Vesículas extracelulares de origen cerebral aisladas desde suero presentan perfil proteico diferencial en dos modelos de estrés en ratas

Abstract

El estrés precipita un espectro de trastornos neuropsiquiátricos, que incluyen trastornos del estado de ánimo, es decir, entidades complejas y multifactoriales caracterizadas por una gama de síntomas presentes en diferentes combinaciones, lo que sugiere la existencia de subtipos de enfermedades gatilladas por estrés. Utilizando modelos animales, en nuestro laboratorio se describió previamente que el estrés repetitivo a través de dos protocolos: la restricción de movimiento, o la inmovilización, induce conductas de tipo depresivo en ratas que fueron revertidas diferencialmente por fármacos antidepresivos, que elevan los niveles de serotonina o noradrenalina, respectivamente. Ello sugiere que los mecanismos neurobiológicos activados por ambos estresores son diferentes. Para caracterizar ambos protocolos de estrés, se propuso identificar marcadores proteicos en el fluido cerebroespinal, encontrándose que la Aldolasa C, una enzima expresada en astrocitos, está presente en niveles diferenciales en estructuras nanovesiculares. Las nanovesículas extracelulares (NVEs) son secretadas por todos los tipos celulares, y contiene desde proteínas hasta miRNAs, y creciente evidencia apunta a que poseen un rol en la comunicación extracélular. La posibilidad que NVEs de origen cerebral pudieran contener posibles biomarcadores de estrés facilitarían el diagnóstico de trastornos psiquiátricos complejos. Por ello, postulamos la siguiente hipótesis: NVEs de origen cerebral, obtenidas desde suero, contienen un perfil proteico diferencial en dos modelos de estrés crónico. Para comprobar nuestra hipótesis, se caracterizaron NVEs séricas de ratas expuestas a estrés, y sus proteomas se identificaron mediante espectrometría de masas. Al validar los resultados, se observó que Adolasa C y la proteína ácida fibrilar glial astrocítica (GFAP) muestran niveles diferenciales al comparar la restricción con la inmovilización. Para comprobar si la Aldolasa C en NVEs séricas podía haberse originado en células del cerebro anterior, transferimos Aldolasa C-GFP a astrocitos mediante electroporación in útero. La proteína recombinante se recuperó en NVEs de suero, proporcionando evidencia directa de que las NVEs derivados del cerebro están presentes en el suero, mientras que su carga molecular podría constituir una valiosa fuente de biomarcadores de enfermedades del sistema nervioso central

Stress precipitates a spectrum of neuropsychiatric disorders, including mood disorders, that is, complex and multifactorial entities characterized by a range of symptoms present in different combinations, suggesting the existence of stress-triggered disease subtypes. Using animal models, in our laboratory it was previously described that repetitive stress through two protocols: movement restriction, or immobilization, induced depressive-type behaviors in rats that were differentially reversed by antidepressant drugs that raise serotonin or norepinephrine levels, respectively. This suggests that the neurobiological mechanisms activated by both stressors are different. To characterize both stress protocols, we proposed to identify protein biomarkers in cerebrospinal fluid, finding that Aldolase C, an enzyme expressed in astrocytes, is present at differential levels in nanovesicular structures. Extracellular nanovesicles (ENVs) are secreted by all cell types, and they contain from proteins to miRNAs, and growing evidence points to their role in extracellular communication. The possibility that ENVs of brain origin could contain possible stress biomarkers would facilitate the diagnosis of complex psychiatric disorders. Therefore, we postulate the following hypothesis: ENVs of brain origin, obtained from serum, contain a differential protein profile in two models of chronic stress. To test our hypothesis, serum ENVs from rats exposed to stress were characterized, and their proteomes were identified by mass spectrometry. When validating the results, it was observed that Adolase C and the glial fibrillar acid astrocytic protein (GFAP) show differential levels in ENVs when comparing restriction with immobilization. To check whether Aldolase C in serum ENVs could be derived from forebrain cells, we transferred Aldolase C-GFP to astrocytes by in utero electroporation. Recombinant protein was recovered in serum ENVs, providing direct evidence that brain-derived ENVs are present in serum, while their molecular load could be a valuable source of biomarkers for central nervous system diseases