Modulação sináptica da subunidade GluA4 do receptor AMPA e da pentraxina regulada pela atividade neuronal (Narp) na depressão e na epilepsia

Abstract

Narp (pentraxina regulada pela atividade neuronal) é uma proteína expressa no sistema nervoso central de mamíferos que atua na modulação da plasticidade sináptica através da modulação de receptores glutamatérgicos do tipo AMPA. Narp pode participar na modulação fisiológica da atividade de interneurônios Gabaérgicos e tem sido implicada na fisiopatologia de diversas neuropatologias, incluindo epilepsia e transtorno depressivo maior. Drogas que atuam no sistema monoaminérgico podem regular o sistema glutamatérgico e, por isso, a investigação de proteínas associadas a esse sistema, como a Narp e a subunidade GluA4 do receptor AMPA, pode revelar modulações pouco exploradas desencadeadas por antidepressivos convencionais ou pela epilepsia, por exemplo. Inicialmente, este estudo teve como objetivo caracterizar os mecanismos neuroquímicos relacionados a modulação de Narp e GluA4 subjacentes ao tratamento agudo com compostos com atividade antidepressiva, como cetamina e a lectina ConBr, bem como frente ao tratamento crônico com fluoxetina, avaliando esses alvos proteicos no córtex pré-frontal e no hipocampo de camundongos. A administração aguda de cetamina 1 mg/kg (i.p.) e ConBr 10 µg/sítio (i.c.v.) bem como a administração crônica (21 dias) de fluoxetina 1 e 10 mg/kg (p.o.) foram eficazes na ação antidepressiva, pois reduziram o tempo de imobilidade no TNF, sem alterar a atividade locomotora no TCA. Não foram observadas alterações na modulação das proteínas analisadas por Western blot 8h, 18h e 24h após o tratamento agudo com cetamina e ConBr. Em contraste, foi observado que o tratamento crônico com fluoxetina 10 mg/kg promoveu aumento da fosforilação de CREB e expressão de BDNF no córtex pré-frontal e hipocampo. Além disso, no hipocampo, a fluoxetina induziu ativação de AKT e aumentou a expressão de Narp. No córtex pré-frontal, uma diminuição significativa na expressão da subunidade GluA4 e Narp foi observada após o tratamento crônico de fluoxetina (10 mg/kg). Esses resultados fornecem evidências de novos alvos moleculares potencialmente envolvidos nos efeitos antidepressivos da fluoxetina, uma vez que em roedores adultos Narp e GluA4 são expressos principalmente nas conexões sinápticas com interneurônios GABAérgicos positivos para parvalbumina (PV+). Outro objetivo desse trabalho foi determinar a distribuição das proteínas Narp, GluA4 juntamente com CREB, BDNF, TrkB e calcineurina no córtex (CTX), amígdala (AMG) e hipocampo (HIP) de humanos, bem como verificar a modulação dessas proteínas por dexametasona. As amostras foram obtidas de pacientes humanos acometidos de epilepsia do lobo temporal mesial com esclerose hipocampal (ELTM-EH) submetidos ao tratamento cirúrgico. Os resultados indicaram que o conteúdo relativo da proteína Narp é maior no HIP do que no CTX e AMG. Com relação à subunidade GluA4, seu conteúdo e nível de fosforilação total são maiores no CTX do que na AMG e HIP. Entretanto, a taxa de fosforilação de GluA4 é maior no CTX e AMG do que no HIP. Também foram investigadas outras proteínas-chave na neuroplasticidade como CREB, BDNF, TrkB e calcineurina. Apesar de não terem sido encontradas diferenças no conteúdo total, taxa de fosforilação e nível de fosforilação da proteína CREB, o conteúdo relativo de BDNF é maior na AMG em relação ao HIP. Quanto ao TrkB, o conteúdo total e o nível de fosforilação são bem maiores no CTX do que na AMG e HIP, enquanto a taxa de fosforilação de TrkB encontra-se aumentada na AMG, em comparação com as outras estruturas. Por fim, o conteúdo relativo de calcineurina é maior no CTX desses pacientes. Quando analisamos os efeitos da dexametasona, observamos aumento na taxa de fosforilação de GluA4 e na expressão de Narp no HIP de pacientes com ELTM-EH que receberam DEXA. Além disso, também foi observado no HIP de pacientes que receberam dexametasona aumento no imunoconteúdo de CREB acompanhado de uma diminuição na taxa de fosforilação dessa proteína. No CTX e AMG não foram encontradas alterações. Em conjunto, todas as modulações neuroquímicas determinadas nessas regiões cerebrais específicas e os efeitos de DEXA sobre os alvos estudados levantam a possibilidade de que Narp e GluA4 poderiam participar na fisiopatologia da epilepsia e especialmente podem ser alvos envolvidos na resposta à corticosteroides e eventualmente ao estresse, sugerindo a necessidade de estudos adicionais com essa abordagem. Em conjunto este trabalho contribui para o entendimento dos elementos moleculares envolvidos na ação antidepressiva da fluoxetina em um modelo animal, bem como traz uma descrição inicial do perfil de alguns parâmetros neuroquímicos em diferentes estruturas cerebrais de pacientes com ELTM-EH. Além disso, indica uma possível modulação de Narp e GluA4 em resposta aos corticosteroides em humanos.

Abstract: Narp (neuronal activity-regulated pentraxin) is a protein expressed in the central nervous system of mammals that acts to modulate synaptic plasticity through the modulation of AMPA-type glutamatergic receptors. Narp may participate in the physiological modulation of GABAergic interneurons activity and has been implicated in the pathophysiology of several neuropathologies, including epilepsy and major depressive disorder. Drugs acting on the monoaminergic system can regulate the glutamatergic system and, therefore, the investigation of proteins associated with this system, such as Narp and the GluA4 subunit of the AMPA receptor, may reveal poorly explored modulations triggered by conventional antidepressants or by epilepsy, for example. Our study aimed to characterize the neurochemical mechanisms related to Narp and GluA4 modulation underlying acute treatment with compounds with antidepressant activity, such as ketamine and ConBr, as well as against chronic treatment with fluoxetine, evaluating these protein targets in the pre- frontal and hippocampus of mice. The acute administration of ketamine 1 mg/kg (ip) and ConBr 10 µg/site (icv) as well as the chronic administration (21 days) of fluoxetine 1 and 10 mg/kg (po) were effective in the antidepressant action, as they reduced the immobility time in TNF, without altering locomotor activity in OF. No alterations were observed in the modulation of proteins analyzed by Western blot 8h, 18h and 24h after acute treatment with ketamine and ConBr. In contrast, it was observed that chronic treatment with 10 mg/kg fluoxetine promoted increased CREB phosphorylation and BDNF expression in the prefrontal cortex and hippocampus. Furthermore, in the hippocampus, fluoxetine induced AKT activation and increased Narp expression. In the prefrontal cortex, a significant decrease in the expression of the GluA4 and Narp subunit was observed after chronic treatment with fluoxetine (10 mg/kg). These results provide evidence of new molecular targets potentially involved in the antidepressant effects of fluoxetine, since in adult rodents Narp and GluA4 are mainly expressed in synaptic connections with GABAergic interneurons positive for parvalbumin (PV+). Another objective of this work was to determine the distribution of proteins Narp, GluA4 together with CREB, BDNF, TrkB and calcineurin in the cortex (CTX), amygdala (AMG) and hippocampus (HIP) of humans, as well as to verify the modulation of these proteins by dexamethasone. Samples were obtained from human patients with mesial temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis (ELTM-EH) undergoing surgical treatment. The results indicated that the relative content of Narp protein is higher in HIP than in CTX and AMG. Regarding the GluA4 subunit, its content and level of total phosphorylation are higher in CTX than in AMG and HIP. However, the phosphorylation rate of GluA4 is greater in CTX and AMG than in HIP. Other key proteins involved in neuroplasticity such as CREB, BDNF, TrkB and calcineurin were also investigated. Although the total content, phosphorylation rate and total phosphorylation level of CREB were not different between HIP, CTX and AMG, the relative content of BDNF was higher in AMG compared to HIP. Concerning TrkB, the total content and level of phosphorylation was much higher in CTX than in AMG and HIP, while the phosphorylation rate of TrkB was higher in AMG, compared to the other structures. Finally, the relative content of calcineurin was higher in the CTX of these patients. When we analyzed the effects of dexamethasone, we observed an increase in the rate of phosphorylation of GluA4 and in the expression of Narp in the HIP of patients with ELTM-EH who received DEXA. Furthermore, an increase in the immunocontent of CREB accompanied by a decrease in the rate of phosphorylation of this protein was also observed in the HIP of patients who received dexamethasone. In CTX and AMG no changes were found. Together, all neurochemical parameters determined in these specific brain regions and the effects of DEXA raise the possibility that Narp and GluA4 could participate in the pathophysiology of epilepsy and especially might be targets involved in the response to corticosteroids and eventually to stress, suggesting that further studies will be necessary. Together, this work contributes to the understanding of the molecular elements involved in the antidepressant action of fluoxetine in an animal model, as well as bring an initial description of the profile for some neurochemical parameters in different brain structures from ELTM-EH patients. Moreover, it indicates a possible modulation of Narp and GluA4 in response to corticosteroids in humans.