La proteína DLGS97 es necesaria para el aprendizaje asociativo aversivo en Drosophila melanogaster

Abstract

La base neurobiológica que subyace al aprendizaje y la memoria corresponde a cambios celulares ocurridos en el sistema nervioso, dentro de los cuales se encuentra de manera central la plasticidad sináptica y una de sus manifestaciones, la potenciación de largo plazo o LTP. La LTP produce cambios funcionales y estructurales a nivel celular que llevan ya sea a un fortalecimiento o a un debilitamiento de las sinapsis implicadas, de acuerdo al tipo de estímulo que reciban. Este proceso está sujeto a una respuesta sináptica que implica la activación de cascadas de señalización. Alteraciones en estos procesos se han asociado con disfunciones en la memoria en modelos animales. Los cambios plásticos neuronales que ocurren durante y tras los procesos de adquisición (aprendizaje) y consolidación de la memoria sugieren que existe un rol de las proteínas de andamio SAP-MAGUK en ellos. Esta familia de proteínas conforman complejos multiproteicos con los receptores NMDA, colaboran en la regulación de la función sináptica y en los cambios de la organización del citoesqueleto, participando en la contraposición espacial de los dominios de membranas de las neuronas pre y postsináptica, permitiendo el aumento de la eficiencia sináptica o incluso un incremento en el número de sinapsis. En vertebrados, el estudio in vivo de estas proteínas resulta complejo debido a la evidencia de mecanismos funcionales de compensación. La presencia de sólo un miembro SAP-MAGUK, el gen dlg en el genoma de la Drosophila, asociado a la expresión de las proteínas DLGA y DLGS97 (homólogas a PSD95 y SAP97), hace de este animal un modelo adecuado para el estudio in vivo de las funciones de la proteína DLGS97 durante el aprendizaje olfativo asociativo (dado al alto nivel de expresión de DLGS97 en esta región). En esta tesis, se realizó una caracterización in vivo de los defectos en el aprendizaje olfativo asociados a una deficiencia de DLGS97 en las vías ascendentes del procesamiento olfativo (neuronas sensoriales olfatorias y neuronas de proyección) y en los cuerpos fungiformes (centro integrador), bajo la hipótesis que la disminución de la expresión de DLGS97 en cualquiera de estas vías, es capaz de alterar el aprendizaje, debido a que DLG contribuye a los cambios plásticos y funcionales asociados a este proceso. Los resultados obtenidos permiten corroborar los antecedentes preliminares observados en el laboratorio de Neurobiología Celular y Molecular (Universidad de Chile), de que los mutantes dlgS975 presentan defectos de aprendizaje y que DLG es necesario para el condicionamiento olfatorio. Tras caracterizar este fenotipo de aprendizaje, se determinó que un silenciamiento de DLGS97 sólo en los cuerpos fungiformes, pero no en las vías ascendentes produce defectos en el aprendizaje. Estos resultados sugieren que DLGS97 es necesario para el aprendizaje asociativo olfatorio, pero no en todo el sistema olfatorio. Esta diferencia podría ser explicada dado a diferencias en la composición molecular de estas vías, donde los cuerpos fungiformes presentan un alto nivel de DLGS97 y concentran, próximos a sus dendritas, la mayor población de receptores glutamatérgicos (dNR1 y dNR2) del cerebro. También podría asociarse a que estas estructuras poseen un rol integrador y reciben aferencias de múltiples circuitos neuronales, por ende, ocurren un mayor número de cambios plásticos, haciendo a esta estructura más susceptible al silenciamiento de la proteína DLGS97

The neurobiological basis underlying learning and memory corresponds to cellular changes in the nervous system, within which is centrally found the synaptic plasticity and one of its manifestations, the long-term potentiation or LTP. The LTP produces functional and structural changes at a cellular level that lead either to a strengthening or weakening of synapses involved, according to the type of stimulation they receive. This process is subject to a synaptic response involving the activation of signaling cascades. Disturbances in these processes are associated with memory dysfunction in animal models. The neuronal plastic changes that occur during and after the acquisition (learning) and memory consolidation processes suggest a role of scaffold proteins SAP-MAGUK in them. This family of proteins forms multiprotein complexes with NMDA receptors collaborate in the regulation of the synaptic function and changes in the cytoskeletal organization, participating in spatial contraposition of the membrane domains of the pre and postsynaptic neurons, allowing the rise in the synaptic efficiency or even an increase in the number of synapses. In vertebrates, the in vivo study of these proteins is complex due to the evidence of functional compensation mechanisms. The presence of only one SAP-MAGUK member, the dlg gene in the Drosophila genome, associated to the expression of proteins DLGS97 DLGA and (homologous to PSD95 and SAP97), makes this animal a suitable model for the in vivo study of the functions of the DLGS97 protein during associative olfactory learning (given to the high level of expression of DLGS97 in this region). In this thesis, we performed an in vivo characterization of the olfactory learning defects associated to a DLGS97 deficiency in the ascending pathways (olfactory sensory neurons and projection neurons) of the olfactory processing and the mushroom bodies (central core) under the hypothesis that the decreased expression of DLGS97 in any of these pathways can alter learning, because DLG contributes to plastics and functional changes associated with this process. The obtained results confirm the preliminary data observed in the laboratory of Molecular and Cellular Neurobiology (Universidad de Chile), that the dlgS975 mutants present a defective learning and that DLG is required for olfactory conditioning. After characterizing this learning phenotype, it was determined that silencing DLGS97 only in the mushroom bodies, but not in ascending pathways produces learning defects. These results suggest that DLGS97 necessary for olfactory associative learning, but not in the whole olfactory system. This difference could be explained because of differences in the molecular composition of these pathways, where the mushroom bodies have a high level of DLGS97 and concentrate, near their dendrites, the major population of glutamate receptors (dNR1 and DNR2) of the brain. It could also be associated that these structures have an integrative role and receive input from multiple neuronal circuits, therefore, more plastic changes occur, making this structure more susceptible to the DLGS97 protein silencing