The role of the autophagy in the differential vulnerability and the integrated stress response to the cerebral ischemia

Resumen

El coste social y económico del accidente cerebrovascular (CVA) está continuamente en aumento y hasta la fecha hay pocas posibilidades de reducir la mortalidad o la discapacidad derivadas de esta patología. Por ello la búsqueda de nuevas dianas terapéuticas para su aplicación en clínica constituye una necesidad prioritaria. En el presente estudio se estudió la respuesta autofágica a la isquemia cerebral y su relación con el estrés del retículo. El objetivo era profundizar en el conocimiento de estos mecanismos, que constituyen potenciales dianas terapéuticas contra el CVA. En el primer capítulo, se realizó un estudio comparativo de la respuesta autofágica entre dos estructuras cerebrales (corteza cerebral e hipocampo) que presentan una vulnerabilidad diferencial a la isquemia. Para ello, se utilizó un modelo ex vivo de isquemia basado en el uso de secciones cerebrales. Este modelo permite la comparación de respuestas de diferentes estructuras en idénticas condiciones experimentales (en particular, se utilizaron 30 minutos de privación de oxígeno y glucosa [OGD] seguido de 3 horas en condiciones normóxicas [RL, reperfusion like]. Para caracterizar la actividad autofágica se midieron los niveles tanto de marcadores de inducción de autofagia como de sustratos específicos de autofagia (estimando así el flujo autofágico). Los resultados obtenidos permitieron concluir que la OGD induce una respuesta autofágica rápida en la corteza cerebral que no se observó en el hipocampo. El papel neuroprotector de la autofagia en la corteza cerebral parece implicar el control de los niveles de poliubiquitina y de la liberación de glutamato. El segundo capítulo compara la respuesta autofágica entre estructuras utilizando un modelo de isquemia cerebral global. Este modelo permitió extender los resultados descritos en el capítulo anterior a un modelo in vivo. Se analizó tanto la respuesta autofágica a la isquemia como su relación con la respuesta a las proteínas mal plegadas (UPR) inducida por el estrés de retículo endoplásmico. Tanto en la corteza cerebral como en la estructura hipocampal CA1 se observó actividad autofágica que no pudo ser detectada en la región hipocampal CA3. La respuesta autofágica en CA1 no parece suficiente para combatir el estrés de retículo, lo que explica la presencia de secuestosomas (agregados de proteínas mal plegadas) observados en las neuronas de esta estructura. La activación farmacológica de la UPR incrementó la actividad autofágica, eliminando los secuestosomas y reduciendo el daño isquémico. El tercer capítulo analiza la relación entre autofagia y la vía PERK de la UPR en un modelo de cultivos organotípicos de hipocampo sometidos a OGD y RL. Este modelo permite controlar la concentración de fármaco que llega a las neuronas y obtener muestras de una forma rápida, lo que permite estudiar diferencias en las respuestas entre tiempos muy cortos. El estudio mostró que la fosforilación de eIF2α (marcador de la activación de la vía PERK) presentó una respuesta rápida y de corta duración. Cuando está fosforilación se mantuvo a lo largo de la RL, se produjo un efecto neuroprotector mediado por ATF4 (activating transcription factor 4). Se ha descrito que ATF4 es capaz de producir una respuesta citoprotectora conocida como respuesta integrada al estrés (ISR, integrated stress response). La ISR incluye la activación de la autofagia y el aumento de la actividad antioxidante. Al contrario de lo observado en otros modelos de hipoxia, en el modelo aquí utilizado el efecto neuroprotector de ATF4 se debe a una respuesta antioxidante más que a una activación de la autofagia. Esto permitió concluir que el peso específico de los distintos componentes de la ISR depende del contexto celular y del modelo experimental.