Implicación de la via de senalización de la pleiotrofina y la midkina en la neuroinflamación y en los efectos conductuales del alcohol.

Abstract

La neuroinflamación persistente en el sistema nervioso central (SNC) se ha postulado como uno de los procesos cerebrales que subyacen en diversas patologías centrales, como las enfermedades neurodegenerativas o la isquemia. Asimismo, el abuso de diversas sustancias, incluido el alcohol, también está asociado con el desequilibrio de la homeostasis del SNC y el desarrollo de neuroinflamación. Actualmente, continúa la búsqueda de tratamientos más efectivos para disminuir el consumo excesivo de alcohol y los efectos nocivos asociados al mismo, incluidos los efectos neurotóxicos de esta droga, relacionados con su capacidad para producir neuroinflamación. Por este motivo, el descubrimiento de nuevos factores capaces de modular la neuroinflamación y que participen en enfermedades centrales que cursan con componente inflamatorio como el alcoholismo, sería relevante para la identificación de nuevas dianas para el tratamiento de diversas patologías del SNC. En este sentido, las citoquinas pleiotrofina (PTN) y midkina (MK) se sobreexpresan en la corteza cerebral de pacientes alcohólicos y en la corteza prefrontal de ratones tratados con alcohol. En estudios previos se demostró que los ratones knock-out de PTN (Ptn-/-) y de MK (Mk-/-) son más vulnerables a los efectos reforzadores del alcohol, mientras que estos se encuentran disminuidos o incluso ausentes en el ratón transgénico que sobre expresa PTN en la corteza prefrontal e hipocampo (Ptn-Tg). Por otra parte, se ha demostrado que estas citoquinas se encuentran implicadas en la neuroinflamación desencadenada por distintos estímulos como la administración de anfetamina o por otras patologías como las enfermedades neurodegenerativas. La PTN y la MK son inhibidores endógenos del receptor RPTPβ/ζ (receptor proteína fosfatasa de tirosinas β/ζ, también conocido como PTPRZ1). Ambas citoquinas inactivan la actividad fosfatasa de este receptor y, como resultado, incrementan los niveles de fosforilación de los sustratos de RPTPβ/ζ. Todo esto nos llevó a plantearnos la hipótesis de que la PTN y la MK podrían ser nuevos factores moduladores de la neuroinflamación en distintos contextos patológicos y que la utilización de inhibidores farmacológicos de RPTPβ/ζ debería reproducir las acciones centrales de PTN y MK y, así, limitar los efectos reforzadores del alcohol y su consumo. Para probar esta hipótesis, esta tesis engloba estudios in vitro e in vivo, modelos de animales genéticamente modificados (GEMMs) de inactivación de PTN o MK endógenas y de sobreexpresión de PTN, así como el uso de inhibidores de RPTPβ/ζ que mimetizan la actividad de la PTN y la MK sobre este receptor. Por una parte, los datos obtenidos en este trabajo demuestran que la expresión endógena de PTN y MK modula la respuesta astrocítica y la activación microglial inducidas por el lipopolisacárido (LPS) y que la sobreexpresión cerebral de PTN potencia la neuroinflamación en este modelo de endotoxemia. Por otro lado, demostramos por primera vez que MY10 y MY33-3, compuestos inhibidores de RPTPβ/ζ, disminuyen significativamente el consumo de alcohol en ratones en un modelo de consumo por atracón (DID, drinking in the dark) y bloquean el condicionamiento preferencial al sitio inducido por el alcohol, probablemente a través de la capacidad de estos inhibidores de activar ALK (anaplastic lymphoma kinase), un substrato de RPTPβ/ζ. Por lo tanto, los datos aquí recopilados demuestran por primera vez que la PTN es un potente regulador de la neuroinflamación y abren la posibilidad de modular la vía de señalización PTN/MK/RPTPβ/ζ como nueva estrategia terapéutica para el tratamiento de trastornos por consumo excesivo de alcohol y de otras patrologías que cursen con componente neuroinflamatorio.

Prolonged neuroinflammation in the central nervous system (CNS) has been proposed as one of the main brain processes underlying several CNS pathologies such as neurodegenerative diseases and stroke. Moreover, drug abuse and heavy alcohol consumption are also linked to an imbalance of the CNS homeostasis and to the development of neuroinflammation. Currently, the urge to find more effective treatments to reduce excessive alcohol consumption and its associated noxious effects, including neurotoxicity and neuroinflammation, is still present. Therefore, the discovery of new modulators of neuroinflammation, involved in CNS diseases characterized by overt-neuroinflammation such as alcoholism, would provide valuable new targets for treatments for multiple CNS pathologies. In this context, the cytokines pleiotrophin (PTN) and midkine (MK) are overexpressed in the cerebral cortex of alcoholic patients and in the prefrontal cortex of alcohol-treated rodents. Previous studies have shown that PTN knock-out mice (Ptn-/-) and MK knock-out mice (Mk-/-) are more vulnerable to the rewarding effects of alcohol, whereas this effect is decreased or even blocked in transgenic mice that overexpresses PTN in the prefrontal cortex and the hippocampus (PTNTg). On the other hand, it has been confirmed that these cytokines are involved in neuroinflammation triggered by several stimuli such as amphetamine administration or in pathologies such as neurodegenerative diseases. The cytokines PTN and MK are endogenous inhibitors of RPTPβ/ζ (receptor protein tyrosine phosphatase β/ζ, also known as PTPRZ1). Both cytokines inactivate this receptor’s phosphatase activity and, as a result, induce an increase in the phosphorylation of RPTPβ/ζ substrates. This led us to hypothesize that PTN and MK are two novel modulators of neuroinflammation in different pathological contexts and that the use of pharmacological inhibitors of RPTPβ/ζ should reproduce the central actions of PTN and MK, and thus, could limit the rewarding effects of alcohol and, potentially, decrease alcohol consumption. To test this hypothesis, this thesis comprises in vitro and in vivo studies, using GEMMs (genetically engineered mouse models) involving PTN or MK endogenous inactivation and endogenous PTN overexpression, and the use of RPTPβ/ζ inhibitors that mimic PTN and MK actions. The data collected in these studies show that endogenous overexpression of PTN and MK modulate astrocytic and microglial responses induced by LPS (lipopolysaccharide), and that brain PTN overexpression promotes neuroinflammation in this model. In addition, we show that MY10 and MY33-3, inhibitors of RPTPβ/ζ, significantly suppress alcohol consumption in mouse models of binge consumption (DID, drinking in the dark) and block alcohol-induced conditioned place preference, possibly through the ability of these inhibitors to activate ALK (anaplastic lymphoma kinase), a substrate of RPTPβ/ζ. In conclusion, the data here gathered illustrate for the first time that PTN is a potent regulator of neuroinflammation and suggest that modulation of the PTN/MK/RPTPβ/ζ signaling pathway is a novel therapeutic strategy for the treatment of alcohol use disorders and other central pathologies characterized by overt-neuroinflammation.