Characterizing the involvement of NMDA receptors in Alzheimer’s disease

Abstract

Los receptores NMDA (NMDAR) son fundamentales para la fisiología cerebral y la plasticidad sináptica, y su mal funcionamiento se ha asociado con la enfermedad de Alzheimer (EA). Específicamente, estudios realizados en modelos animales y celulares muestran que, mientras que la activación de los NMDAR sinápticos promueve señales de supervivencia, la activación de los NMDAR extrasinápticos produce neurotoxicidad y muerte celular. En esta tesis, llevamos a cabo un protocolo bioquímico para aislar las membranas sinápticas y extrasinápticas del cerebro humano. Mostramos que las subunidades de NMDAR GluN2A y GluN2B estaban reducidas en la fracción sináptica, mientras que GluN2B estaba aumentada en la fracción extrasináptica de la corteza con EA. Descubrimos una nueva glicoforma de 160 kDa de GluN2B y GluN2A que estaba aumentada en la fracción extrasináptica de la corteza con EA, y la N-glicosilación de GluN2B y GluN2A estaba alterada en la EA. El desequilibrio de subunidades de NMDAR en la EA podría inducir el fallo en la transmisión sináptica y la excitotoxicidad observada en la EA. También describimos por primera vez la presencia de NMDAR en el líquido cefalorraquídeo humano y reportamos niveles reducidos de GluN2A e incrementados de GluN3A en la EA y la enfermedad de Huntington (EH), respectivamente. Este descubrimiento podría abrir el camino para futuros enfoques de biomarcadores en enfermedades neurológicas. Finalmente, nos propusimos evaluar la idoneidad de las neuronas derivadas de células madre pluripotentes inducidas (iNeurons) para el estudio de los NMDAR en la EA. Utilizamos dos protocolos alternativos -Brainphys (BPM) y Neural Maintenance Media (NMM)- para estudiar si dos procesos clave del desarrollo -a saber, la incorporación de NMDAR en la sinapsis y el cambio de GluN2B a GluN2A- ocurren en las iNeurons. Saber si estos procesos del desarrollo ocurren en las iNeurons es fundamental para comprender sus limitaciones cuando los investigadores están interesados en modelar enfermedades relacionadas con el envejecimiento, como la EA. Encontramos que ambos protocolos incrementan sus NMDAR sinápticos con la maduración, pero solo BPM muestra signos que sugieren el cambio de GluN2B a GluN2A. Luego, intentamos modular el sistema NMDAR con tratamiento de Aß para simular un entorno similar a la EA. El Aß redujo los niveles de ARNm de GluN2B y GluN2A y la proporción de NMDAR sinápticos en NMM, pero no en BPM. En conjunto, estos hallazgos subrayan la importancia de los NMDAR como moduladores clave de la EA y proporcionan un marco para futuras investigaciones orientadas a frenar la progresión de esta devastadora enfermedad.