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RAI XXIV.07.Neuroinflamacion
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RAI XXIV.07.Neuroinflamacion

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Instituto Nacional de Psiquiatría (México) …

Instituto Nacional de Psiquiatría (México)
XXIV Reunión Anual de Investigación
6 de octubre del 2009
Mecanismos Celulares de la Neuroinflamación
Presenta: Dra. Guadalupe Mengod

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  • 1. Mecanismos celulares de la Neuroinflamación
    Guadalupe Mengod
    Departamento de Neuroquímica y Neurofarmacología
    Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona (IIBB)
    CSIC
    XXIV Reunión Anual del Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente
    Mexico DF Octubre 2009
  • 2. ¿Qué es la neuroinflamación?
    La inflamación es la compleja respuesta biológica de los tejidos vascularizados a heridas o infecciones. Del latín inflammare (prender fuego) se definió históricamente por los síntomas clínicos de dolor, enrojecimiento, calor, hinchazón y pérdida de función
    La reacción inflamatoria que caracteriza a muchas enfermedades neurodegenerativas se denomina “NEUROINFLAMACIÓN” e intervienen componentes del sistema immunológico.
  • 3. Neuroinflamación
    Elementos celulares importantes que intervienen en la neuroinflamación:
    • La barrera hematoencefálica
    • 4. Células T
    • 5. Microglía/macrófago
    • 6. Astroglía
  • BHE: definición
    La BHE es el mediador clave entre la circulación periférica y el cerebro
    La BHE es una barrera endotelial activa y selectiva presente en los capilares en el cerebro
    Capilares cerebrales humanos representan la mayor superficie entre la interfase sangre-SNC
    • 650 Km de longitud
    • 7. 10-20 m2 de superficie
    Ceccheli et al, 2007
  • 8. BHE: definición
    Ahora se acepta que existen varias barreras hematoencefálicas.
    Epitelio Aracnoide
    Ransohof et al, 2003
    Abbot 2005
  • 9. BHE: composición celular
    La BHE está formada por :
    • Células endoteliales alrededor de los capilares que tienen tight junctions, rodeadas por una membrana basal continua
    • 10. Elementos perivasculares:
    • 11. Astrocitos (modulan el fenotipo de la BHE)
    • 12. Neuronas perivasculares
    • 13. Pericitos
    Unidad neurovascular
    La entrada de moléculas en el cerebro está estrechamente regulada e influenciada por los componentes celulares de la Unidad Neurovascular.
    Ceccheli et al, 2007
  • 14. BHE : Tight Junctions
    Tight Junctions en células endoteliales
    • Las “tight junctions” son estructuras dinámicas.
    • 15. Hacen inaccesible el cerebro a moléculas polares que la han de atravesar por mecanismos de transporte.
    • 16. Las proteínas de las TJ cambian de expresión, localización subcelular, modificaciones postraduccionales e interacciones proteína-proteína en condiciones fisiológicas y patológicas.
    Hawkins and Davis 2005
  • 17. BHE : ¿cómo funciona?
    • Creación de un microambiente estable que asegura el disparo de las neuronas y propagación del potencial de acción.
    • 18. La BHE tiene relevancia clínica excepcional ya que su ruptura produce patologías graves.
    • 19. Impide la entrada de algunos fármacos en el cerebro
    • 20. La presencia de enzimas intra y extracelulares (MAO, fosfatasa alcalina, peptidasas, cyt P450) le confiere actividad metabólica.
    En la BHE hay transportadores para
    Desai et al, 2007
  • 26. BHE : ¿cómo funciona?
    De especial interés para el diseño de estrategias de entrada de fármacos en el SNC es la presencia en la BHE de sistemas de transporte de eflujos.
    • Entrada de nutrientes esenciales, glucosa,aminoácidos o moléculas relacionadas como L-DOPA, hay proteínas de membrana específicas presentes en la membrana de las células endoteliales.
    • 27. La P-glycoprotein,
    • 28. Bombea en sentido contrario moléculas lipofílicas desde el cerebro o desde las células endoteliales a la sangre.
    • 29. Es una parte funcional de la BHE ya que los ratones KO muestran una sensibilidad aumentada a fármacos de la circulación y toxinas que se quedan acumuladas en el cerebro a niveles más elevados de lo normal.
    Desai et al, 2007
  • 30. BHE : alteraciones en enfermedades
    Fallo de la BHE es un incidente crucial en el desarrollo y progresión de varias enfermedades del SNC
    • Aumento en su permeabilidad
    • 31. ischemic stroke
    • 32. traumatic brain injury
    • 33. Apertura de la BHE
    • 34. Esclerosis múltiple
    • 35. No tan claro en otras enfermedades neurodegenerativas
    • 36. Parkinson
    • 37. Alzheimer
  • BHE : alteraciones en enfermedades
    Rutas de entrada de leucocitos en el cerebro
    Ransohoff et al . Nat Rev Immunol 2003
  • 38. Las células gliales en el sistema nervioso central
    La neuroglia, está formada principalment por tres tiposcellulares: oligodendroglía, astroglía y microglía. Constituyen un sistema trófico y de soporte para las neuronas.
    Oligodendroglía: responsable de la producción y mantenimiento de la mielina en los axones del SNC. Presentan menos prolongaciones y ramificaciones que los astrocitos
    Astroglía:Secretan factores que modulan neuronas y las otras neuroglías.
    Microglía: Se encuentra en todo el SNC y constituye el sistema immunitario local del cerebro. Tienen capacidad de migrar, fagocitar y producir respuestas inflamatorias, liberando diversos factores que modulan la actividad neuronal.
  • 39. Estados de la microglía
    Resting: quiescentes tienen una morfología ramificada que se adapta a su microambiente. También tienen una morfología nuclear característica con mucha heterocromatina
    Activated but non-phagocytic: activada o reactiva. En respuesta a una agresión neuronal subletal. Se vuelve hipertrófica. Prolifera pero no fagocita.
    Activated phagocytic: activada ameboide. En respuesta a una agresión neuronal letal. Son los macrófagos del cerebro (pueden expresar marcadores específicos de macrófagos como el ED1.
  • 40. Los tres estados de la microglía: características
    -
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    +
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    activada
    quiescente
    fagocítica
    Proliferación ……………………………………………
    Migración……………………………………………….
    Vimentina ……………………………………………...
    GFAP …………………………………………………..
    Griffonia simplicifolia B4-isolectina ………………….
    Marcadores de macrófagos (ED1, ED2,OX-41) …..
    Receptor de complemento CR3 (OX-42) …………..
    Antígeno MHC classe I (OX-18) …………………….
    Antígeno MHC classe I (OX-6) ………………………
    Antígeno CD4 (W3/25) ……………………………….
    Antígeno común de los leucocitos (OX-1) ………….
  • 41. Modelos de activación de la microglía
    Perry et al Nat Rev Immunol 2007
  • 42. Modelos de activación de la microglía
    Perry et al Nat Rev Immunol 2007
  • 43. Neuroinflamación-Activación microglial
    Microglía quiescente
    (ramificada)
    Incremento de la
    fagocitosis
    Lesión, infecciones,desequilibrios en la homeostasis del calcio, etc.
    Microglía activada
    (ameboide)
    Incremento
    de la proliferación
    Liberación de citocinas
    (IL-1, IL-1, IL-6,TNF-)
    Expresión de iNOS
    y liberación de
    substancies neurotóxicas
    NO, ROS...
    Expresión de receptores
    de membrana
    (molécules MHC, receptores del
    sistema del complemento)
    Migración al
    foco de inflamación
    o de daño
    Activación de factores
    de transcripción
    (NFB)
  • 44. Células y neuroinflamación
    Popovich and Longbrake (2008) Nat Rev Nsc
  • 45. Phosphodiesterase
    cAMP or cGMP
    AMP or GMP
    The PDE superfamily consists of 11 members of which PDE4, 7 and 8 specifically hydrolyze cAMP
  • 46. Alterations in mRNA expression during neuroinflammation
  • 47. cAMPlevels
    Inflammatoryreaction
    cAMP
    inhibition
    function of cells involved
    in immune response
    release of proinflammatory mediators
    Molecular regulation of cAMP signaling in neuroinflammation
    cAMP-PDEs inhibition
    (PDE4, PDE7 y PDE8)
    Beavo 2001
  • 48. PDEs en Inflamación
    Respuesta Antiinflamatoria
    AMPc
    Inhibidores PDE
    Inhibidores selectivos PDE4
    Rolipram
    • Supresión o estimulación de citocinas
    • 49. Inhibición producción TNF
    • 50. PDE4B implicada en la respuesta inflamatoria inducida por LPS en células inmunes (Jin et al., 2005).
    • 51.  PDE4B2 en cerebro de rata en un modelo animal de Esclerosis Múltiple (EAE) (Reyes-Irisarri et al., 2007).
  • Inhibition of the PDE4-family
    Selective inhibition, both in vitro and in vivo, of PDE4 has several proven anti-inflammatory effects (Banner and Trevethick, 2004)
  • 52. LPS
    TNF
    AMPc
    (+ PDE inh)
    Ratón wt
    LPS
    LPS
    TNF
    TNF
    = rata
    control
    90%
    PDE4B knock out
    PDE4D knock out
    Inflamación inducida por LPS
    LPS
    TNF
    Ratón wt
    Jin and Conti, 2005
  • 53. Esclerosis múltiple
    Enfermedad inflamatoria neurodegenerativa caracterizada por la desmielinización de haces de nervios en el SNC. Los síntomas dependen del lugar de la lesión, pero incluyen pérdida sensorial, debilidad en los músculos de las piernas, dificultades de hablar , falta de coordinación, mareos.
    ‘tHart et al, Trends Mol Med 2009
  • 54. Esclerosis múltiple
    Marcadores neuropatológicos:
    • La placa desmielinizada
    • 55. Infiltrados de células inmunes en el parénquima cerebral
    Área hipocelular caracterizada por
    • pérdida de mielina
    • 56. axones relativamente preservados
    • 57. formación de cicatrices de astrocitos
    Imagen de Resonancia Magnética de una paciente de 25 años con EM, con lesiones múltiples en sustancia blanca del área periventricular
    Noseworthy et al., (2000) New Engl J Med
    Han et al., (2008) Nature
  • 58. Esclerosis múltipleTipos de placas: activas e inactivas
    pons humano
    glia/M
    Imm CD45
    Mielina
    Luxol fast blue periódic acid-schift
    Placa activa (nueva formación)
    Placa inactiva
    Mielina
    Myelin Heidenhain
    M
    Nissl
    Prineas etal .1993 Ann Neurol
  • 59. PDE4 y neuroinflamación
    Modelos animales de neuroinflamación
    • Encefalomielitis autoimmune experimental, EAE, inducida en ratas y ratones como modelo animal de esclerosis múltiple.
    • 60. Neuroinflamación inducida por LPS en ratas y ratones.
  • PDE4 y EAE
    Encephalomielitis autoimmune experimental : EAE
    • Utilizado como modelo animal de esclerosis múltiple .
    • 61. Enfermedad neuroinflamatoria inducida por inmunización activa contra la mielina en animales genéticamente susceptibles. Los animales se califican entre 1 y 5 según los síntomas clínicos.
    • 62. Caracterizada por infiltrados celulares, células T, macrófagos y células B en la médula espinal y el cerebro.
    • 63. Tratamiento con inhibidores de PDE4 reducen la EAE así como el número de infiltrados y altera el perfil temporal de expresión de las citocinas proinflamatorias.
  • PDE4 y EAE
    PDE4B mRNA splicing variants expression in EAE rats
    Control
    T-cells
    10 days p.i.
    PDE4B2/ dig TcR
    T-cells (CD3)
    PDE4B2
    PDE4B1
    13 days p.i.
    PDE4B mRNA splicing variants
    in EAE 13 days p.i.
    Macrophages/Microglia
    PDE4B2/ dig PAFR
    Microglia (CD68)
    PDE4B4
    PDE4B3
    PDE4B mRNA
    Reyes-Irrisari et al, 2007
  • 64. PDE4 y neuroinflamación
    Modelos animales de neuroinflamación
    • Encefalomielitis autoimmune experimental, EAE, inducida en ratas y ratones como modelo animal de esclerosis múltiple.
    • 65. Neuroinflamación inducida por LPS en ratas y ratones.
  • Modelo neuroinflamación por LPS
    • Expresión de marcadores inflamatorios.
    Control
    24h
    Control
    3h
    COX-2
    Astrogliosis
    IL-1β
    Activación
    endotelial
  • 66. Modelo neuroinflamación por LPS
    • Expresión de marcadores inflamatorios.
    Activación microglial
  • 67. Modelo neuroinflamación por LPS
    • Cambios de expresión a nivel de ARNm de PDE4.
    PDE4B
    PDE4B2
    PDE4B3
    Control
    3h
    8h
  • 68. Modelo neuroinflamación por LPS
    • Cambios de expresión a nivel de ARNm de PDE4.
    PDE4B
    PDE4B2
    PDE4B3
    Control
    3h
    8h
  • 69. Modelo neuroinflamación por LPS
    • Caracterización celular de los cambios de expresión por LPS.
    PDE4B3
    PDE4B2
    25%
    Oligodendrocitos
    Endotelio
    Microglía
    Neuronas
    Astrocitos
    Astrocitos
  • 70. PDE4 y neuroinflamación
    Conclusions
    PDE4B2 en células endoteliales, microgñia y astrocitos.
    PDE4B3 en oligodendrocitos, astrocitos y neuronas.
    PDE4B2 en microglia y células T.
    PDE4 está involucrado en procesos neuroinflamatorios y constituye una clara diana terapeútica para el desarrollo de fármacos.
    Dissect the cAMP role in EAE and neuroinflammation by analyzing the induction of EAE in transgenic mouse lines for some of the molecules involved in cAMP signaling.
  • 71. Grupo de Neurofarmacología Molecular
    Emily Johansson
    Cristina Sanabra
    Giuseppe Mocci
    Anna García Miralles
    Rocío Rodríguez
    Silvia Serrano
    Rocío Martín
    Dra. Elisabet Reyes
    Dra. Patricia de Gortari
    Dr Julián de Almeida
    Dra. Roser Cortés
    Dra. M.Teresa Vilaró
    Prof. Guadalupe Mengod
    Financiación: CICYT, CIBERNED, MARATÓ TV3, FIS.

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