High expression of cytochrome b 5 reductase isoform 3/cytochrome b 5 system in the cerebellum and pyramidal neurons of adult rat brain

Abstract

Cytochrome b 5 reductase (Cb 5R) and cytochrome b 5 (Cb 5) form an enzymatic redox system that plays many roles in mammalian cells. In the last 15 years, it has been proposed that this system is involved in the recycling of ascorbate, a vital antioxidant molecule in the brain and that its deregulation can lead to the production of reactive oxygen species that play a major role in oxidative-induced neuronal death. In this work, we have performed a regional and cellular distribution study of the expression of this redox system in adult rat brain by anti-Cb 5R isoform 3 and anti-Cb 5 antibodies. We found high expression levels in cerebellar cortex, labeling heavily granule neurons and Purkinje cells, and in structures such as the fastigial, interposed and dentate cerebellar nuclei. A large part of Cb 5R isoform 3 in the cerebellum cortex was regionalized in close proximity to the lipid raft-like nanodomains, labeled with cholera toxin B, as we have shown by fluorescence resonance energy transfer imaging. In addition, vestibular, reticular and motor nuclei located at the brain stem level and pyramidal neurons of somatomotor areas of the brain cortex and of the hippocampus have been also found to display high expression levels of these proteins. All these results point out the enrichment of Cb 5R isoform 3/Cb 5 system in neuronal cells and structures of the cerebellum and brain stem whose functional impairment can account for neurological deficits reported in type II congenital methemoglobinemia, as well as in brain areas highly prone to undergo oxidative stress-induced neurodegeneration.

La citocromo b 5 reductasa (Cb 5R) y el citocromo b 5 (Cb 5) forman un sistema redox enzimático que desempeña numerosas funciones en las células de mamíferos. En los últimos 15 años, se ha propuesto que este sistema está implicado en el reciclaje de ascorbato, una molécula antioxidante vital en el cerebro y que su desregulación puede conducir a la producción de especies reactivas de oxígeno que juegan un papel importante en la muerte neuronal inducida por oxidación. En este trabajo, hemos realizado un estudio de distribución regional y celular de la expresión de este sistema redox en cerebro de rata adulta mediante anticuerpos anti-Cb 5R isoforma 3 y anti-Cb 5. Encontramos altos niveles de expresión en la corteza cerebelosa, marcando fuertemente neuronas granulares y células de Purkinje, y en estructuras como los núcleos cerebelosos fastigial, interpuesto y dentado. Una gran parte de la isoforma 3 de Cb 5R en la corteza cerebelosa se regionalizó en estrecha proximidad a las nanodominios similares a balsas lipídicas, marcadas con toxina de cólera B, como hemos demostrado mediante imágenes de transferencia de energía por resonancia de fluorescencia. Además, se ha observado que los núcleos vestibulares, reticulares y motores situados a nivel del tronco cerebral y las neuronas piramidales de las áreas somatomotoras de la corteza cerebral y del hipocampo también muestran altos niveles de expresión de estas proteínas. Todos estos resultados apuntan al enriquecimiento del sistema Cb 5R isoforma 3/Cb 5 en células neuronales y estructuras del cerebelo y tronco cerebral cuyo deterioro funcional puede explicar los déficits neurológicos descritos en la metahemoglobinemia congénita de tipo II, así como en áreas cerebrales altamente propensas a sufrir neurodegeneración inducida por estrés oxidativo.