Efecto del silenciamiento de PINK1 sobre la dinámica de espinas dendríticas en un cultivo primario de neuronas hipocampales

Abstract

Mutaciones en el gen PINK1 causan enfermedad de Parkinson. Los síntomas no motores de la enfermedad, como la depresión, demencia y trastornos del sueño probablemente son la consecuencia de la degeneración de los sistemas sinápticos dopaminérgicos y no dopaminérgicos. La deficiencia de PINK1 afecta la plasticidad sináptica de las neuronas del hipocampo. La sinapsis excitatoria entre las neuronas está mediada por conexiones sinápticas entre axones y dendritas, y la mayoría de las sinapsis excitatorias se producen en protuberancias ricas en actina de las dendritas llamadas espinas dendríticas. Las espinas son estructuras dinámicas y la eficacia de la sinapsis está estrechamente relacionada con la morfología de la espina. Las anormalidades en el tamaño, forma y número de espinas son comunes en enfermedades neurológicas como el autismo, esquizofrenia y la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, se desconoce si mutaciones de PINK1 pueden afectar las espinas de las neuronas. Para evaluar si el silenciamiento de PINK1 tiene algún efecto sobre la dinámica de espinas de las neuronas del hipocampo, cultivos primarios de neuronas de hipocampo de ratón se transfectaron con plásmidos para silenciar PINK1 y expresar GFP. El análisis de las imágenes de las neuronas obtenidas por microscopía confocal mostró que el silenciamiento de PINK1 aumentó la densidad de espinas y desarrolló más espinas Thin, mientras que no tuvo ningún efecto sobre la densidad de los Filopodios y espinas Stubby y Mushroom. Además, el silenciamiento de PINK1 redujo la cabeza de las espinas Stubby. El análisis de la expresión de proteínas sinápticas por Western blot mostró que el silenciamiento de PINK1 disminuyó la expresión de las proteínas postsinápticas PDS95 y Shank y la expresión de los receptores de glutamato NR2B y mGluR5, mientras que aumentó la expresión de las proteínas reguladoras del citoesqueleto RhoGAP29 y ROCK2. Detectamos que el silenciamiento de PINK1 reguló proteínas presinápticas disminuyendo la expresión de Syn1 y aumentando la expresión de vGluT1. Y encontramos que el silenciamiento de PINK1 disminuyó la activación de Akt. Estos resultados sugieren que el silenciamiento de PINK1 puede desviar el funcionamiento sináptico de las neuronas de hipocampo a través de la regulación de la morfología de las espinas. La dinámica de espinas causada por el silenciamiento de PINK1 podría generar efectos sutiles en la neurotransmisión de las neuronas de hipocampo. Estos efectos eventualmente pueden conducir a la neurodegeneración y deterioro cognitivo que a menudo se observa en la enfermedad v de Parkinson.

PINK1 mutations cause Parkinson’s disease. The non-motor symptoms of disease such as depression, dementia and sleep abnormalities are probably the consequence of the degeneration of the dopaminergic and non-dopaminergic synaptic systems. PINK1 deficiency impairs the synaptic plasticity of hippocampal neurons. Neuron communication is mediated by synaptic connections between axons and dendrites, and most of the excitatory synapses occur in actin-rich protusions in dendrites called dendritic spines. Spines are dynamic structures and the strength of the synapse is closely related to spine morphology. Abnormalities in size, shape and number of spines are common in neurological diseases such as autism, schizophrenia and Alzheimer’s disease. However, whether mutations of PINK1 can affect neuron spines is unknown. To assess whether silencing of PINK1 has any effect on spine dynamics of hippocampal neurons, primary cultures of hippocampal neurons from mice were transfected with plasmids to silence PINK1 and express GFP. Analysis of neuron images obtained by confocal microscopy showed that PINK1 silencing increased spine density and developed more Thin spines, while it had no effect on the density of Filopodia and Stubby and Mushroom spines. In addition, PINK1 silencing reduced the spinehead of Stubby spines. Analysis of synaptic protein expression by Western blot showed that PINK1 silencing decreased the expression of the postsynaptic proteins PSD95 and Shank and the expression of the glutamate receptors NR2B and mGluR5, while increased the expression of the cytoskeleton regulatory proteins RhoGAP29 and ROCK2. We detected that PINK1 silencing regulated presynaptic proteins decreasing the expression of Syn1 and increasing the expression of vGluT1. And we found that PINK1 silencing decreased Akt activation. These results suggest that PINK1 silencing can divert synaptic functioning of hippocampal neurons through regulation of spine morphology. The spine dynamics caused by PINK1 silencing could generate subtle effects in neurotransmission of hippocampal neurons. These effects can eventually lead to neurodegeneration and the cognitive decline that is often seen in Parkinson’s disease.