Deciphering the role of the p75 pan-neurotrophin receptor in adult hippocampal neurogenesis as a novel therapeutic approach to Alzheimer’s disease
Authors: Παπαδοπούλου Μαρία-Άννα 
Published: November 2023

Ο παν-νευροτροφικός υποδοχέας p75 (p75NTR) είναι μέλος της υπερ-οικογένειας των υποδοχέων θανάτου Tumor Necrosis Factor (TNF) που εκφράζεται ευρέως σε πολλούς τύπους κυττάρων του νευρικού ιστού, συμπεριλαμβανομένων των ενήλικων νευρικών βλαστικών κυττάρων (aNSCs). Η αξιοσημείωτη αύξηση της κυτταρικής του έκφρασης κατά τη διάρκεια της νευροεκφύλισης και η πολύπλοκη σηματοδότησή του, που κυμαίνεται από την επιβίωση έως τον κυτταρικό θάνατο, έχουν προσελκύσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τον υποδοχέα αυτό, ως πιθανό φαρμακολογικό στόχο. Η συσχέτιση μεταξύ του p75NTR και της Νόσου Αλτσχάιμερ (ΝΑ) παρουσιάζει ιδιαίτερα μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς ο p75NTR εκφράζεται σε μεγάλο βαθμό σε πληθυσμούς αποπτωτικών νευρικών κυττάρων κατά την εξέλιξη της παθολογίας της ΝΑ. Ο p75NTR έχει επίσης συνδεθεί εκτενώς με τη ΝΑ, καθώς χρησιμεύει ως υποδοχέας για το αμυλοειδές-β (Aβ), το κύριο συστατικό των αμυλοειδικών πλακών, που βρίσκονται στον εγκέφαλο των ασθενών με ΝΑ. Επιπλέον, πρόσφατες μελέτες αναδεικνύουν τη σημασία αυτού του υποδοχέα στην ενήλικη νευρογένεση του ιπποκάμπου, αλλά τα αντιφατικά αποτελέσματα και η έλλειψη σαφούς μεθοδολογίας δεν αποσαφηνίζουν το ρόλο του υποδοχέα. Η παρούσα μελέτη εκτείνεται από την in vivo ανίχνευση της ενήλικης νευρογένεσης σε διασταυρούμενα μοντέλα ποντικών με έλλειψη του υποδοχέα (p75 knock out) και ζωϊκά μοντέλα της NA, έως την μελέτη του υποδοχέα σε in vitro πρωτογενείς καλλιέργειες νευρικών κυττάρων. Η μελέτη μας καταδεικνύει ότι ο p75NTR είναι σημαντικός για τη νευρογένεση και την τύχη των ενήλικων βλαστικών κυττάρων (aNSCs) και διερευνούμε τον ρόλο του p75NTR στη νευρογένεση υπό τη νευροπαθολογία της ΝΑ. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στον έλεγχο των δράσεων του p75NTR στην ενήλικη νευρογένεση της οδοντωτής έλικας (DG) του ιπποκάμπου των τρωκτικών, υπό φυσιολογικές και νευροεκφυλιστικές συνθήκες, όπως η ΝΑ, καθώς και στην εξέταση της κυτταρικής δράσης του υποδοχέα που σχετίζεται με τον κυτταρικό θάνατο ή την επιβίωση. Αποκαλύπτοντας και ελέγχοντας τα συγκεκριμένα σηματοδοτικά μονοπάτια που είναι απαραίτητα για τη διαμεσολάβηση των δράσεων του p75NTR στα βλαστικά κύτταρα, θα μπορούσαμε να στοχεύσουμε την ενδογενή ικανότητα της νευρογένεσης ως μια καινοτόμο θεραπευτική προσέγγιση. Στο πρώτο μέρος της μελέτης μας αξιολογήσαμε την in vivo ενήλικη νευρογένεση του ιππόκαμπου σε ποντίκια p75 knockout, σε σύγκριση με ποντίκια άγριου τύπου (ποντίκια ηλικίας 2 και 6 μηνών). Η μελέτη μας εξαρτάται από την αξιολόγηση δύο διαφορετικών μοντέλων ποντικών με διαγραφή του γονιδίου p75. Το πρώτο, είναι το p75 ko Ngfrtm1Jae στοχευμένης μετάλλαξης 1 -το οποίο αναπτύχθηκε από τον Δρ. Rudolf Jaenisch κι ονομάστηκε p75NTR/ExonIII-, και το οποίο στερείται του υποδοχέα πλήρους μήκους. Το δεύτερο, προέκυψε από την διασταύρωση p75flox ζώων με ζώα που έχουν μια ειδική διαγραφή του εξονίου ΙΙ σε κύτταρα που εκφράζουν νεστίνη (Nestin Cre), με βάση τη χρήση του συστήματος ρεκομπινάσης. Τα αποτελέσματά μας από το πρώτο μοντέλο ποντικού δείχνουν, μειωμένο αριθμό πολλαπλασιασμού των aNSCs σε p75 ko ποντίκια. Τα αποτελέσματα αυτά καταδεικνύουν την αναγκαιότητα του p75NTR στην ενήλικη νευρογένεση. Σε ένα δεύτερο βήμα, εξετάσαμε τις επιπτώσεις της διαγραφής στη διαφοροποίηση των NSCs, χρησιμοποιώντας τους δείκτες Dcx και NeuN και αποκτήσαμε αποτελέσματα που υποδηλώνουν ότι οι ανώριμοι νευρώνες δεν μπορούν να διαφοροποιηθούν περαιτέρω σε ώριμους νευρώνες.Επιπλέον, εξετάσαμε ποντίκια με την ειδική διαγραφή του p75 exonII στα κύτταρα που εκφράζουν νεστίνη. Αυτή η σειρά ποντικών μας δίνει μια απάντηση για τον κυτταροειδικό ρόλο του p75 στη νευρογένεση, καθορίζοντας επίσης τα αυτόνομα ή μη, σηματοδοτικά μονοπάτια που ελέγχουν τη μοίρα των βλαστικών κυττάρων. Επιπλέον, διασταυρώσαμε τα p75 ko exonIII ζώα με τα 5xFAD, ένα μοντέλο ποντικού με ΝΑ εξαρτώμενο από το τοξικό αμυλοειδές-β. Σε αυτή τη σειρά ποντικών, προσδιορίζουμε επίσης επίπεδα νευρογένεσης σε σύγκριση με του αγρίου τύπου.Σε μια φαρμακολογική προσέγγιση της έρευνάς μας, μελετήσαμε τις εξαρτώμενες από τον p75 υποδοχέα επιδράσεις σε ανθρώπινα νευρικά βλαστικά κύτταρα (NPCs) που προέρχονται από επαγώμενα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (iPSCs), προκειμένου να ελέγξουμε την σημασία των αποτελεσμάτων που είχαμε από τα προαναφερθέντα ζωϊκά μοντέλα σε ανθρώπινα νευρικά κύτταρα. Να σημειωθεί ότι ο ρόλος του p75NTR δεν έχει μελετηθεί στο παρελθόν σε ανθρώπινα NPCs, γεγονός που αναδεικνύει την καινοτομία της εργασίας μας. Η μελέτη της συμμετοχής του p75NTR στην ανθρώπινη νευρογένεση περιέλαβε διάφορα ερευνητικά ερωτήματα. Πρώτον, προσδιορίσαμε την έκφραση και την δραστηριότητα του p75NTR καθώς και των ενδοκυττάριων διαμεσολαβητών του. Επιπλέον, διερευνήσαμε τις επιδράσεις του p75NTR σε NPCs που προέρχονται από ανθρώπινα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα (hiPSCs), διασαφηνίζοντας τη σηματοδότηση του υποδοχέα και τη δυσλειτουργία του σε NPCs που προέρχονται από ασθενείς με ΝΑ που φέρουν τη μετάλλαξη ApoE4. Επιπλέον, δεικνύουμε τις δράσεις του p75NTR στην επιβίωση των NPCs που προέρχονται από hiPSCs υπό την παρουσία των ολιγομερών αμυλοειδούς Aβ, διερευνώντας τη συμμετοχή του υποδοχέα τόσο στην εξέλιξη της ΝΑ, όσο και στο ρόλο της ανθρώπινης νευρογένεσης στην ΝΑ. Τα αποτελέσματα αυτά παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τον ρόλο του p75NTR στη κυτταρική τύχη των NPCs και τον πιθανό θεραπευτικό του ρόλο στον άνθρωπο. Επιπροσθέτως, για να αποκρυπτογραφήσουμε τις σηματοδοτικές ιδιότητες του υποδοχέα, δοκιμάσαμε μια βιβλιοθήκη νέων, συνθετικών αναλόγων της δευδροεπιανδροστερόνης (DHEA), με συγκεκριμένες φαρμακολογικές ιδιότητες που θα μπορούσαν να δράσουν στον p75NTR και να ενεργοποιήσουν επιλεκτικά συγκεκριμένα μονοπάτια σηματοδότησής του. Παρά τις ευεργετικές επιδράσεις των νευροτροφινών στη λειτουργία του εγκεφάλου, η θεραπευτική τους χρήση δεν είναι εφικτή λόγω της πολυπεπτιδικής τους φύσης και της αδιαπερατότητας του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, οι προηγούμενες μελέτες μας απέδειξαν ότι συνθετικά ανάλογα που προέρχονται από τη DHEA μπορούν να δράσουν όπως οι νευροτροφίνες, καθώς ενεργοποιούν εκλεκτικά τους υποδοχείς νευροτροφινών και μιμούνται τις ενδογενείς νευροτροφίνες, στερούνται ενδοκρινικών παρενεργειών, κι επομένως έχουν προτιμητέα φαρμακολογικά χαρακτηριστικά. Η παρούσα μελέτη διερεύνησε τιςβιολογικές δράσεις ενός νεοσυντιθέμενου αναλόγου, του ENT-A044, και τον ρόλο του στην επαγωγή κυτταροειδικών λειτουργιών του p75NTR. Η χορήγηση του αναλόγου καλλιέργειες ανθρώπινων NPCs που προέρχονται από iPSCs, έδειξε σημαντική αύξηση στον κυτταρικό θάνατο και αύξησε την έκφραση της pJNK μέσω του p75NTR, σε αντίθεση με πρωτογενείς κυτταρικές καλλιέργειες που προέρχονται από ποντίκια, όπου το ENT-A044 οδήγησε σε επιβίωση. Έτσι, το ανάλογο νευροτροφίνης ENT-A044 ενεργοποιεί τον υποδοχέα νευροτροφινών p75, ρυθμίζοντας τη νευρωνική επιβίωση με τρόπο εξαρτώμενο από το είδος του κυττάρου και του οργανισμού προέλευσης του. Συμπερασματικά, το ENT-A044 προτείνεται ως μόριο-οδηγός για την ανάπτυξη νέων φαρμακολογικών παραγόντων, παρέχοντας νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις και ερευνητικά εργαλεία, μέσω του ελέγχου σηματοδότησης του p75NTR.Τα αποτελέσματα των μελετών μας προσφέρουν πολύτιμα εργαλεία για τον επιλεκτικό έλεγχο του p75NTR στη ΝΑ, προκειμένου να ελεγχθεί το ενδογενές δυναμικό νευρογένεσης ως ένας νέος μηχανισμός νευρικής επιδιόρθωσης. Επιπλέον, η ενήλικη νευρογένεση είναι ένα νέο επιστημονικό πεδίο με πολλά σημαντικά ευρήματα αλλά κι αντικρουόμενες απόψεις. Η ανακάλυψη του δυναμικού της ενήλικης νευρογένεσης στον εγκέφαλο ανοίγει νέους δρόμους και θεραπευτικές ευκαιρίες για τη αντιμετώπιση νευρολογικών ασθενειών, ιδίως μέσω της εκμετάλλευσης της ενδογενούς αναγεννητικής ικανότητας. Η λεπτομερής χαρτογράφηση των ιδιοτήτων και των λειτουργιών σε επίπεδο ενός κυττάρου, με βάση τη χωρικο-χρονική έκφραση πολυλειτουργικών ρυθμιστικών υποδοχέων, όπως ο p75NTR, θα μπορούσε να αποτελέσει σημαντικό πλεονέκτημα για τον έλεγχο της νευρογένεσης και των σχετικών γνωστικών λειτουργιών.