Novel molecular insights into the cholinergic C-type synapse: implications in healthy and diseased motor neurons

Les motoneurones (MNs) reben sinapsis excitadores i inhibidores que regulen la seva activitat i, en última instància, el comportament motor. Entre aquestes, les sinapsis colinèrgiques de tipus C (botons C) destaquen com un dels aferents excitadors més grans, i presenten una organització postsinàptica única, que inclou una cisterna subsinàptica (SSC) i un conjunt de proteïnes, com el receptor colinèrgic muscarínic M2, el canal Kv2.1, la neuregulina-1 i el receptor sigma-1 (S1R). Aquesta maquinària molecular permet als botons C modular l’excitabilitat de les MNs en funció de la demanda motora. L’excitabilitat de les MNs sembla influir en la seva vulnerabilitat, i les alteracions dels botons C han emergit com a possibles contribuents a malalties de la MN. Tanmateix, el paper dels diferents components del botó C en la fisiologia i patologia de les MNs encara és poc conegut. L’objectiu principal d’aquesta tesi ha estat aprofundir en el coneixement de la rellevància fisiològica i patològica de diferents components moleculars del botó C. Per a això, hem caracteritzat un nou component molecular d’aquestes sinapsis i hem investigat el paper del S1R en l’organització del botó C. A més, hem analitzat les alteracions d’aquestes sinapsis en l’atròfia muscular espinal (AME) i explorat la seva modulació mitjançant el nusinersen, una estratègia terapèutica dirigida al gen causant de la malaltia. Per a aquests estudis, s’han emprat ratolins salvatges, ratolins knockout per a S1R (S1R-KO) i el model murí d’AME severa SMN∆7, entre d'altres, així com estratègies de microscòpia confocal i electrònica, complementades amb procediments moleculars i bioquímics. Els nostres resultats han revelat que l’anticòs monoclonal Y172, dirigit contra el factor de transcripció fosfo (p)-c-Jun (serina [Ser]63), immunotenyeix un nou component molecular no identificat dels botons C, anomenat Y172-related protein. Aquest s’ha localitzat en la SSC de la regió postsinàptica del botó C, mostrant una estreta associació amb S1R. En ratolins S1R-KO, l’absència de S1R ha impedit l’agrupació de la Y172-related protein en les seves localitzacions específiques, induit una dilatació de l'SSC i augmentat els processos autofàgics en la regió postsinàptica dels botons C. No obstant això, la seva absència només ha afectat modestament l’agrupació d’altres molècules dels botons C i no ha alterat altres tipus sinàptics. El model SMN∆7 ha mostrat una reducció en la densitat dels components pre- i postsinàptics dels botons C en les etapes avançades de la malaltia, probablement a causa d’una degeneració sinàptica secundària a la patologia intrínseca de les MNs. Aquestes alteracions han estat parcialment previngudes pel tractament amb nusinersen. En conclusió, aquest treball identifica la Y172-related protein com un nou component dels botons C i proporciona nous coneixements sobre el paper d’S1R en aquesta sinapsi. Els nostres resultats estableixen les bases per a futures investigacions dirigides a determinar la identitat molecular de la Y172-related protein i aclarir la seva relació amb S1R en la regulació de l’excitabilitat de les MNs. A més, indiquen que les alteracions en les proteïnes del botó C podrien contribuir secundàriament a la degeneració de les MNs i no s’haurien de desestimar com a possibles dianes terapèutiques complementàries per a les malalties de la MN.