolecular específic format per diferents proteïnes, entre elles, la neuregulina-1 (NRG1). Tot i que s’han descrit alteracions en els BC en l’ELA, la funció de la NRG1 en la fisiologia i la patologia de la MN es completament desconeguda. L’objectiu del present treball ha estat caracteritzar millor l’arquitectura molecular del BC i analitzar les seves alteracions així com la implicació en la regulació de la resposta microglial al voltant de les MNs danyades. Per a aquesta finalitat, hem analitzat la localització i distribució de diverses proteïnes dins dels subcompartiments sinàptics del BC i la seva relació amb la glia mitjançant microscòpia confocal i electrònica en diferents models animals. Els resultats demostren que, en la SSC, la NRG1 està situada en microdominis molt específics i no solapats amb altres proteïnes, mentre que el seu receptor, els ErbB2/4, estan presents en el compartiment presinàptic adjacent. D’altra banda, també s’ha evidenciat que les diferents isoformes de NRG1 regulen funcions diferents en el BC específicament a nivell pre- o postsinàptic. Les aferències de tipus C es desorganitzen en presència d’estressos aguts, tals com la lesió del nervi perifèric, on aquesta pèrdua de BCs es produeix en conjunció a un augment del reclutament de cèl•lules microglials. A més, la micròglia, està involucrada en l’eliminació del detritus de terminals sinàptics prèviament desintegrats per la via necroptòtica activada després de l’axotomia. En el model murí SOD1G93A, hem definit 3 fenotips de MNs d’acord a l’expressió de mfSOD1 i a la degeneració vacuolar. Hem caracteritzat aquesta vacuolització utilitzant marcadors mitocondrials i de vesícules extracel•lulars així com la seva relació amb els canvis en les aferències sinàptiques i l’activació microglial. En conjunt, els nostres resultats aporten noves dades sobre l’organització dels BC i dels canvis que tenen lloc tant en lesions agudes en les MNs com en l’ELA. També aportem noves dades sobre la citopatologia relacionada amb l’expressió de mfSOD1 durant les fases inicials de la degeneració de les MNs en l’ELA.La esclerosis lateral amiotròfica (ELA) es una enfermedad que cursa con degeneración y pérdida de las motoneurones (MNs), determinando una parálisis muscular progresiva y de pronóstico fatal. La acumulación de la proteína superóxido dismutasa 1 mal plegada (mfSOD1) en las MNs es el factor intrínseco distintivo de la patología en el modelo murino para el estudio de la ELA SOD1G93A, el cual reproduce una forma familiar de la ELA humana. No obstante, factores extrínsecos a las MNs como la actividad eléctrica mediada por las aferencias sinápticas, así como el entorno celular determinado por las células gliales, también son muy relevantes en la fisiopatología de la ELA. Entre las aferencias, los botones C (BC) son unos importantes reguladores colinérgicos de la excitabilidad de las MNs. Estos se caracterizan por tener una cisterna subsináptica (SSC) adyacente a la membrana postsináptica, dónde se ha descrito un complejo macromolecular específico formado por distintas proteínas, entre ellas, la neuregulina-1 (NRG1). Aunque se han descrito alteraciones en los BC en la ELA, la función de la NRG1 en la fisiología y la patología de la MN es completamente desconocida. El objetivo del presente trabajo ha sido caracterizar mejor la arquitectura molecular del BC y analizar sus alteraciones, así como su implicación en la regulación de la respuesta microglial alrededor de las MNs dañadas. Para esta finalidad, hemos analizado la localización y distribución de varias proteínas de los subcompartimentos sinápticos de los BC y su relación con la glía mediante microscopía confocal y electrónica en distintos modelos animales. Los resultados demuestran que, en la SSC, la NRG1 está ubicada en microdominios muy específicos y no solapados con otras proteínas, mientras que su receptor, los ErbB2/4, están presentes en el compartimento presináptico adyacente. Por otro lado, también se ha evidenciado que las distintas isoformas de NRG1 regulan funciones diferentes en los BC específicamente a nivel pre- o postsináptico. Las aferencias de tipo C se desorganizan en presencia de un estrés agudo como es la lesión del nervio periférico, dónde ésta pérdida de BCs se produce junto a un aumento del reclutamiento de células microgliales. Además, la microglía, está involucrada en la eliminación de los detritus de los terminales sinápticos previamente desintegrados por la vía necroptótica activada después de la axotomía. En el modelo murino SOD1G93A, hemos definido 3 fenotipos de MNs de acuerdo a la expresión de mfSOD1 y a la degeneración vacuolar. Hemos caracterizado la vacuolización mediante marcadores mitocondriales y de vesículas extracelulares, así como su relación con los cambios con las aferencias sinápticas y la activación microglial. En conjunto, nuestros resultados aportan nuevos datos sobre la organización de los BC y de los cambios que tienen lugar tan en lesiones agudas en las MNs como en la ELA. También aportamos nuevos datos sobre la citopatologia relacionada con la expresión de mfSOD1 durante las fases iniciales de la degeneración de las MNs en la ELA.Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal disease characterised by the degeneration and loss of motor neurons (MNs) determining a progressive muscle paralysis. A distinctive intrinsic factor in the ALS mice model SOD1G93A is the accumulation of superoxide dismutase protein in a misfolded form (mfSOD1), reproducing a familiar form of human ALS. However, extrinsic factors such as electric activity mediated by synaptic afferents, along with glial cellular environment, are crucial in ALS physiopathology. Among the afferents, C-boutons (BC) are very important cholinergic regulators of MN excitability. A distinctive feature of BC is the presence of an endoplasmic reticulum-related subsynaptic cistern (SSC) close to the postsynaptic membrane. At this site, a specific macromolecular complex formed by a variety of proteins, including neuregulin-1 (NRG1), has been described. Although some alterations in BC have been described in ALS, the role of NRG1 in BC signalling in normal or altered MNs is not known. The main objective of the present work is to characterise the molecular architecture of BC and to investigate how is altered in injured MNs; also the BC-derived signalling in the regulation of the neuroinflammatory response that takes place at the vicinity of damaged MNs was analysed. To this aim, we applied confocal and electron microscopy in different animal models, and the we have determined the localisation of a variety of proteins in relation to the distinct BC synaptic subcompartments and its relation with glial cells. Our results showed that NRG1 is specifically concentrated at the SSC forming non-overlapping microdomains with other SSC proteins. By contrast, its receptors ErbB2/4 are identified in the adjacent presynaptic compartment. Furthermore, we have also found that different NRG1 isoforms are involved in the regulation of BC morphogenesis acting differentially on its pre- or postsynaptic components. BCs is disorganised in response to acute stressors, such as a peripheral nerve injury. In this situation, the loss of BCs is produced in conjunction of local recruitment of microglial cells. We also described how microglia is involved in the elimination of degenerating synaptic terminal, which were previously disrupted by a mechanism involving necroptotic pathway that was activated after axotomy. In SOD1G93A mice model, we have defined 3 MN phenotypes according to the expression of mfSOD1 and vacuolar degeneration at the early presymptomatic stages of the disease. Vacuolar degeneration was characterised using mitochondrial and extracellular vesicle markers and its relationship with changes in afferent synapses and microglial cell activation. As a whole, our results provide new data on molecular organisation of the BC and the changes that takes place both, in acutely injured MNs and also during ALS. Furthermore, we provide new data regarding the cytopathology of mfSOD1 expression during early phases of MN degeneration in ALS

Efectes de la reperfusió després de la isquèmia cerebral: proteïnes d'estrès cel·lular, estrès oxidatiu i activació del complement

[cat] Globalment, aquesta tesi mostra diversos fenòmens que s’associen a la reperfusió després de la isquèmia cerebral. Per una banda, la inducció de la proteïna Hsp-70, a la que s’atribueixen propietats anti-apoptòtiques i protectores, promourà la supervivència neuronal en la zona de la penombra. La generació d’animals transgènics que expressen una proteïna fluorescent sota el promotor del gen Hsp-70 ens ha permès visualitzar en animals vius la zona de penombra mitjançant tècniques de microscòpia confocal intravital, així com monitoritzar aquesta expressió en regions cerebrals utilitzant tecnologia FRI. Malgrat la inducció de molècules protectores que facilitaran la supervivència neuronal a la zona de penombra, la reperfusió també comporta danys secundaris que s’associen principalment a estrès oxidatiu i inflamació. Aquests danys per reperfusió no s’observen en tots els animals sinó que es posen de manifest en aproximadament la meitat dels animals sotmesos a isquèmia transitòria seguida de reperfusió. Hem trobat que la hiperèmia reactiva en el moment de la reperfusió és un biomarcador de dany per reperfusió. El subgrup d’animals amb hiperèmia reactiva és el que és susceptible de respondre a tractaments antioxidants, com hem demostrat amb l’anàleg sintètic de la vitamina E, CR-6. L’administració oral de CR-6 dues hores després de l’inici de la isquèmia, protegeix els animals hiperèmics disminuint el volum d’infart cerebral i atenuant els dèficits neurològics. Aquesta protecció està relacionada amb una disminució de l’estrès oxidatiu a nivell de la vasculatura cerebral, menor alteració de la permeabilitat de la barrera hematoencefàlica, menor infiltració leucocitària i menor inflamació. La isquèmia/reperfusió també activa el complement. Hem demostrat que la via de les lectines està implicada en la lesió cerebral donat que els animals deficients en la proteïna MBL d’aquesta via tenen lesions de menor mida i presenten menys alteracions neurològiques. Hem demostrat que els efectes perjudicials de la MBL són deguts a la disminució del flux sanguini cerebral durant les hores que segueixen a la reperfusió post-isquèmia. Aquesta disminució està relacionada amb el dipòsit de fibrina/fibrinògen en la microvasculatura cerebral de la zona afectada i amb l’activació de la trombina, tal com demostren els efectes beneficiosos de l’inhibidor de trombina argatroban, que s’observen en els animals que tenen MBL però no en els animals deficients. Els resultats d’aquest treball permeten concloure que diferents estratègies per minimitzar el dany per reperfusió podrien incloure la inducció de l’expressió de Hsp-70 per afavorir la supervivència de les neurones de la penombra, i la inhibició tant de l’estrès oxidatiu com de l’activació del complement per la via de les lectines per evitar la trombosis secundària durant la reperfusió, atenuar l’estrès oxidatiu a l’endoteli vascular i prevenir la ruptura de la barrera hematoencefàlica i la inflamació tissular.[eng] Stroke induces strong expression of the 72-kDa heat-shock protein (HSP-70) in the ischaemic brain, and neuronal expression of HSP-70 is associated with the ischaemic penumbra. The aim of this study was to image induction of Hsp-70 gene expression in vivo after brain ischaemia using reporter mice. A genomic DNA sequence of the Hspa1b promoter was used to generate an Hsp70-mPlum far-red fluorescence reporter vector. The construct was tested in cellular systems (NIH3T3 mouse fibroblast cell line) by transient transfection and examining mPlum and Hsp-70 induction under a challenge. After construct validation, mPlum transgenic mice were generated. Focal brain ischaemia was induced by transient intraluminal occlusion of the middle cerebral artery and the mice were imaged in vivo with fluorescence reflectance imaging (FRI) with an intact skull, and with confocal microscopy after opening a cranial window. Cells transfected with the Hsp70-mPlum construct showed mPlum fluorescence after stimulation. One day after induction of ischaemia, reporter mice showed a FRI signal located in the HSP-70-positive zone within the ipsilateral hemisphere, as validated by immunohistochemistry. Live confocal microscopy allowed brain tissue to be visualized at the cellular level. mPlum fluorescence was observed in vivo in the ipsilateral cortex 1 day after induction of ischae- mia in neurons, where it is compatible with penumbra and neuronal viability, and in blood vessels in the core of the infarction. This study showed in vivo induction of Hsp-70 gene expression in ischaemic brain using reporter mice. The fluorescence signal showed in vivo the induction of Hsp-70 in penumbra neurons and in the vasculature within the ischaemic core. Several lines of evidence support the involvement of mannose-binding lectin (MBL) in stroke brain damage. The lectin pathway of the complement system facilitates thrombin activation and clot formation under certain experimental conditions. In the present study, we examine whether MBL promotes thrombosis after ischemia/reperfusion and influences the course and prognosis of ischemic stroke. Middle cerebral artery occlusion/reperfusion was performed in MBL-deficient and wild-type mice, and the brain lesion was assessed by MRI at days 1 and 7. Relative cerebral blood flow was monitored up to 6 hours after middle cerebral artery occlusion with laser speckle contrast imaging. Fibrin(ogen) was analyzed in the brain vasculature and plasma, and the effects of thrombin inhibitor argatroban were evaluated to assess the role of MBL in thrombin activation. Infarct volumes and neurological deficits were smaller in MBL knockout mice than in WT mice. Relative cerebral blood flow values during middle cerebral artery occlusion and at reperfusion were similar in both groups, but decreased during the next 6 hours in the WT group only. Also, the WT mice showed more fibrin(ogen) in brain vessels and a better outcome after argatroban treatment. In contrast, argatroban did not improve the outcome in MBL knockout mice. MBL promotes brain damage and functional impairment after brain ischemia/reperfusion in mice. These effects are secondary to intravascular thrombosis and impaired relative cerebral blood flow during reperfusion. Argatroban protects WT mice, but not MBL knockout mice, emphasizing a role of MBL in local thrombus formation in acute ischemia/reperfusion