Funciones opuestas de las quinasas ABL en polarización neuronal

Abstract

En las neuronas la segregación de los compartimentos axonal y dendrítico es clave para el flujo vectorial de información. Por lo cual, el fenómeno de polarización neuronal es esencial para el desarrollo y el correcto funcionamiento del sistema nervioso. Este proceso ocurre durante el desarrollo embrionario cuando se rompe la simetría celular; y una neurita inicia un crecimiento más rápido en relación a las otras dando origen al axón y a las dendritas, respectivamente. Una variedad de señales extracelulares y vías de señalización intracelulares han sido descritas participan en este proceso. La familia de quinasas Abl (oncogenes de leucémia murina de Abelson): Abl1 y Abl2 regulan distintos procesos durante el desarrollo del cerebro, como guía axonal y morfogénesis dendrítica; funciones que requieren la reorganización del citoesqueleto de actina y de microtúbulos. La hipótesis formulada “Abl-1 promueve la polarización neuronal a través de la activación de Rac1; mientras que Abl-2 inhibe la adquisición de polaridad”, cuyo objetivo y estrategia es comprobar que el modelo de neuronas nulas de Abl1 presenta una disminución del porcentaje de neuronas polarizadas y de la actividad de Rac1, y comprobar que la inhibición farmacológica y genética de Abl2 genera un aumento en el porcentaje de neuronas polarizadas. En este trabajo se observó que, en neuronas, Abl1 y Abl2 presentan una distribución diferencial y que los niveles y actividad de Abl1 aumentan a medida que las neuronas se polarizan. Se ha observado que neuronas hipocampales nulas para Abl1 muestran un retardo en la adquisición del fenotipo polarizado y defectos en sus conos de crecimiento. Sorprendentemente, el tratamiento de neuronas nulas de Abl1 con inhibidores específicos de las quinasas Abl, generan un fenotipo opuesto, es decir, aumenta la polarización neuronal, sugiriendo que Abl2 estaría inhibiendo la polarización neuronal. En forma consistente, el silenciar mediante shRNA o sobre expresar Abl2 genera un aumento o una disminución, respectivamente, en la polarización neuronal. Evaluando la actividad indirecta de Rac, vemos que la ausencia de Abl1 genera una disminución de la actividad de la señalización rio abajo seguida por fosforilación de Cofilina en Ser 4. Así mismo en neuronas tratadas con GNF2 los niveles de Rac1 activo es mayor que en neuronas control, que se correlaciona con el efecto de estos fármacos en la polarización neuronal. En conclusión, nuestros resultados muestran que las quinasas Abl poseen un efecto opuesto en la polarización neuronal: Abl1 promueve y Abl2 inhibe la polarización neuronal. Estas quinasas Abl modulan la actividad de Rac1 durante el proceso

Segregation of neuronal compartments: axonal and dendritic, is needed for the correct wiring, function and vector flow of information in the brain. Thus, neuronal polarization is an essential process for the development and proper functioning of the brain. This process occurs during embryonic development, when neuronal symmetry breaks due to the fast growth of a neurite in contraposition to the others, processes that give rise to an axon and dendrites, respectively. A wide variety of extracellular cues and intracellular signaling have been described as essential elements that can orchestrate this process. The family of proteins Abl (Abelson murine leukemia oncogenes): Abl1 and Abl2 participate in distinct processes of neuron development like axonal guide, synaptic maturation, and dendritic morphogenesis. Functions that require the reorganization of cytoskeleton. In this work, we show that Abl1 and Abl2 have a differential distribution early in the developing neuron and that the levels and activity of Abl1 are higher in polarized neurons. It is documented that Abl1 regulates axonal growth in cortical neurons, but Abl1 role on neuron polarization has remained unclear. We show that Abl1 null hippocampal neurons present a delay in neuron polarization and have bigger and oblique growth cones. Surprisingly, these neurons when treated with Abl inhibitors, Imatinib or GNF2, present an opposite phenotype, i.e. a higher percentage of polarized neurons, as compared to control WT or K.O neurons, suggesting that Abl2 would inhibit neuron polarization. Effectively, we show that silencing or over-expressing Abl2 results in a rise or a decrease in the percentage of neuron polarization, respectively and modulates the length of minor neurites. Evaluation of Rac indirect activity, by immunofluorescence, we show that in the absence of Abl1 neurons, the activity of Rac1 in the axon decreases. We also show that the levels of active Rac1, are augmented in GNF2, and diminished in DPH treated cortical neurons, activity that is correlated with the effect on neuron polarization with these same treatments. In conclusion, we show that Abl kinases have opposite functions on neuron polarization: Abl1 promotes and Abl2 inhibits neuron polarization. And these Abl kinases modulate somehow the activity of Rac1 during this process