Hippocampal and cognitive alterations precede amyloid deposition in a mouse model of Alzheimer

Existen múltiples evidencias de alteraciones neuronales y gliales en etapas avanzadas de la enfe-medad de Alzheimer con abundantes depósitos cerebrales de beta amiloide, aunque hay pocos datos de cambios tempranos que podrían contribuir al desarrollo de la enfermedad. Evaluamos alteraciones morfológicas neuronales y gliales, y cambios cognitivos y emocionales tempranos en ratones transgénicos PDAPP-J20 (Tg), portadores del gen humano de APP (amyloid precursor protein) mutado, a los 5 meses de edad, aún sin depósitos amiloides en el hipocampo y con niveles bajos de péptidos amiloides cerebrales. Mediante inmunohistoquímica para NeuN, los Tg presentaron menor número de neuronas piramidales y granulares en el hipocampo, junto con un menor volumen de la estructura, en comparación con los controles no transgénicos. La neurogénesis se encontró afectada, evidenciada por reducido número de neuronas DCX+ en el giro dentado. En la región CA3, hubo una menor densidad de sinaptofisina sugiriendo alteraciones sinápticas entre neuronas granulares y piramidales, sin cambios en la densidad de espinas dendríticas en CA1. Utilizando microscopía confocal, observamos una disminución del número de astrocitos GFAP+ con una reducción de la complejidad celular, sugiriendo atrofia glial. Se detectó un déficit cognitivo (reconocimiento de localización novedosa de un objeto) y un aumento de la ansiedad (campo abierto) en los Tg, con aumento en los núcleos c-Fos+ en amígdala, evidenciando el papel de la emocionalidad en los inicios de la enfermedad. El estudio de las alteraciones iniciales en la enfermedad amiloide podría contribuir al desarrollo de métodos de diagnóstico temprano y de terapéutica preventiva.Although there is strong evidence about neuronal and glial disturbances at advanced stages of Alzheimer's disease, less attention has been directed to early, preamyloid changes that could contribute to the progression of the disease. We evaluated neuronal and glial morphological changes and behavioral disturbances in PDAPP-J20 transgenic (Tg) mice, carrying mutated human APP gene (amyloid precursor protein), at 5 months of age, before brain amyloid deposition occurs. Using NeuN immunohistochemistry we found decreased numbers of pyramidal and granular neurons in the hippocampus associated with a reduction of hippocampal volume in Tg mice compared with controls. Neurogenesis was impaired, evidenced by means of DCX immunohistochemistry in the dentate gyrus. In the CA3 region we found a decreased density of synaptophysin, suggesting synaptic disturbance, but no changes were found in CA1 synaptic spine density. Using confocal microscopy we observed decreased number and cell complexity of GFAP+ astrocytes, indicating potential glial atrophy. Cognitive impairment (novel location recognition test) and increased anxiety (open field) were detected in Tg mice, associated with more c-Fos+ nuclei in the amygdala, possibly indicating a role for emotionality in early stages of the disease. The study of early alterations in the course of amyloid pathology could contribute to the development of diagnostic and preventive strategiesFil: Beauquis, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Vinuesa, María Angeles. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pavía, Patricio Roberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Glial alterations from early to late stages in a model of Alzheimer´s disease: evidence of autophagy involvement in Aβ internalization

Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease without effective therapy. Brain amyloid deposits are classical histopathological hallmarks that generate an inflammatory reaction affecting neuronal and glial function. The identification of early cell responses and of brain areas involved could help to design new successful treatments. Hence, we studied early alterations of hippocampal glia and their progression during the neuropathology in PDAPP-J20 transgenic mice, AD model, at 3, 9, and 15 months (m) of age. At 3 m, before deposits formation, microglial Iba1+ cells from transgenic mice already exhibited signs of activation and larger soma size in the hilus, alterations appearing later on stratum radiatum. Iba1 immunohistochemistry revealed increased cell density and immunoreactive area in PDAPP mice from 9 m onward selectively in the hilus, in coincidence with prominent amyloid Congo red + deposition. At pre-plaque stages, GFAP+ astroglia showed density alterations while, at an advanced age, the presence of deposits was associated with important glial volume changes and apparently being intimately involved in amyloid degradation. Astrocytes around plaques were strongly labeled for LC3 until 15 m in Tg mice, suggestive of increased autophagic flux. Moreover, β-Amyloid fibrils internalization by astrocytes in in vitro conditions was dependent on autophagy. Co-localization of Iba1 with ubiquitin or p62 was exclusively found in microglia contacting deposits from 9 m onward, suggesting torpid autophagy. Our work characterizes glial changes at early stages of the disease in PDAPP-J20 mice, focusing on the hilus as an especially susceptible hippocampal subfield, and provides evidence that glial autophagy could play a role in amyloid processing at advanced stagesFil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental (i); Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Pavía, Patricio Roberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental (i); ArgentinaFil: Gorojod, Roxana Mayra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Vinuesa, María Angeles. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Alaimo, Agustina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Galván, María Verónica. University Of Texas; Estados UnidosFil: Kotler, Monica Lidia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Beauquis, Juan. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental (i); ArgentinaFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental (i); Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Inflammation and insulin resistance as risk factors and potential therapeutic targets for Alzheimer’s disease

Overnutrition and modern diets containing high proportions of saturated fat are among the major factors contributing to a low-grade state of inflammation, hyperglycemia and dyslipidemia. In the last decades, the global rise of type 2 diabetes and obesity prevalence has elicited a great interest in understanding how changes in metabolic function lead to an increased risk for premature brain aging and the development of neurodegenerative disorders such as Alzheimer?s disease (AD). Cognitive impairment and decreased neurogenic capacity could be a consequence of metabolic disturbances. In these scenarios, the interplay between inflammation and insulin resistance could represent a potential therapeutic target to prevent or ameliorate neurodegeneration and cognitive impairment. The present review aims to provide an update on the impact of metabolic stress pathways on AD with a focus on inflammation and insulin resistance as risk factors and therapeutic targets.Fil: Vinuesa, María Angeles. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Gregosa Merlino, Amal Patricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Bentivegna, Melisa Inés María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Presa, Jessica Lorena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Bellotto, Melina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Beauquis, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Periodic dietary restriction ameliorates amyloid pathology and cognitive impairment in PDAPP-J20 mice: Potential implication of glial autophagy

Dietary restriction promotes cell regeneration and stress resistance in multiple models of human diseases. One of the conditions that could potentially benefit from this strategy is Alzheimer´s disease, a chronic, progressive and prevalent neurodegenerative disease. Although there are no effective pharmacological treatments for this pathology, lifestyle interventions could play therapeutic roles. Our objectives were 1) to evaluate the effects of dietary restriction on cognition, hippocampal amyloid deposition, adult neurogenesis and glial reactivity and autophagy in a mouse model of familial Alzheimer´s disease, and 2) to analyze the role of glial cells mediating the effects of nutrient restriction in an in vitro model. Therefore, we established a periodic dietary restriction protocol in adult female PDAPP-J20 transgenic mice for 6 weeks. We found that dietary restriction, not involving overall caloric restriction, attenuated cognitive deficits, amyloid pathology and microglial reactivity in transgenic mice when compared with ad libitum-fed transgenic animals. Also, transgenic mice showed an increase in the astroglial positive signal for LC3, an autophagy-associated protein. In parallel, hippocampal adult neurogenesis was decreased in transgenic mice whereas dietary-restricted transgenic mice showed a neurogenic status similar to controls. In vitro experiments showed that nutrient restriction decreased astroglial and, indirectly, microglial NFκB activation in response to amyloid β peptides. Furthermore, nutrient restriction was able to preserve astroglial autophagic flux and to decrease intracellular amyloid after exposure to amyloid β peptides. Our results suggest neuroprotective effects of nutrient restriction in Alzheimer´s disease, with modulation of glial activation and autophagy being potentially involved pathways.Fil: Gregosa, Amal. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Vinuesa, María Angeles. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Todero, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Medicina Experimental. Academia Nacional de Medicina de Buenos Aires. Instituto de Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Rossi, Soledad Paola. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Bioquímica Humana; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Bentivegna, Melisa Inés María. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Presa, Jessica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Wenker, Shirley Denise. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Saravia, Flavia Eugenia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Beauquis, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin

Galectin-1 improves cognition and reduces amyloid-β deposits in an animal model of Alzheimer's disease possibly by modulating microglia phenotype and increasing Aβ clearance

Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia associated with an imbalanced production and clearance of amyloid-β peptides (Aβ). Amyloid deposition and neuroinflammation are recognized hallmarks in AD, affecting mainly brain cortex and hippocampus, in addition to microvascular alterations and dysfunction of the blood-brain barrier (BBB). The glycan-binding protein galectin-1 (Gal1) modulates immune and endothelial cells in nervous system compartments, where a neuroprotective role was proposed in autoimmune encephalomyelitis. We study the impact of Gal1 on the cognitive and histopathological state of AD mice. We administered Gal1 (9 i.p. injections of 100 ug/dose) or vehicle during 3 weeks to 12 months-old PDAPPJ20 transgenic mice, or non-transgenic controls. The Gal1 treated group significantly improved cognitive response in the Novel Object Location Recognition test (p < 0.05). Amyloid+ area in the hippocampus was decreased by 53,5%. Microglia is actively involved in Aβ phagocytosis. Gal1 treatment induced a reduction in the microglial activation score employing morphological analysis in the dentate gyrus. The integrity of the BBB is essential to Aβ clearance via the glymphatic system but could be altered by perivascular Aβ deposits-mostly Aβ1–40. Using tomato lectin to label the hippocampal vasculature coupled with immunofluorescence against Aβ peptides, we found a 30% decrease of perivascular Aβ (p < 0.05) in Gal1 treated mice, without affecting vascular density, which could indicate augmented clearance. We are currently working to determine mice BBB integrity employing Evans Blue intravenous injections and exploring its permeability to cerebral parenchyma, and using an in vitro BBB model to determine whether Aβ1–40 alters it at non toxic concentrations. Human brain microvascular endothelial cells on a transwell membrane are used, monitored by Transendothelial Electrical Resistance (TEER) and permeability essays. We are also investigating possible protective effects of Gal1 on barrier's integrity.Fil: Presa, Jessica Lorena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Vinuesa, María Angeles. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Bentivegna, Melisa Inés María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Alaimo, Agustina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Gregosa Merlino, Amal Patricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Beauquis, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Kwang, Sik Kim. University Johns Hopkins; Estados UnidosFil: Rabinovich, Gabriel Adrián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaThe 10th International Brain Research Organization (IBRO) World Congress of NeuroscienceDaeguCorea del SurInternational Brain Research OrganizationKorea Brain Research InstituteThe Korean Society for Brain and Neural Science

Alterations in endothelial and glial cells on the hippocampus of PDAPP mice, transgenic model of Alzheimer’s Disease. Interaction between components of the neurovascular unit

La Enfermedad de Alzheimer es la forma más frecuente de demencia en la adultez. Su prevalencia se encuentra en franco aumento a nivel mundial, y dada la ausencia de un tratamiento eficiente se proyecta como uno de los grandes desafíos en el campo de la salud con injerencia social y económica para las sociedades modernas. Se caracteriza por la presencia de depósitos extracelulares de péptidos amiloides en el parenquima cerebral y agregados intraneuronales de proteína Tau hiperfosforilada. Además, se hace evidente un cuadro de neuroinflamación crónica, desregulación de la autofagia neuronal y daño vascular. En este sentido, el estudio integrado de neuronas, células gliales y vasculares ?constituyentes de la unidad neurovascular- ha cobrado relevancia en los últimos años. En esta Tesis se planteó como principal objetivo estudiar el rol de las células microgliales, astrogliales y endoteliales ?así como la interacción entre ellas- durante la instalación del cuadro neuroinflamatorio en etapas tempranas de la patología. Asimismo, se evaluó en etapas avanzadas si el sistema degradativo por autofagia se encontraba afectado en estas células no-neuronales. Para ello se empleó la cepa de ratones transgénicos PDAPP-J20, modelo animal ampliamente validado en la bibliografía, y modelos in vitro de la patología empleando los tipos celulares mencionados.En etapas tempranas de la enfermedad ?antes de la presencia de depósitos amiloides- los ratones PDAPP-J20 presentan activación en la microglía y astroglia en el hipocampo. Sin embargo, la vasculatura no evidencia alteraciones ni en su morfología ni en su densidad. En etapas avanzadas, en cambio, la vasculatura cerebral presenta signos de atrofia y eventos detectables de daño vascular. Las células de la microglía y astroglía exhiben una evidente hipertrofia de su soma en la cercanía a placas amiloides, lo cual se asocia en parte a la acumulación de proteínas involucradas en el proceso de autofagia. En este sentido, en este trabajo de Tesis aporta evidencia original acerca del flujo autofagico en las células astrogliales en la cercanía de placas amiloides. Las células de la microglía, por su parte, presentan un impedimento en el flujo autofágico durante la estimulación crónica con péptidos amiloides fibrilizados y en el hipocampo de ratones PDAPP-J20.Por otro lado, la comunicación entre células astrogliales y endoteliales se vió afectada por el proceso de envejecimiento en este modelo animal. Los estudios realizados en sistemas in vitro demostraron que las células endoteliales son capaces de responder directamente a péptidos amiloides, pero también indirectamente a través de factores solubles liberados por microglía y astroglía que actuarían a través del receptor de moléculas asociadas al daño RAGE. Finalmente, el análisis por espectrometría de masa de la fracción proteica obtenida a partir de una muestra enriquecida en microvasculatura cerebral evidenció que los sistemas de metabolismo de ARN (principalmente la traducción y el splicing) se encuentran especialmente alterados en células vasculares durante etapas avanzadas de la patología.En su conjunto, estos resultados sugieren que hay claros indicios de instalación de un cuadro neuroinflamatorio en una etapa temprana de la patología, que contribuye a la progresiva disfuncion de la Unidad Neurovascular. En etapas avanzadas, alteraciones en la autofagia astroglial y microglial así como en los sistemas metabólicos básicos de las células endoteliales sugieren un cuadro de pérdida de homeostasis que probablemente promueva la exacerbación del proceso patológico.Alzheimer’s disease (AD) is the most frequent form of dementia in the elderly. Its prevalence is rising worldwide, and the absence of an effective treatment makes it an important economical and social challenge. It is characterized by the presence of extracellular aggregates of amyloid peptides and intracellular accumulation of hyperphosphorilated Tau. There is also an evident context of chronic neuroinflammation, dysregulation of neuronal autophagy and vascular damage. Considering all these hallmarks, there has been a marked interest in the integrated study of neurons, glial and endothelial cells, all of them components of the neurovascular unit. The aim of this Thesis was to study the role of astroglial, microglial and endothelial cells –and the interaction among these cells- during the potential neuroinflammatory context at the early stages of the disease. This Thesis is also focused on the possible alterations of the autophagy process in non-neuronal cells during advanced stages. To achieve these goals, PDAPP-J20 mice were studied as a validated animal model of Alzheimer’s Disease, and in vitro models were used for evaluating potentially involved cellular and molecular pathways. During early stages of the pathology –characterized by the absence of amyloid deposits- PDAPP-J20 mice exhibited morphological signs of astroglial and microglial activation in their hippocampus. However, no alterations were found neither in vascular morphology nor in vascular density. On the other hand, during advanced stages of the neurodegenerative process, hippocampal vasculature showed signs of atrophy and damage. Astroglial and microglial cells surrounding amyloid deposits showed morphological hypertrophied, which was associated with the accumulation of proteins involved in the autophagy process. Specifically, this Thesis contains one of the earliest reports indicating that astroglial cells are able to modulate autophagy in the context of amyloid pathology. Moreover, microglial cells showed an impaired autophagic flux during the chronic stimulation with amyloid fibrils in the hippocampus of PDAPP-J20 mice. On the other hand, communication between glial and endothelial cells was affected during physiological aging in this animal model. Experiments using in vitro systems indicated that endothelial cells can be activated directly by amyloid peptides, but also indirectly by soluble factors released by microlial and astroglial cells. These factors acted through the activation of the receptor for damage-associated molecules, RAGE. Finally, mass spectrometry analysis was performed on the protein fraction obtained from brain samples enriched in cerebral microvasculature. This analysis indicated that RNA metabolism systems (mainly translation and splicing) were specifically altered in vascular cells during advanced stages of the disease. Taken together, these results provide evidence of the early initiation of the neuroinflammatory process by the activation of microglial and astroglial cells in the absence of amyloid deposits. During advanced stages of the pathological process, impaired glial autophagy and alterations of the basic metabolic systems of endothelial cells could be important actors at the loss-of-homeostasis scenario.Fil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentin

The autophagic- lysosomal pathway determines the fate of glial cells under manganese- induced oxidative stress conditions

Manganese (Mn) overexposure is frequently associated with the development of a neurodegenerative disorder known as Manganism. The Mn-mediated generation of reactive oxygen species (ROS) promotes cellular damage, finally leading to apoptotic cell death in rat astrocytoma C6 cells. In this scenario, the autophagic pathway could play an important role in preventing cytotoxicity. In the present study, we found that Mn induced an increase in the amount and total volume of acidic vesicular organelles (AVOs), a process usually related to the activation of the autophagic pathway. Particularly, the generation of enlarged AVOs was a ROS- dependent event. In this report we demonstrated for the first time that Mn induces autophagy in glial cells. This conclusion emerged from the results obtained employing a battery of autophagy markers: a) the increase in LC3-II expression levels, b) the formation of autophagic vesicles labeled with monodansylcadaverine (MDC) or LC3 and, c) the increase in Beclin 1/ Bcl-2 and Beclin 1/ Bcl-XL ratio. Autophagy inhibition employing 3-MA and mAtg5K130R resulted in decreased cell viability indicating that this event plays a protective role in Mn- induced cell death. In addition, mitophagy was demonstrated by an increase in LC3 and TOM-20 colocalization. On the other hand, we proposed the occurrence of lysosomal membrane permeabilization (LMP) based in the fact that cathepsins B and D activities are essential for cell death. Both cathepsin B inhibitor (Ca-074 Me) or cathepsin D inhibitor (Pepstatin A) completely prevented Mn- induced cytotoxicity. In addition, low dose of Bafilomycin A1 showed a similar effect, a finding that adds evidence about the lysosomal role in Mn cytotoxicity. Finally, in vivo experiments demonstrated that Mn induces injury and alters LC3 expression levels in rat striatal astrocytes. In summary, our results demonstrated that autophagy is activated to counteract the harmful effect caused by Mn. These data is valuable to be considered in future research concerning Manganism therapies.Fil: Gorojod, Roxana Mayra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Alaimo, Agustina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Porte Alcon, Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Kotler, Monica Lidia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin

Neuronal and glial alterations, increased anxiety, and cognitive impairment before hippocampal amyloid deposition in PDAPP mice, model of Alzheimer's disease

In the context of Alzheimer's disease (AD), hippocampal alterations have been well described in advanced stages of the pathology, when amyloid deposition, inflammation and glial activation occur, but less attention has been directed to studying early brain and behavioral changes. Using an animal model of AD, the transgenic PDAPP-J20 mouse at 5 months of age, when no amyloid plaques are present and low cerebral levels of amyloid peptides are detectable, we found structural, morphological, and cellular alterations in the hippocampus. Young transgenic mice showed a reduced hippocampal volume with less number of pyramidal and granular neurons, which additionally exhibited cell atrophy. The neurogenic capability in this zone, measured as DCX+ cells, was strongly diminished and associated to alterations in cell maturity. A decrease in presynaptic synaptophysin optical density was detected in mossy fibers reaching CA3 subfield but not in Golgi stained- CA1 dendritic spine density. Employing confocal microscopy and accurate stereological tools we also found a reduction in the number of GFAP+ cells, along with decreased astrocyte complexity, suggesting a potential detriment of neural support. According with untimely neuroglial alterations, young PDAPP mice failed in the novel location recognition test, that depends on hippocampal function. Moreover, multivariate statistical analysis of the behavioral outcome in the open-field test evidenced an elevated anxiety score in Tg mice compared with age-matched control mice. In line with this, the transgenic group showed a higher number of c-Fos+ nuclei in central and basolateral amygdala, a result that supports the early involvement of the emotionality factor in AD pathology. Applying an integrative approach, this work focuses on early structural, morphological and functional changes and provides new and compelling evidence of behavioral alterations that precede manifest AD.Fil: Beauquis, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Vinuesa, María Angeles. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pavía, Patricio Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Galvan, Verónica. University of Texas; Estados UnidosFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentin

Environmental enrichment prevents astroglial pathological changes in the hippocampus of APP transgenic mice, model of Alzheimer's disease

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease that affects neurons and glial cells and leads to dementia. Growing evidence shows that glial changes may precede neuronal alterations and behavioral impairment in the progression of the disease. The modulation of these changes could be addressed as a potential therapeutic strategy. Environmental enrichment has been classically associated to effects on neuronal morphology and function but less attention has been paid to the modulation of glia. We thus characterized astroglial changes in the hippocampus of adult PDAPP-J20 transgenic mice, a model of AD, exposed for 3. months to an enriched environment, from 5 to 8. months of age. Using confocal microscopy, three-dimensional reconstruction and Sholl analysis, we evaluated the morphology of two distinct populations of astrocytes: those associated to amyloid β plaques and those that were not. We found that plaque-associated astrocytes in PDAPP-J20 mice had an increased volume and process ramification than control astrocytes. Non-plaque-associated astrocytes showed a decrease in volume and an increase in the ramification of GFAP. + processes as compared with control astrocytes. Environmental enrichment prevented these alterations and promoted a cellular morphology similar to that found in control mice. Morphological changes in non-plaque-associated astrocytes were found also at 5. months of age, before amyloid β deposition in the hippocampus. These results suggest that glial alterations have an early onset in AD pathogenesis and that the exposure to an enriched environment is an appropriate strategy to reverse them. Cellular and molecular pathways involved in this regulation could constitute potential novel therapeutic targets.Fil: Beauquis, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Pavía, Patricio Roberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Pomilio, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Vinuesa, María Angeles. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Podlutskaya, Natalia. University of Texas; Estados UnidosFil: Galvan, Verónica. University of Texas; Estados UnidosFil: Saravia, Flavia Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentin