Expresión y actividad de Ca2+-ATPasas en el encéfalo adulto y en desarrollo de distintas especies y en cultivos neuronales

Abstract

El Ca2+ desempeña un papel fundamental en el sistema nervioso. Para el correcto mantenimiento de los niveles intracelulares de este ión es precisa la intervención de las bombas de Ca2+ SERCA, SPCA y PMCA. Un proceso neurodegenerativo como la enfermedad de Alzheimer se caracteriza, entre otros aspectos, por una desregulación de los niveles de Ca2+ y acumulación del péptido β-amiloide (Aβ), siendo el hipocampo una de las primeras áreas afectadas.

En esta Tesis se ha realizado la caracterización inmunológica y funcional de las Ca2+-ATPasas en el hipocampo de cerdo adulto, así como en regiones del encéfalo de ratón durante el desarrollo. Todas las bombas están presentes y son funcionales en todas las áreas desde los primeros estadios del desarrollo, siendo la PMCA la más activa. Las distintas Ca2+-ATPasas muestran una localización específica según el área y estadio del desarrollo. La PMCA4 se distribuye específicamente en microdominios lipídicos de membrana del hipocampo (rafts). También se han caracterizado los cultivos primarios del hipocampo de ratón en ausencia y presencia de Aβ, y de calmodulina, y se han analizado sus efectos sobre las actividades Ca2+-ATPasas. El Aβ produce cambios en la supervivencia, la morfología celular y una inhibición específica de la PMCA. Estos efectos son bloqueados por la calmodulina.

Los resultados de este trabajo sugieren un papel específico de las bombas de Ca2+ en la regulación del ión en funciones concretas en el sistema nervioso durante procesos celulares y en el desarrollo.

Calcium ions play a key role in the activation and regulation of several mechanisms in the nervous system, such as synaptic transmission, neurite development or apoptosis. The fine tuning of intracellular Ca2+ levels is essential for the functioning of these processes and is carried out by Ca2+ pumps SERCA, SPCA, and PMCA. Dysregulation of Ca2+ levels is involved in a neurodegenerative disorder such as Alzheimer disease (AD), being the hippocampus one of the first regions affected by the disease.

The goal of this work has been the immunological and functional characterization of Ca2+ pumps in adult pig hippocampus, as well as in developing mouse brain areas. Results show the expression and activities of the pumps in all analyzed areas, being the PMCA the ATPase with the highest activity. The Ca2+-ATPases are localized according to the area and developing stage, being the PMCA expressed in rich synapse regions. Furthermore, the PMCA4 is the only isoform that also is distributed in rafts lipid microdomains. The study has been extended to hippocampal primary neuronal cultures in the absence and presence of Aβ and calmodulin. The Aβ affects neuronal survival, cellular morphology and neurite elongation. It has been analyzed their effects on Ca2+-ATPases activity. The Aβ inhibits specifically the PMCA activity. All Aβ effects in cultures are prevented by calmodulin.

Overall, the results of this work strongly suggest a specific role of Ca2+ pumps in the regulation of this ion in precise functions in brain areas during cellular processes and development.