Caracterización y rescate de las anomalías en espinas dendríticas en un modelo murino para la enfermedad de Niemann Pick Tipo A

Resumen

Las espinas dendríticas son protrusiones de la membrana neuronal que reciben la mayor parte del estímulo excitatorio en el Sistema Nervioso Central. Los cambios en la forma, el tamaño o el número de espinas son esenciales en los procesos de aprendizaje y memoria. El citoesqueleto de actina, especialmente enriquecido en estas estructuras, es un elemento clave en la regulación de este dinamismo que debe acompañarse de la remodelación de la membrana postsináptica. Sin embargo, se conoce poco sobre la relación dinámica entre la actina y los principales componentes de la membrana, los lípidos. En este trabajo de tesis identificamos a la Esfingomielina (SM), como un modulador clave del citoesqueleto de actina en espinas. Empleando ratones deficientes en la esfingomielinasa ácida (ASM-/-), que mimetizan la enfermedad de Niemann Pick tipo A (NPA), demostramos que los niveles elevados de SM en la membrana postsináptica producen una reducción en el tamaño de las espinas y en su contenido en actina filamentosa. En el mecanismo molecular implicado, el incremento del lípido reduce los niveles de los receptores metabotrópicos de glutamato de tipo I (mGluR1/5), impidiendo la unión a la membrana y activación de proteínas estabilizadoras de los filamentos de actina como RhoA y sus efectores ROCK y ProfilinaII. La activación farmacológica de la esfingomielinasa neutral (NSM) previene los fenotipos alterados en espinas in vitro e in vivo, así como evita la neurodegeneración y mejora las deficiencias motoras y de memoria en ratones ASM-/-. Estos resultados muestran la influencia del esfingolípido más abundante en las membranas neuronales, la SM, y de sus enzimas catabólicas en la fisiología de espinas dendríticas. Además, contribuyen a entender la patología de la NPA abriendo perspectivas para su tratamiento Dendritic spines are protrusions of the neuronal membrane that receive most of the excitatory input in the Central Nervous System. Changes in the shape, size and number of spines underlie memory and learning processes. The actin cytoskeleton, which is enriched in these structures, is a key regulator of spine dynamism that must be accompanied by the remodelling of the postsynaptic membrane. However, little is known about the link between the actin cytoskeleton and the membrane major components: the lipids. This PhD thesis work identifies sphingomyelin (SM) as a key modulator of the dendritic spine actin cytoskeleton. We show that increased SM levels in neurons of acid sphingomyelinase knock out mice (ASM-/-), which mimic Niemann Pick disease type A (NPA), result in reduced spine size and low levels of filamentous actin. Mechanistically, SM accumulation decreases the levels of metabotropic glutamate receptors type I (mGluR1/5) at the synaptic membrane impairing membrane attachment and activity of the filamentous actin stabilizing proteins RhoA and its effectors ROCK and ProfilinIIa. Pharmacological enhancement of the neutral sphingomyelinase (NSM) rescues the spine molecular and morphological phenotypes in vitro and in vivo, prevents neuronal degeneration and improves motor and memory deficits in ASM-/- mice. Altogether, these data demonstrate the influence of the most abundant sphingolipid in neuronal membranes, SM, and of its catabolic enzymes in dendritic spine physiology. They also contribute to understand NPA pathology opening new perspectives for therapeutic interventions.