Study of novel cellular and molecular mechanisms during myelination and demyelinating pathologies

Abstract

In the context of this study, we investigated the mechanisms of myelination and remyelination in mice. In the first part, we focused on the role of two well-characterized caloric restriction mimetics (CRMs), Nicotinamide (NAM) and Resveratrol (RSV). Caloric restriction (CR) refers to the chronic reduction of total caloric intake without malnutrition and has garnered significant attention because, among various other effects, it attenuates demyelination and promotes remyelination. NAM is a derivative of nicotinic acid (vitamin B3) and a precursor of Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+), an important metabolic cofactor, while RSV is a natural polyphenol found in various foods, including grapes, blueberries, and peanuts. We employed ex vivo, in vitro, and in vivo approaches. Our data show that both substances induce remyelination in ex vivo models and also stimulate myelin production after lysolecithin (LPC)-induced focal demyelination in vivo. The increased myelin production in vivo is accompanied by a reduction in astrogliosis and microgliosis in NAM-treated mice, while in RSV-treated mice, we observed only a reduction in microgliosis. Our in vitro primary cultures showed that neither of the CRMs can influence the fate of primary oligodendrocytes. Although both NAM and RSV promote the anti-inflammatory phenotype of microglia, only NAM suppresses the pro-inflammatory phenotype of astrocytes. Our results regarding RSV's effect on astrocytes remain inconclusive. In the second part of this PhD project, we focused on the role of circulating platelets in remyelination. To investigate this, we used transgenic mice with a depleted Nbeal2 gene, resulting in a reduced number of platelets, alongside the LPC focal demyelination protocol. Our results showed no differences in myelin status at the timepoints we tested. However, at the early timepoint of 5 days post-injection (dpi), we observed a decrease in NG2 cell accumulation at the lesion site. Finally, to examine the direct effect of platelets on the oligodendrocyte lineage, we used in vitro primary oligodendrocyte cultures and isolated platelets from wild-type (WT) mice. We observed that higher concentrations of platelets promoted oligodendrocyte differentiation.

Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης, διερευνήσαμε τους μηχανισμούς της μυελίνωσης και επαναμυελίνωσης σε ποντίκια. Στο πρώτο μέρος επικεντρωθήκαμε στον ρόλο δύο καλά χαρακτηρισμένων μιμητικών του θερμιδικού περιορισμού (CRMs), του Νικοτιναμιδίου (NAM) και της Ρεσβερατρόλης (RSV). Ο θερμιδικός περιορισμός (CR) αναφέρεται στη χρόνια μείωση της συνολικής πρόσληψης θερμίδων χωρίς υποσιτισμό και έχει προσελκύσει σημαντική προσοχή, καθώς, μεταξύ άλλων επιδράσεων, μειώνει τη διαδικασία απομυελίνωσης και προάγει την επαναμυελίνωση. Το NAM είναι παράγωγο του νικοτινικού οξέος (βιταμίνη Β3) και πρόδρομο μόριο του Νικοτιναμιδίου Αδενίνης Δινουκλεοτιδίου (NAD+), ενός σημαντικού μεταβολικού συμπαράγοντα, ενώ η RSV είναι μία φυσική πολυφαινόλη η οποία απαντάται σε διάφορα τρόφιμα, όπως σταφύλια, μύρτιλλα και φιστίκια. Χρησιμοποιήσαμε ex vivo, in vitro και in vivo προσεγγίσεις. Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι και οι δύο ουσίες προκαλούν επαναμυελίνωση στα ex vivo μοντέλα και επίσης προάγουν την παραγωγή μυελίνης μετά από εστιακή απομυελίνωση με τη χορήγηση λυσολεκιθίνης (LPC) in vivo. Η αυξημένη παραγωγή μυελίνης in vivo συνοδεύεται από μείωση της αστρογλοίωσης και μικρογλοίωσης στα ποντίκια που έλαβαν θεραπεία με NAM, ενώ στα ποντίκια που έλαβαν θεραπεία με RSV παρατηρήθηκε μόνο μείωση της μικρογλοίωσης. Οι πρωτογενείς κυτταροκαλλιέργειές in vitro έδειξαν ότι κανένα από τα δύο CRMs δεν επηρεάζει την διαφοροποίηση ή τον πολλαπλασιασμό των πρωτογενών καλλιεργειών ολιγοδενδροκυττάρων. Αν και τόσο το NAM όσο και η RSV προάγουν τον αντιφλεγμονώδη φαινότυπο της μικρογλοίας, μόνο το NAM καταστέλλει τον προφλεγμονώδη φαινότυπο των αστροκυττάρων. Τα αποτελέσματά μας σχετικά με την επίδραση της RSV στα αστροκύτταρα παραμένουν ασαφή. Στο δεύτερο μέρος αυτής της διδακτορικής διατριβής, επικεντρωθήκαμε στον ρόλο των αιμοπεταλίων στην επαναμυελίνωση του κεντρικού νευρικού συστήματος. Για να το διερευνήσουμε αυτό, χρησιμοποιήσαμε διαγονιδιακά ποντίκια με έλλειψη του γονιδίου Nbeal2, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού των αιμοπεταλίων, καθώς και το πρωτόκολλο εστιακής απομυελίνωσης με τη χρήση λυσολεκιθίνης (LPC). Τα αποτελέσματά μας δεν έδειξαν διαφορές στην κατάσταση της μυελίνης. Ωστόσο, 5 ημέρες μετά την ένεση, παρατηρήσαμε μείωση στη συσσώρευση των θετικών NG2 κυττάρων στο σημείο της βλάβης. Τέλος, για να εξετάσουμε την άμεση επίδραση των αιμοπεταλίων στη διαφοροποίηση των ολιγοδενδροκυττάρων, χρησιμοποιήσαμε πρωτογενείς κυτταροκαλλιέργειες καθώς και απομονωμένα αιμοπετάλια από αγρίου τύπου ποντίκια. Παρατηρήσαμε ότι οι υψηλότερες συγκεντρώσεις αιμοπεταλίων προάγουν τη διαφοροποίηση των ολιγοδενδροκυττάρων