STAT3 neuronal como mediador de la toxicidad de los astrocitos estimulados con oligómeros del péptido β-amiloide

Abstract

El estrés oxidativo y la desregulación de la señalización de calcio son señales importantes en una variedad de enfermedades neurodegenerativas, incluyendo la enfermedad de Alzheimer (EA). El factor de transcripción STAT3 tiene un rol crucial en el desarrollo y mantención del sistema nervioso. Recientemente, la pérdida de la actividad transcripcional de STAT3 ha sido ligada a la EA. En este trabajo, tratamos astrocitos primarios con los oligómeros del péptido β-amiloide (AβOs), los cuales muestran una potente actividad sinaptotóxica, y estudiamos los efectos de los mediadores presentes en el medio condicionado de astrocitos tratados con AβOs (MCA+AβOs) en la depleción nuclear de STAT3 fosforilado en el residuo 727 (pSer-STAT3) en las neuronas. El tratamiento de los cultivos neuronales ricos en astrocitos con 0,5 μM de AβOs indujo en las neuronas una disminución significativa de pSer-STAT3, pero no de fosfotirosina 705-STAT3, la otra forma fosforilada de STAT3. Esta disminución no ocurrió en cultivos neuronales pobres en astrocitos revelando un rol fundamental de los astrocitos en esta respuesta. Para probar si los mediadores, liberados por los astrocitos en respuesta a los AβOs, induce la depleción nuclear de pSer-STAT3, cultivos neuronales pobres en astrocitos fueron tratados con MCA+AβOs, lo que causó depleción nuclear de pSer-STAT3 pero no modificó los niveles totales de STAT3. El uso de catalasa y hemoglobina extracelular previno la depleción nuclear de pSer-STAT3 causada por el MCA+AβOs, indicando que posiblemente el peróxido de hidrógeno y el óxido nítrico son los mediadores liberados por los astrocitos involucrados en esta respuesta. Además, el MCA+AβOs indujo un aumento significativo de la espresión y la secreción de la citoquina pro-inflamamtoria IL-6. El MCA+AβOs aumentó el tono oxidativo neuronal y generó en las neuronas señales de calcio mediadas por el receptor de ryanodina, que son esenciales para la depleción nuclear de pSer-STAT3. Usando adenovirus, se demostró que la inhibición de calcineurina abolió la depleción nuclear de pSer-STAT3 inducida por el MCA+AβOs: También se demostró que la activación de calcineurina produjo un leve aumento de la depleción nuclear y mayor defosforilación de pSer-STAT3 en las neuronas, revelando que si bien calcineurina participa en la depleción nuclear de pSer-STAT3, no es el único componente involucrado en el proceso. En suma, el MCA+AβOs generó una disminución significativa de los niveles de ARNm de genes de sobrevivencia Bcl-2 y survivina y un aumento de la razón pro-apoptótica Bax/Bcl-2. No obstante, el MCA+AβOs no promovió la apoptosis por si solo. El MCA+AβOs sensibilizó a la neuronas hacia la muerte apoptótica pero solo en presencia de NMDA a concentraciones excitotóxicas. Esta es la primera descripción que el MCA+AβOs promueve señales de calcio neuronales que regulan la distribución nuclear de pSer-STAT3 en las neuronas. En esta tesis se propone que los AβOs inducen la producción de peróxido de hidrógeno, óxido nitric e IL-6, lo cual aumenta el tono oxidativo neuronal, generando una señal de calcio que activa la fosfatasa calcineurina, la cual causa (en parte) la depleción nuclear de pSer-STAT3 y la pérdida de la actividad transcripcional protectora de STAT3.

Oxidative stress and dysregulation of calcium signaling are pivotal signs in a variety of neurodegenerative diseases, including Alzheimer´s disease (AD). The transcription factor STAT3 has a crucial role in the development and maintenance of the central nervous system. Recently, the loss of transcriptional activity of STAT3 has been linked to AD. In this work, we treated astrocytes with amyloid beta peptide oligomers (AβOs), which display potent synaptotoxic activity, and studied the nature and effects of astrocyte-conditioned medium treated with AβOs on the nuclear depletion of neuronal serine-727-phosphorylated STAT3 (pSer-STAT3). Treatment of mixed neuron-astrocyte cultures with 0.5 μM AβOs induced in neurons a significant decrease of nuclear pSer-STAT3, but not of phosphotyrosine-705 STAT3, the other form of STAT3 phosphorylation. This decrease did not occur in astrocyte-poor neuronal cultures revealing a pivotal role for astrocytes in this response. To test if mediators released by astrocytes in response to AβOs induce pSer-STAT3 nuclear depletion, we used conditioned medium derived from AβOs-treated astrocyte cultures (ACM+AβOs). Treatment of astrocyte-poor neuronal cultures with ACM+AβOs caused pSer-STAT3 nuclear depletion but did not modify overall STAT3 levels. Extracellular catalase and haemoglobin prevented the pSerSTAT3 nuclear depletion caused by AβOs, indicating that reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide could mediate this response. Besides, ACM+AβOs produced an increase of production and secretion of the pro-inflamamtory cytokine IL-6. Also, ACM+AβOs increased the neuronal oxidative tone and calcium signals in neurons, leading to a ryanodine-sensitive intracellular calcium signal that proved to be essential for pSer-STAT3 nuclear depletion. Using adenoviruses we showed that calcineurin inhibition abolished the nuclear depletion of pSer-STAT3 induced by ACM+AβOs and that calcineurin activation produced just a mild increase of the nuclear depletion of pSer-STAT3 in neurons, revealing that calcineurin participate in nuclear depletion of pSer-STAT3, however, it is not the only component involved in the process. In addition, ACM+AβOs generated decreased Bcl-2 and Survivin transcription and significantly increased Bax/Bcl-2 ratio but ACM+AβOs did not execute apoptosis itself. ACM+AβOs sensibilized neurons to apoptotic death when it was incubated in presence of NMDA at an excitotoxic concentration. This is the first description that ACM+AβOs and neuronal calcium signals jointly regulate pSer-STAT3 nuclear distribution in neurons. We propose that AβOs induce hydrogen peroxide, nitric oxide and IL-6 production, which by increasing the neuronal oxidative tone, generate a calcium signal that activates the phosphatase calcineurin, which cause (in part) pSer-STAT3 nuclear depletion and loss of STAT3 protective transcriptional activity.