Η επίδραση των νευροστεροϊδών στο κεντρικό νευρικό σύστημα και το αντίκτυπο στην απομυελίνωση

Abstract

In the first part of this doctoral thesis, we focused on BNN20 which is a C17-spiroepoxy derivative of the neurosteroid DHEA and has been shown to have strong neuroprotective properties. The aim of this study was to investigate the effect of BNN20 on glial populations by using in vitro and in vivo approaches, taking advantage of the well-established lysophosphatidylcholine-induced focal demyelination mouse model. Our in vivo studies, using this model and performed in male mice, showed that treatment with BNN20 leads to decreased myelin loss and increased number of mature oligodendrocytes. BNN20 reduces astrocytic accumulation during demyelination phase leading to a faster remyelination process, while it does not affect oligodendrocyte precursor cell recruitment or microglia/macrophage accumulation. In addition, our in vitro studies showed that BNN20 acts directly to oligodendrocytes by enhancing their maturation and increasing the number of mature myelinating oligodendrocytes, even after treatment with lysophosphatidylcholine. This beneficial effect of BNN20 is mediated, primarily, through the neurotrophin receptor TrkA. Lastly, BNN20 reduces microglia activation and their transition to their pro-inflammatory state upon LPS stimulation in vitro. According to the data presented in this work, we propose that BNN20 could serve as an important molecule to develop BBB-permeable synthetic agonists of neurotrophin receptors that could reduce inflammation and increase the number of functional oligodendrocytes by promoting their differentiation/maturation. In the second part of this doctoral thesis, we used the data of the Allen gene expression atlas in combination with Tabula Muris, which is a compendium of single cell transcriptome data collected from mice, enabling direct and controlled comparison of gene expression among cell types to provide further insights into the physiology of TAG-1/Contactin-2 and its interactions, by presenting the expression of the corresponding gene across the adult mouse brain under baseline conditions and to investigate any spatial genomic correlations between TAG-1/Contactin-2 and its interacting proteins and markers of mature and immature oligodendrocytes, based on preexisting experimental, bibliographical or computational evidence. The across-brain correlation analysis on the gene expression intensities showed a positive spatial correlation of TAG-1/Contactin-2 with the gene expression of Plp1, Myrf, Mbp, Mog, Cldn11, Bace1, Kcna1, Kcna2, App and Nfasc, and a negative spatial correlation with the gene expression of Cspg4, Pdgfra, L1cam, Ncam1, Ncam2 and Ptprz1. Spatially correlated genes are mainly expressed by mature oligodendrocytes (like Cntn2), while spatially anticorrelated genes are mainly expressed by oligodendrocyte precursor cells. According to the data presented in this work, we suggest that even though Contactin-2 expression during development correlates with high plasticity events such as neuritogenesis, in adulthood it correlates with pathways characterized by low plasticity.

Στο πρώτο κομμάτι της διδακτορικής διατριβής το ενδιαφέρον μας επικεντρώθηκε στο μόριο ΒΝΝ20, το οποίο είναι ένα συνθετικό ανάλογο του νευροστεροειδούς DHEA με ισχυρή νευροπροστατευτική δράση. Στόχος μας ήταν να διευκρινιστεί εάν το ΒΝΝ20 έχει κάποια δράση σε γλοιακούς πληθυσμούς σε καταστάσεις απομυελίνωσης και επαναμυελίνωσης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε in vivo και in vitro προσεγγίσεις. Σχετικά με το in vivo κομμάτι χρησιμοποιήσαμε το LPC μοντέλο απομυελίνωσης σε αρσενικούς μύες. Χορήγηση του ΒΝΝ20 είχε σαν αποτέλεσμα την μείωση της καταστροφής της μυελίνης, την αύξηση του αριθμού των ώριμων ολιγοδενδροκυττάρων, καθώς και την μείωση της συσσώρευσης των αστροκυττάτων στην περιοχή της βλάβης, οδηγώντας σε ταχύτερη επαναμυελίνωση. Το ΒΝΝ20 δεν φαίνεται να έχει κάποια δράση στους πληθυσμούς των πρώιμων ολιγοδενδροκυττάρων και των μακροφάγων/μικρογλοιακών που συσσωρεύονται στην περιοχή της βλάβης. Σχετικά με το in vitro κομμάτι απομονώσαμε πρωτοταγείς καλλιέργειες ολιγοδενδροκυττάρων και μικρογλοιακών. Σχετικά με τα ολιγοδενδροκύτταρα διαπιστώσαμε πως η χορήγηση του ΒΝΝ20 αυξάνει την διαδικασία της ωρίμανσης αυτών, αυξάνοντας έτσι τον συνολικό αριθμό των ώριμων ολιγοδενδροκυττάρων στην καλλιέργεια, ακόμα και μετά από χρήση του LPC in vitro. Επιπλέον δείξαμε πως το ΒΝΝ20 δρα στα ολιγοδενδροκύτταρα μέσω του υποδοχέα TrkA. Τέλος, σχετικά με τα μικρογλοιακά δείξαμε πως η χορήγηση του ΒΝΝ20 μειώνει την επαγώμενη από LPS ενεργοποίηση των μικρογλοιακών και την μετάβασή τους στην προ-φλεγμονώδη κατάσταση. Με βάση τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης μελέτης πιστεύουμε πως το συγκεκριμένο συνθετικό ανάλογο θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν πρότυπο για την παραγωγή ουσιών που θα μπορούν διαπερνώντας τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και δρώντας μέσω των υποδοχέων νευροτροφινών, να μειώνουν την φλεγμονή και να αυξάνουν την διαφοροποίηση των ολιγοδενδροκυττάρων κάτι που θα οδηγούσε τελικά σε μεγαλύτερο αριθμό λειτουργικών ώριμων ολιγοδενδροκυττάρων. Στο δεύτερο μέρος της διδακτορικής διατριβής αντλήσαμε δεδομένα από τον άτλαντα γονιδιακής έκφρασης Allen, καθώς και από την πλατφόρμα Tabula Muris, έτσι ώστε να παρέχουμε νέες πληροφορίες σχετικά με την φυσιολογία του μορίου κυτταρικής συνάφειας TAG-1/Contactin-2, καθώς και σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις αυτού με άλλα μόρια. Στη μελέτη αυτή παρουσιάσαμε την έκφραση του γονιδίου της Contactin-2 (Cntn2) στις διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου ενήλικων μυών υπό φυσιολογικές συνθήκες, καθώς και η χωρική συσχέτιση του γονιδίου αυτού με άλλα γονίδια, των οποίων τα προϊόντα με βάση παλαιότερες πειραματικές ή υπολογιστικές μελέτες (πιθανόν) αλληλεπιδρούν με την Contactin-2. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης αυτής έδειξαν πως υπάρχει μία θετική χωρική συσχέτιση της γονιδιακής έκφρασης του γονιδίου Cntn2 με τα γονίδια Plp1, Myrf, Mbp, Mog, Cldn11, Bace1, Kcna1, Kcna2, App και Nfasc και μία αρνητική χωρική συσχέτιση με τα γονίδια Cspg4, Pdgfra, L1cam, Ncam1, Ncam2 και Ptprz1. Τα γονίδια με την θετική χωρική συσχέτιση εκφράζονται κυρίως από ώριμα ολιγοδενδροκύτταρα (όπως και το γονίδιο Cntn2), ενώ τα γονίδια με την αρνητική χωρική συσχέτιση εκφράζονται κυρίως από πρώιμα ολιγοδενδροκύτταρα. Με βάση τα αποτελέσματα που παρουσιάζουμε στην συγκεκριμένη μελέτη προτείνουμε πως παρόλο που η έκφραση του μορίου κυτταρικής συνάφειας Contactin-2 κατά την διάρκεια της ανάπτυξης σχετίζεται με διεργασίες υψηλής πλαστικότητας όπως για παράδειγμα η νευριτογέννεση, κατά την ενήλικη φάση σχετίζεται κυρίως με διεργασίες χαμηλής πλαστικότητας.