[en] Effective strategies to prevent or treat Alzheimer's pathology remain elusive. To confront a disease with such a long prodromal phase is crucial to understand the mechanisms altered at early stages. Hippocampal synaptic dysfunction, broadly accepted to be caused by soluble forms of amyloid-β peptide (oAβ), strongly correlates with the cognitive decline observed in Alzheimer's disease (AD) patients and is thought to underlie its initial development. Postsynaptic forms of hippocampal longterm potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) processes are widely believed to underlie some forms of learning and memory. These changes in synaptic efficacy are tightly regulated by ionotropic glutamate receptors (iGluRs) levels at the synapse and activity-induced gene transcription. In this regard, nuclear receptors subfamily 4 group A (Nr4a) have emerged as possible modulators of hippocampal synaptic and cognitive functions, although the underlying molecular mechanisms remain unknown. The aim of this study is to investigate at the molecular, synaptic and behavioral level the potential role of Nr4a2 in the synaptic failure occurring at early stages of AD, focusing on the functions of Nr4a2 transcription factor in hippocampal synaptic plasticity. We observed that, in mature hippocampal-cultured neurons, Nr4a2 expression increased upon neuronal stimulation in a mechanism dependent on calcium entry though iGluRs and on the activation of the CREB/CRTC1 signaling pathway and the phosphatase calcineurin. Notably, protein levels and extracellular release of BDNF, as well as GluA1-AMPAR and GluN1-NMDAR subunit protein levels were reduced in absence of Nr4a2 and increased with its activation. In addition, Nr4a2 activation was also able to upregulate postsynaptic AMPAR levels in CA1 pyramidal neurons and to block LTD at Schaffer collateral to CA1 synapses. Importantly, the activity-dependent increase of Nr4a2 protein levels was disrupted in mature hippocampal-cultured neurons exposed to oAβ, and the activation of Nr4a2 was able to block the oAβ-mediated depression as well as the oAβ-dependent LTP impairments. We also examined the effects of virally mediated Nr4a2 hippocampal overexpression in the APPSw,Ind mouse model of AD by using a battery of tests to explore the Behavioral and Psychological Symptoms of Dementia (BPSD)-like behaviors, the abolishment of daily living activities and the cognitive deficits in an early and moderate stage of the pathology. Remarkably, we found that Nr4a2 hippocampal overexpression not only partly ameliorated the cognitive deficits but also significantly rescued the increased anxiety-related behaviors in the APPSw,Ind mouse model of AD at both ages. Altogether, our findings strongly support that Nr4a2 transcription factor is involved in glutamatergic synaptic plasticity associated to hippocampal-dependent learning and memory events, opening the possibility to emerge as a possible disease-modifying therapy targeting the synaptic dysfunction that occurs at early stages of AD.

[es] Actualmente no existen estrategias eficaces para prevenir o tratar la enfermedad de Alzheimer. Para combatir una enfermedad con una fase prodrómica tan larga, es crucial entender los mecanismos alterados en etapas tempranas. Actualmente se cree que las formas solubles oligoméricas del péptido β-amiloide (oAβ) causan la disfunción sináptica hipocampal, la cual correlaciona con el deterioro cognitivo observado en los pacientes con la enfermedad de Alzheimer y podría ser subyacente al inicio de la patolgía. Las formas postsinápticas hipocampales de potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD) se consideran subyacentes a algunas formas de aprendizaje y memoria dependientes de hipocampo. Estos cambios en la eficacia sináptica están altamente regulados por los niveles de los receptores ionotrópicos de glutamato (iGluRs) a las sinapsis y la transcripción génica mediada por actividad. En este contexto, la subfamilia 4 grupo A de receptores nucleares (Nr4a) han emergido como posibles moduladores de las funciones hipocampales sinápticas y cognitivas, aunque los mecanismos moleculares subyacentes todavía no se conocen. El objetivo de este estudio se basa en investigar a nivel molecular, sináptico y conductual, el potencial papel de Nr4a2 en el deterioro sináptico que ocurre en estadios tempranos de la enfermedad de Alzheimer, centrándonos en las funciones de este factor de transcripción en la plasticidad sináptica hipocampal. Observamos que, en neuronas hipocampales maduras en cultivo, la expresión de Nr4a2 aumentaba con estimulación neuronal en un mecanismo dependiente de la entrada de calcio a través de los iGluRs y de la activación de la ruta de señalización CREB/CRTC1 y la fosfatasa calcineurina. Cabe resaltar que tanto los niveles proteicos como su liberación al medio extracelular de BDNF, así como los niveles proteicos de las subunidades GluA1-AMPAR y GluN1-NMDAR se vieron reducidos en ausencia de Nr4a2 e incrementados con su activación. Además, la activación de Nr4a2 también fue capaz de aumentar los niveles postsinápticos de AMPAR en neuronas piramidales de CA1 y de bloquear la LTD en las sinapsis colaterales de Schaffer a CA1. El aumento de los niveles proteicos de Nr4a2 mediado por actividad neuronal en neuronas hipocampales maduras en cultivo se vio afectado en presencia de oAβ, y la activación de Nr4a2 bloqueó tanto la depresión sináptica como el deterioro de la LTP mediado por oAβ. También examinamos los efectos de la sobreexpresión hipocampal de Nr4a2 mediante vectores virales en el modelo murino APPSw,Ind usando una batería de tests para analizar los síntomas conductuales y psicológicos de demencia, conocidos por las siglas BPSD en inglés, la abolición de actividades diarias y los déficits cognitivos en una fase temprana y moderada de la enfermedad. Sorprendentemente, encontramos que la sobreexpresión hipocampal de Nr4a2 no solo mejoró parcialmente los déficits cognitivos, sino que también disminuyó los comportamientos ansiosos incrementados en el modelo APPSw,Ind en ambas edades. En conjunto, nuestros datos apoyan el papel del factor de transcripción Nr4a2 en la plasticidad sináptica glutamatérgica asociada a proceses de aprendizaje y memoria dependientes de hipocampo, abriendo la posibilidad de emerger como una posible diana terapéutica contra la disfunción sináptica que ocurre en estadios tempranos de la enfermedad de Alzheimer.