CREB-dependent transcription in astrocytes: signalling pathways, gene profiles and neuroprotective role in brain injury

El estudio de los astrocitos se ha vuelto muy relevante en el ambito de las neurociencias desde el descubrimiento, a principios de los anos 90, de que aquellas “celulas de soporte” podian responder a la actividad sinaptica. Actualmente, esta aceptado que los astrocitos poseen la capacidad de modular la transmision sinaptica a traves de la liberacion de moleculas que actuan tanto en el terminal pre-sinaptico como en el post-sinaptico, los llamados gliotransmisores. Sin embargo, todavia quedan muchas cuestiones por resolver sobre el papel que juega esta poblacion de celulas gliales en la fisiologia cerebral. En el presente trabajo, hemos estudiado un campo ampliamente explorado en neuronas pero poco conocido en astrocitos: la transcripcion dependiente de CREB. Este factor de transcripcion expresado en todos los tipos celulares integra respuestas de todo tipo de estimulos y, por tanto, regula numerosos procesos tanto fisiologicos como patologicos. En neuronas, CREB es un factor clave en los mecanismos de plasticidad sinaptica, que son la base para la adquisicion de nuevas memorias, y tambien participa en los procesos neuroprotectores desencadenados por numerosas patologias cerebrales. Dado que los astrocitos participan tanto en procesos de regulacion de la actividad sinaptica como en neuroproteccion, nuestro estudio pretende determinar en que medida estas funciones estan reguladas por CREB. Para ello hemos caracterizado, en cultivos primarios de astrocitos, los mecanismos moleculares de la activacion de CREB tras la estimulacion con los transmisores ATP y NE, y hemos estudiado los programas geneticos inducidos por la activacion de CREB a traves de diferentes vias de senalizacion. Finalmente, hemos determinado el papel protector del CREB astrocitario en un modelo murino de dano cerebral agudo. Los principales hallazgos de esta tesis son: (i) una nueva via de senalizacion que activa CREB en astrocitos, (ii) la asociacion de los programas transcripcionales de CREB con el metabolismo oxidativo, la homeostasis y la comunicacion celular, (iii) el papel neuroprotector del CREB astrocitario en un modelo de dano cerebral a traves de un incremento de la supervivencia neuronal y regeneracion axonal, un descenso de la inflamacion y un rescate energetico a traves de la estimulacion de vias metabolicas mitocondriales. The study of astrocytes has become highly relevant in the realm of neurosciences since the discovery in the early 90’s that those “supportive cells” can respond to synaptic activity. Nowadays, it is accepted that astrocytes have the ability to modulate synaptic transmission through the release of molecules that act at both pre-synaptic and post-synaptic sites, the so-called gliotransmitters. However, there are still many questions to be solved about the role of this glial cell population in brain physiology. In the present work, we studied a field that has been largely explored in neurons, but that is poorly known in astrocytes: the CREB-dependent transcription. This widely-expressed transcription factor integrates the cellular responses of multiple stimuli, thus regulating numerous physiological and pathological functions. In neurons, CREB is a key player in the mechanisms that underlie synaptic plasticity, which is the molecular basis of memory acquisition, and it is involved in neuroprotective processes triggered by several brain disorders. Given the fact that astrocytes also play a role in synaptic activity and neuroprotection, we ought to know whether those functions are regulated by astrocytic CREB. Thus, we studied the molecular mechanisms of CREB activation in cell cultures upon stimulation with the transmitters ATP and NE and characterized the transcriptional programs triggered by CREB activation through different signalling pathways. Finally, we determine the protective roles of astrocytic CREB in a mouse model of traumatic brain injury. The main findings of this thesis are: (i) a novel signalling pathway for CREB activation in astrocytes, (ii) the functional association of CREB-dependent transcriptional programs with oxidative metabolism, homeostasis and intercellular communication, and (iii) the neuroprotective roles of astrocytic CREB in a model of traumatic brain injury, through an increase in neuronal survival and axonal regeneration, a decrease in inflammation and a rescue of bioenergetic failure by increasing the mitochondrial metabolic pathways.