P2Y1-CRMP2-NMDARs: a novel mechanistic hypothesis for glutamate-induced neurodegeneration

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Jesus, Matilde Partidário Martins de
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/102056
Resumo: Dissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling P2Y1-CRMP2-NMDARs: a novel mechanistic hypothesis for glutamate-induced neurodegenerationP2Y1-CRMP2-NMDARs: uma nova hipótese mecanística para a neurodegeneração induzida por glutamatoExcitoxicidadeP2Y1RCRMP2NMDARNeurodegeneraçãoExcitoxicityP2Y1RCRMP2NMDARNeurodegenerationDissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaDifferent brain disorders, both acute and chronic, present distinct aetiologies and phenotypes, and have different pathogenic mechanisms. However, there are some key pathogenic events shared between these brain diseases. Glutamate toxicity is one of these key pathogenic events in several neurodegenerative disorders. It entails an excessive NMDAR-mediated Ca2+ influx that triggers the activation of calpains and other proteases, which have deleterious effects on neurons. Extracellular ATP levels increase is also a common event in different brain disorders. Accordingly, it was recently reported in rat hippocampal neurons that glutamate-induced synaptic loss, and later neuronal death, entails a P2Y1R-driven subcellular-specific toxic increase in axonal NMDAR-mediated Ca2+ entry, leading to calpain-mediated axonal cytoskeleton damage. CRMP2, a cytosolic phosphoprotein crucial for axon specification/outgrowth during neuronal development, whose expression remains robust in the adult brain, has been also associated to different neurodegenerative disorders. This, together with the observations that CRMP2 controls the traffic/activity of GluN2B-containing receptors, that its phosphorylation is required in glutamate (NMDAR)-induced loss of axonal integrity and that P2Y1R regulates its phosphorylation during development, prompt the hypothesis that P2Y1R increases NMDARs and subsequent calpain-mediated axonal damage through the modulation of CRMP2. Ca2+-imaging analysis allowed us to observe an increased regulation of NMDARs in the whole cell, but with a tendency to be higher at proximal axons upon excitotoxic conditions. Then, through Western Blot analysis, we assessed that the increase of NMDARs depends on P2Y1Rs. CRMP2 seems to control NMDAR-mediated Ca2+-transients in the axonal compartment and there is an increase in the phosphorylation of CRMP2 under excitotoxic conditions in a P2Y1R-dependent manner. This indicates that P2Y1R may be indeed increasing axonal NMDARs catalysing glutamate-induced neurodegeneration through the regulation of CRMP2. Taking into account that CRMP2 has also been associated to different neuropathologies, these results further support that this P2Y1R-CRMP2-axonal NMDAR-calpain-axonal degeneration may constitute a novel neurodegenerative mechanism shared by different brain disorders.Diferentes doenças cerebrais, tanto agudas como crónicas, apresentam etiologias e fenótipos distintos, e possuem diferentes mecanismos patogénicos. Existem alguns eventos patogénicos chave partilhados entre estas doenças. A toxicidade do glutamato é um destes eventos patogénicos chave em várias doenças neurodegenerativas. Implica um influxo excessivo de Ca2+ mediado por NMDAR que desencadeia a activação de calpaínas e outras proteases, os quais têm efeitos deletérios sobre os neurónios. O aumento dos níveis extracelulares de ATP também é um evento comum em diferentes doenças cerebrais. Consequentemente, foi recentemente relatado em neurónios do hipocampo de rato que a perda sináptica induzida pelo glutamato, e por fim a morte neuronal, implica um aumento tóxico subcelular específico de entrada axonial de Ca2+ mediada por NMDAR induzido pelo P2Y1R, levando a danos nos citoesqueletos axonais provocados pela calpaína. CRMP2, uma fosfoproteína citosólica crucial para a especificação/crescimento axonal durante o desenvolvimento neuronal, cuja expressão permanece robusta no cérebro adulto, também tem sido associada a diferentes doenças neurodegenerativas. Isto, juntamente com as observações de que a CRMP2 controla o tráfico/actividade dos receptores que contém GluN2B, e tal como observado também que a sua fosforilação é necessária para a degeneração do axónio provocada pelo glutamato (NMDAR), e que o P2Y1R regula a sua fosforilação, apoia fortemente a nossa nova hipótese de que o P2Y1R aumenta os NMDARs e subsequentes danos axonais mediados pela calpaína através da modulação da CRMP2. A análise de imagem de Ca2+ permitiu-nos observar, sob condições de toxicidade do glutamato, um aumento na regulação dos NMDARs em toda a célula, mas com uma tendência para ser mais elevada no compartimento axonial. Através da análise de Western Blot verificámos que o aumento dos recetores de NMDA depende de P2Y1Rs. A CRMP2 parece controlar o influxo de Ca2+ mediado pelos recetores NMDA no compartimento axonial e existe um aumento da fosforilação da CRMP2, sob condições excitotoxicas, de uma forma dependente dos recetores P2Y1. Isto indica que os P2Y1R podem estar envolvidos no aumento dos recetores de NMDA no compartimento axonial, agindo como catalizadores na neurodegeneração induzida pelo glutamato através da regulação da CRMP2. Tendo em conta que a CRMP2 tem sido associada a diferentes patologias de doenças cerebrais, estes resultados suportam ainda mais que a degeneração axonial mediada por P2Y1R-CRMP2-NMDAR axonial-calpaína pode constituir um novo mecanismo neurodegenerativo partilhado por diferentes doenças cerebrais.FCTFCT2022-06-302028-06-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/102056http://hdl.handle.net/10316/102056TID:203061810engJesus, Matilde Partidário Martins deinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-10-27T11:08:27Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/102056Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:19:06.052382Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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