Participacion de quinasa Cdk5 en la comunicacion entre odontoblastos y neuronas trigeminales mediada por la secrecion de neurotransmisores inducida por endotoxinas bacterianas y por citoquinas

Abstract

Los dientes están formados por el esmalte, la dentina y la pulpa dental, la cual está altamente vascularizada e inervada por aferentes primarias de neuronas trigeminales. Los odontoblastos son una capa de células localizadas en la interfase entre la dentina y la pulpa dental, cuya principal función es la producción y secreción de la dentina. Los odontoblastos poseen algunas características similares a las neuronas sensoriales, ya que expresan canales receptores funcionales para estímulos nocivos. Interesantemente, se reportó que estímulos nocivos aplicados a odontoblastos causó la secreción de glutamato y de ATP, permitiendo la activación de neuronas trigeminales. Sin embargo, no se entiende en detalle este proceso. Recientemente nuestro grupo demostró que Cdk5, una quinasa clave en las vías del dolor, se encuentra expresada y activa en odontoblastos y también el tratamiento con las citoquinas TNF α o TGF β1 aumentó su actividad quinasa en estas células. Además, se ha reportado que el LPS aumentó la actividad de Cdk5 en macrófagos y en neuronas hipocampales. No obstante, no se entiende en detalle como estos mediadores inflamatorios regulan la actividad de Cdk5 en los odontoblastos ni como Cdk5 podría participar en la comunicación con las neuronas trigeminales. Por lo tanto, en esta tesis se evaluó la expresión, función y regulación por mediadores inflamatorios de Cdk5 en odontoblastos. De esta forma, demostramos que el tratamiento con citoquinas (TNF α o TGF β1) o con endotoxinas bacterianas (LPS o LTA) aumentó la activación de sus vías de señalización, la expresión de Cdk5 y de sus activadores en células MDPC 23 de tipo odontoblastos y en cultivos primarios de odontoblastos de ratón. Demostramos además que la actividad de Cdk5 aumentó luego del tratamiento con estas endotoxinas bacterianas o citoquinas. Adicionalmente, el tratamiento de cultivos primarios de odontoblastos con LPS aumentó la secreción en el sobrenadante de ATP y de glutamato, efecto que fue revertido por roscovitina, un inhibidor farmacológico de Cdk5. Por su parte, el tratamiento con LPS o LTA aumentó la actividad de Cdk5 en cultivos primarios de neuronas trigeminales. Por último, el tratamiento con el sobrenadante de odontoblastos tratados con LPS incrementó el calcio intracelular en cultivos primarios de neuronas trigeminales, efecto revertido por roscovitina. En su conjunto nuestros resultados demostraron que la activación de Cdk5 mediada por la inflamación o una infección dental participa en la comunicación entre los odontoblastos y las neuronas trigeminales, sugiriendo que Cdk5 es una importante proteína implicada en la función de los odontoblastos.

Teeth are formed by enamel, dentin and dental pulp, which is highly vascularized and innervated by primary afferents from trigeminal neurons. Odontoblasts are a layer of cells located at the interface between dentin and dental pulp, whose main function is the production and secretion of dentin. Odontoblasts have some characteristics like sensory neurons, since they express functional receptor channels for noxious stimuli. Interestingly, it was reported that noxious stimuli applied to odontoblasts caused glutamate and ATP secretion, allowing activation of trigeminal neurons. However, this process is not understood in detail. Recently our group demonstrated that Cdk5, a key kinase in pain pathways, is expressed and active in odontoblasts and treatment with the cytokines TNF-α or TGF-β1 increased its kinase activity in these cells. In addition, LPS has been reported to increase Cdk5 activity in macrophages and hippocampal neurons. However, it is not understood in detail how these inflammatory mediators regulate Cdk5 activity in odontoblasts nor how Cdk5 might participate in communication with trigeminal neurons. Therefore, in this thesis we evaluated the expression, function and regulation by inflammatory mediators of Cdk5 in odontoblasts. Thus, we demonstrated that treatment with cytokines (TNF-α or TGF-β1) or bacterial endotoxins (LPS or LTA) increased the activation of their signaling pathways, the expression of Cdk5 and its activators in odontoblast-like MDPC-23 cells and in primary cultures of mouse odontoblasts. We further demonstrated that bacterial endotoxins or cytokines treatment increased Cdk5 activity. Additionally, treatment LPS increased the secretion of ATP and glutamate in the supernatant of primary cultures of odontoblasts. This effect was reversed by roscovitine, a pharmacological inhibitor of Cdk5. Moreover, LPS or LTA treatment increased Cdk5 activity in primary cultures of trigeminal neurons. Finally, we found that treatment with LPS-treated odontoblast supernatant increased intracellular calcium in primary cultures of trigeminal neurons and this effect was reversed by roscovitine. Taken together our results demonstrated that Cdk5 activation mediated by inflammation or dental infection participates in the communication between odontoblasts and trigeminal neurons, suggesting that Cdk5 is an important protein involved in odontoblast function.