Alteraciones en el nicho neurovascular durante el desarrollo del cerebro esquizofrénico

Abstract

La formación de vasos sanguíneos en el cerebro ocurre de manera simultánea a la formación de neuronas y glías durante el desarrollo embrionario, generándose el nicho neurovascular. Las señales presentes en este nicho son importantes para el desarrollo neural y vascular, así como para la formación y mantención de la barrera hematoencefálica. Por tanto, alteraciones en la comunicación neurovascular podrían tener una importante contribución al desarrollo de enfermedades del neurodesarrollo, como la esquizofrenia. La esquizofrenia es una enfermedad psiquiátrica, la que se caracteriza por sintomatología psicótica, deficiencias en la conectividad cerebral y pérdidas de materia gris. Creciente evidencia ha ligado anomalías vasculares a esta enfermedad, tales como un déficit en el Factor de crecimiento vascular endotelial A (VEGFA) en cerebros post mortem y plasma sanguíneo adulto, hipoperfusión en la corteza, neuroinflamación y disfunción de la barrera hematoencefálica. El uso de células troncales pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) se ha ampliado como una nueva estrategia para estudiar desordenes psiquiátricos, debido a que conservan la diversidad genética de los donantes y recapitulan procesos del desarrollo in vitro. Es por ello por lo que, en la presente tesis se quiso evaluar si, al recapitular el neurodesarrollo en la esquizofrenia mediante hiPSC, una desregulación funcional tanto del linaje neural como endotelial, componentes principales del nicho neurovascular, conlleva a una angiogénesis deficiente. Para ello se comparó entre células derivadas de hiPSC obtenidas de esquizofrénicos (SZP) e hiPSC obtenidas de controles sanos (Ctrl), la diferencia en la expresión de moléculas angiogénicas por parte de células del linaje neural; sus diferencias en la inducción de la formación de vasos; y las diferencias fenotípicas y funcionales entre células endoteliales cerebrales (BEC). Los resultados de esta tesis indican que es posible observar diferencias entre células derivadas de hiPSC SZP y Ctrl tanto a nivel molecular como funcional. Las células neurales SZP presentan alteraciones en el perfil de moléculas secretadas y son deficientes al inducir la formación de vasos, mientras que las BEC SZP poseen diferencias en la expresión y secreción de moléculas asociadas a su función angiogénica y de barrera. Importantemente, la vía de señalización de VEGFA pareciese estar alterada en SZP. El estudio de células derivadas de hiPSC SZP muestra hallazgos similares a lo encontrado en pacientes y revela alteraciones en vías que podrían estar actuando de forma sinérgica en el nicho neurovascular.

The formation of blood vessels in the brain, as well as neurogenesis and gliogenesis, occur simultaneously during embryonic development. The result is the formation of the neurovascular niche, which brings together physical and molecular signals from both systems. Such signals are important for both neural and vascular development, as well as for the formation and maintenance of the blood-brain barrier. Therefore, alterations in neurovascular communication could have an important contribution for the development of neurodevelopmental diseases, such as schizophrenia. Schizophrenia is a psychiatric disease characterized by psychotic symptoms, deficiencies in brain connectivity and loss of gray matter. Increasing evidence links vascular abnormalities to this disease. Abnormalities such as vascular endothelial growth factor A (VEGFA) deficiency in postmortem brains and adult blood plasma, hypoperfusion in the neocortex, neuroinflammation, and blood-brain barrier dysfunction. The use of human induced pluripotent stem cells (hiPSC) has been expanded as a new strategy to study psychiatric disorders. hiPSC conserve the genetic diversity of donors and recapitulate developmental processes in vitro. In this study we aim to evaluate whether, when recapitulating neurodevelopment in schizophrenia using hiPSC, an angiogenic deficit occurs as a consequence of a functional dysregulation of both neural and endothelial lineages; both of the latter being main components of the neurovascular niche. To such an end, we compare differences between cells obtained from schizophrenia derived patients (SZP) hiPSC with those obtained from healthy control derived (Ctrl) hiPSC cells. Specifically, we compare differences in the expression of angiogenic molecules by cells of the neural lineage, their differences in the induction of vessel formation and phenotypic and functional differences between brain endothelial cells (BEC). The results of this study indicate that it is possible to observe differences between cells derived from SZP hiPSC with those derived from Ctrl hiPSC, at both the molecular and functional level. SZP neural cells present alterations in the profile of secreted molecules and are deficient in inducing the formation of vessels. In addition, SZP BECs have differences in the expression and secretion of molecules associated with their angiogenic and barrier function. Furthermore, the VEGFA signaling pathway appears to be altered in SZP. The study of cells derived from SZP hiPSC results in similar findings to those found in SZP revealing alt