Cambios celulares producidos por la citotoxicidad del líquido cefalorraquídeo de pacientes con esclerosis lateral amiotrófica sobre cultivos de neuronas motoras

Resumen: Introducción: Los efectos neurotóxicos del líquido cefalorraquídeo (LCR) procedentes de pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) han sido descritos por varios autores que han atribuido esta neurotoxicidad al efecto de glutamato del LCR-ELA. Material y métodos: Se han expuesto cultivos de neuronas embrionarias corticales de rata con un incubación de 24 h y el LCR procedente de pacientes con ELA, valorando las alteraciones celulares a través de microscopía óptica en comparación con aquellas que produce con 100 mM de glutamato y la inmunohistoquímica de caspasa-3, TNF y periferina a través de microscopia confocal. Resultados: En el cultivo expuesto a LCR-ELA se observan células con fragmentación del núcleo con escasa o nula modificación estructural de los organelos citoplasmáticos y mantenimiento de la membrana plasmática, lo que no ocurre con la exposición a glutamato. Se observa un aumento de caspasa-3 y de TNFα y un incremento de periferina que co-localiza con caspasa-3 pero no con TNFα, lo hace sugerir que puede tener un papel precoz en el desarrollo de la apoptosis. Conclusiones: La citotoxicidad por LCR-ELA no se relaciona con el glutamato, que provoca una afectación nuclear precoz sin alteración de la membrana citoplasmática produciendo una apoptosis citoplasmática que conlleva un incremento de caspasa-3 que co-localiza con sobreexpresión anómala de periferina. Abstract: Introduction: The neurotoxic effects of cerebrospinal fluid (CSF) from patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) have been reported by various authors who have attributed this neurotoxicity to the glutamate in CSF-ALS. Material and methods: Cultures of rat embryonic cortical neurons were exposed to CSF from ALS patients during an incubation period of 24 hours. Optical microscopy was used to compare cellular changes to those elicited by exposure to 100 μm glutamate, and confocal microscopy was used to evaluate immunohistochemistry for caspase-3, TNFα, and peripherin. Results: In the culture exposed to CSF-ALS, we observed cells with nuclear fragmentation and scarce or null structural modifications to the cytoplasmic organelles or to plasma membrane maintenance. This did not occur in the culture exposed to glutamate. The culture exposed to CSF-ALS also demonstrated increases in caspase-3, TNFα, and in peripherin co-locating with caspase-3, but not with TNFα, suggesting that TNFα may play an early role in the process of apoptosis. Conclusions: CFS-ALS cytotoxicity is not related to glutamate. It initially affects the nucleus without altering the cytoplasmic membrane. It causes cytoplasmic apoptosis that involves an increase in caspase-3 co-located with peripherin, which is also overexpressed. Palabras clave: Esclerosis lateral amiotrófica, Líquido cefalorraquídeo, Neurotoxicidad, Periferina, Caspasa-3, TNFα, Glutamato, Keywords: Amyotrophic lateral sclerosis, Cerebrospinal fluid, Neurotoxicity, Peripherin, Caspase-3, TNFα, Glutamat

Cellular changes in motor neuron cell culture produced by cytotoxic cerebrospinal fluid from patients with amyotrophic lateral sclerosis

Introduction: The neurotoxic effects of cerebrospinal fluid (CSF) from patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) have been reported by various authors who have attributed this neurotoxicity to the glutamate in CSF-ALS. Materials and methods: Cultures of rat embryonic cortical neurons were exposed to CSF from ALS patients during an incubation period of 24 hours. Optical microscopy was used to compare cellular changes to those elicited by exposure to 100 μm glutamate, and confocal microscopy was used to evaluate immunohistochemistry for caspase-3, TNFα, and peripherin. Results: In the culture exposed to CSF-ALS, we observed cells with nuclear fragmentation and scarce or null structural modifications to the cytoplasmic organelles or to plasma membrane maintenance. This did not occur in the culture exposed to glutamate. The culture exposed to CSF-ALS also demonstrated increases in caspase-3, TNFα, and in peripherin co-locating with caspase-3, but not with TNFα, suggesting that TNFα may play an early role in the process of apoptosis. Conclusions: CFS-ALS cytotoxicity is not related to glutamate. It initially affects the nucleus without altering the cytoplasmic membrane. It causes cytoplasmic apoptosis that involves an increase in caspase-3 co-located with peripherin, which is also overexpressed. Resumen: Introducción: Los efectos neurotóxicos del líquido cefalorraquídeo (LCR) procedentes de pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) han sido descritos por varios autores que han atribuido esta neurotoxicidad al efecto de glutamato del LCR-ELA. Material y métodos: Se han expuesto cultivos de neuronas embrionarias corticales de rata con un incubación de 24 h y el LCR procedente de pacientes con ELA, valorando las alteraciones celulares a través de microscopía óptica en comparación con aquellas que produce con 100 mM de glutamato y la inmunohistoquímica de caspasa-3, TNF y periferina a través de microscopia confocal. Resultados: En el cultivo expuesto a LCR-ELA se observan células con fragmentación del núcleo con escasa o nula modificación estructural de los organelos citoplasmáticos y mantenimiento de la membrana plasmática, lo que no ocurre con la exposición a glutamato. Se observa un aumento de caspasa-3 y de TNFα y un incremento de periferina que co-localiza con caspasa-3 pero no con TNFα, lo hace sugerir que puede tener un papel precoz en el desarrollo de la apoptosis. Conclusiones: La citotoxicidad por LCR-ELA no se relaciona con el glutamato, que provoca una afectación nuclear precoz sin alteración de la membrana citoplasmática produciendo una apoptosis citoplasmática que conlleva un incremento de caspasa-3 que co-localiza con sobreexpresión anómala de periferina. Keywords: Amyotrophic lateral sclerosis, Cerebrospinal fluid, Neurotoxicity, Peripherin, Caspase-3, TNFα, Glutamate, Palabras clave: Esclerosis lateral amiotrófica, Líquido cefalorraquídeo, Neurotoxicidad, Periferina, Caspasa-3, TNFα, Glutamat

La infusión intracerebroventricular prolongada de líquido cefalorraquídeo procedente de pacientes con esclerosis lateral amiotrófica provoca cambios histológicos en el cerebro y la médula espinal de la rata similares a los hallados en la enfermedad

Resumen: Introducción: La exposición de líquido cefalorraquídeo (LCR) de pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) induce efectos citotóxicos en cultivos celulares de neuronas motoras in vitro. Material y métodos: Se seleccionó LCR de 32 pacientes con ELA que previamente habían demostrado efectos citotóxicos. Se implantaron con minibombas osmóticas intracerebroventriculares (ICV) en 28 ratas macho adultas y se dividieron en 3 grupos: 9 ratas de LCR de pacientes no-ELA, 15 ratas de ELA-LCR citotóxico y 4 ratas de una solución salina fisiológica. El LCR se administró por vía ICV de forma continua durante periodos de 20 o 43 días. Se realizó la evaluación clínica, electromiográfica y análisis de tejidos después de sacrificio a los 20, 45 y 82 días tras la cirugía. Resultados: Los estudios inmunohistoquímicos muestran daño en los tejidos con características similares a las encontradas en formas esporádicas de ELA, tales como sobre expresión de cistatina C, transferrina y la proteína en el TDP-43 citoplasmática. Los primeros cambios observados parecían jugar un papel protector por la sobreexpresión de periferina, panAKT, fosfoAKT y metalotioneínas; esta expresión habría disminuido al momento de analizar las ratas que se sacrificaron al día 82, en el que hay un aumento de apoptosis. Los primeros cambios celulares identificados fueron la constatación de activación de la microglía seguido por astrogliosis con sobreexpresión de GFAP y proteína S100B. Conclusiones: Nuestros datos parecen indicar que la ELA podría propagarse a través del LCR, y que la administración ICV de ELA-LCR citotóxico produce cambios similares a los encontrados en las formas esporádicas de la enfermedad. Abstract: Introduction: Cerebrospinal fluid (CSF) from amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients induces cytotoxic effects in in vitro cultured motor neurons. Material and methods: We selected CSF with previously reported cytotoxic effects from 32 ALS patients. Twenty-eight adult male rats were intracerebroventricularly implanted with osmotic mini-pumps and divided into 3 groups: 9 rats injected with CSF from non-ALS patients, 15 rats injected with cytotoxic ALS-CSF, and 4 rats injected with a physiological saline solution. CSF was intracerebroventricularly and continuously infused for periods of 20 or 43 days after implantation. We conducted clinical assessments and electromyographic examinations, and histological analyses were conducted in rats euthanised 20, 45, and 82 days after surgery. Results: Immunohistochemical studies revealed tissue damage with similar characteristics to those found in the sporadic forms of ALS, such as overexpression of cystatin C, transferrin, and TDP-43 protein in the cytoplasm. The earliest changes observed seemed to play a protective role due to the overexpression of peripherin, AKTpan, AKTphospho, and metallothioneins; this expression had diminished by the time we analysed rats euthanised on day 82, when an increase in apoptosis was observed. The first cellular changes identified were activated microglia followed by astrogliosis and overexpression of GFAP and S100B proteins. Conclusion: Our data suggest that ALS could spread through CSF and that intracerebroventricular administration of cytotoxic ALS-CSF provokes changes similar to those found in sporadic forms of the disease. Palabras clave: Esclerosis lateral amiotrófica, Modelo experimental ELA, Periferina, TDP-43, Enfermedades neurodegenerativas, Citotoxicidad, Keywords: Amyotrophic lateral sclerosis, ALS experimental model, Peripherin, TDP-43, Neurodegenerative diseases, Cytotoxicit

Histological changes in the rat brain and spinal cord following prolonged intracerebroventricular infusion of cerebrospinal fluid from amyotrophic lateral sclerosis patients are similar to those caused by the disease

Introduction: Cerebrospinal fluid (CSF) from amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients induces cytotoxic effects in in vitro cultured motor neurons. Materials and methods: We selected CSF with previously reported cytotoxic effects from 32 ALS patients. Twenty-eight adult male rats were intracerebroventricularly implanted with osmotic mini-pumps and divided into 3 groups: 9 rats injected with CSF from non-ALS patients, 15 rats injected with cytotoxic ALS-CSF, and 4 rats injected with a physiological saline solution. CSF was intracerebroventricularly and continuously infused for periods of 20 or 43 days after implantation. We conducted clinical assessments and electromyographic examinations, and histological analyses were conducted in rats euthanised 20, 45, and 82 days after surgery. Results: Immunohistochemical studies revealed tissue damage with similar characteristics to those found in the sporadic forms of ALS, such as overexpression of cystatin C, transferrin, and TDP-43 protein in the cytoplasm. The earliest changes observed seemed to play a protective role due to the overexpression of peripherin, AKTpan, AKTphospho, and metallothioneins; this expression had diminished by the time we analysed rats euthanised on day 82, when an increase in apoptosis was observed. The first cellular changes identified were activated microglia followed by astrogliosis and overexpression of GFAP and S100B proteins. Conclusion: Our data suggest that ALS could spread through CSF and that intracerebroventricular administration of cytotoxic ALS-CSF provokes changes similar to those found in sporadic forms of the disease. Resumen: Introducción: La exposición de líquido cefalorraquídeo (LCR) de pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) induce efectos citotóxicos en cultivos celulares de neuronas motoras in vitro. Material y métodos: Se seleccionó LCR de 32 pacientes con ELA que previamente habían demostrado efectos citotóxicos. Se implantaron con minibombas osmóticas intracerebroventriculares (ICV) en 28 ratas macho adultas y se dividieron en 3 grupos: 9 ratas de LCR de pacientes no-ELA, 15 ratas de ELA-LCR citotóxico y 4 ratas de una solución salina fisiológica. El LCR se administró por vía ICV de forma continua durante periodos de 20 o 43 días. Se realizó la evaluación clínica, electromiográfica y análisis de tejidos después de sacrificio a los 20, 45 y 82 días tras la cirugía. Resultados: Los estudios inmunohistoquímicos muestran daño en los tejidos con características similares a las encontradas en formas esporádicas de ELA, tales como sobreexpresión de cistatina C, transferrina y la proteína en el TDP-43 citoplasmática. Los primeros cambios observados parecían jugar un papel protector por la sobreexpresión de periferina, panAKT, fosfoAKT y metalotioneínas; esta expresión habría disminuido al momento de analizar las ratas que se sacrificaron al día 82, en el que hay un aumento de apoptosis. Los primeros cambios celulares identificados fueron la constatación de activación de la microglía seguido por astrogliosis con sobreexpresión de GFAP y proteína S100B. Conclusiones: Nuestros datos parecen indicar que la ELA podría propagarse a través del LCR, y que la administración ICV de ELA-LCR citotóxico produce cambios similares a los encontrados en las formas esporádicas de la enfermedad. Keywords: Amyotrophic lateral sclerosis, ALS experimental model, Peripherin, TDP-43, Neurodegenerative diseases, Cytotoxicity, Palabras clave: Esclerosis lateral amiotrófica, Modelo experimental ELA, Periferina, TDP-43, Enfermedades neurodegenerativas, Citotoxicida