Paper de la molècula d'adhesió neuronal Ncam2 en desenvolupament i plasticitat neuronal

Abstract

[cat] La correcta migració, la polarització neuronal i el manteniment de l'estructura neuronal són claus per l'òptim funcionament del cervell. Existeix un reconeixement molecular que permet la formació de les connexions neuronals. El manteniment d'aquestes connexions són claus en cervell adult. A més a més, la pèrdua progressiva d'aquestes donen lloc a processos neurodegeneratius. Les molècules d'adhesió cel·lulars realitzen diferents funcions essencials durant el desenvolupament i en la plasticitat neuronal. Estan involucrades en la migració ,creixement neurític, sinaptogènesi i plasticitat. Aquesta tesi es focalitza en l'estudi de les funcions que realitza una d'aquestes molècules d'adhesió, la molècula d'adhesió cel·lular neuronal 2 (neural cell adhesion molecule 2, Ncam2). Ncam2 és una glicoproteïna de la família de les Ncam. En concret, el gen Ncam2 és paràleg amb Ncam1 i presenta el mateix domini extracel·lular que Ncam1. Ncam2 presenta dues isoformes degut a un empalmament alternatiu que genera la isoforma Ncam2.1 i la isoforma Ncam2.2. En mamífers, Ncam2 s'expressa en diferents teixits del cos i el teixit on és més abundant és el cervell.

Ncam2 s'expressa en diferents regions del cervell però la seva funció ha estat extensament estudiada en el bulb olfactori, on s'ha vist que participa en la formació i el manteniments de les connexions en el glomèrul. En concret, participa en la fasciculació dels axons i el creixement neurític. A més a més, en cultius de neurones corticals Ncam2 participa en la formació de fil·lopodis i la ramificació de les neurites.

Tot i l'expressió en hipocamp i còrtex, la funció de Ncam2 no és coneixia en aquests teixits. En aquest sentit, al llarg de la tesi hem modulat l'expressió en diferents experiments in vitro i in vivo per determinar la funció de Ncam2 en el desenvolupament, morfogènesi neuronal i plasticitat adulta. En desenvolupament hem observat que Ncam2 s'expressa en les neurones que migren radialment i la seva expressió és necessària pel correcte posicionament en el còrtex. A més a més, l'expressió de Ncam2 en hipocamp és necessària per la morfogènesi neuronal degut a que participa en els processos de polarització, creixement dendrític i ramificació axonal. En hipocamp adult, Ncam2 controla la plasticitat neuronal i la neurogènesi adulta. En concret, Ncam2 controla la densitat d'espines de les neurones piramidals de CA1 i les neurones granulars del gir dentat. A més a més, també modula la densitat de contactes que formen les fibres molsoses a la CA3. A nivell de neurogènesi adulta, els nostres resultats indiquen que Ncam2 controla la diferenciació neuronal de les neurones generades en el gir dentat. A nivell de senyalització, els nostres resultats indiquen que Ncam2 interacciona amb diferents molècules que controlen les dinàmiques del citoesquelet d'actina i microtúbuls, la senyalització de calci, la transcripció genètica i el tràfic cel·lular. Aquestes dades obren la via d'estudi dels mecanismes que vehiculen les funcions de Ncam2. Les nostres dades posen de manifest diferents funcions que realitza Ncam2 en el cervell. En cap sentit, les interaccions i funcions descrites semblen exclusives de Ncam2 sinó que són processos en que hi ha un solapament funcional de moltes proteïnes d'adhesió, fet que confereix robustesa als processos de formació, manteniment i remodelació de les estructures

neuronals. En concret, Ncam2 formaria part del conjunt de molècules que permeten la identitat molecular de les neurones. Una identitat clau perquè permet la formació i el manteniment de circuits neuronals específics.

[eng] The proper migration, neuronal polarity and long-term maintenance of neurons are crucial for correct brain functioning, with special relevance for the connectivity orchestration during development and learning processes. Furthermore, changes in these processes are one of the keys features in neurodegenerative diseases.

Cell Adhesion Molecules (CAMs) play an important role during brain development and brain plasticity processes, being involved in neurite outgrowth, synaptogenesis and synaptic plasticity. Neural cell adhesion molecule 2 (Ncam2) is a CAM family member homologous to Ncam1 with a similar ectodomain. Ncam2 has two different isoforms generated by alternative splicing known as Ncam2.1 (transmembrane isoform) and Ncam2.2 (glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchored isoform). In mammals, NCAM2 is expressed predominantly in brain, and its expression pattern demonstrates a putative important role of this protein in both embryonic and adult brain function.

NCAM2 role has been extensively investigated in the olfactory system where it plays an important role in axonal fasciculation and neurite outgrowth. Recently, different studies have revealed that Ncam2 also participates in the formation of filopodia and in neurite branching of cortical mouse neurons. Nevertheless its function in hippocampal development and adult plasticity remains largely unknown.

We used different cell biology and molecular approaches, including loos-of- and gain-of-function models, to determine the role of Ncam2 in the development of the brain and adult plasticity. Our data show that Ncam2 is expressed in migrating neurons and that it is necessary for their correct position in the cortex. Moreover, Ncam2 is also expressed in the hippocampus and it is essential for the appropriate neuronal polarity. Ncam2 plays a role in neurite outgrowth, axonal branching and dendrite formation by modulating cytoskeletal dynamics. In adult hippocampus, our data show that Ncam2 contributes in synaptic plasticity and adult neurogenesis. Ncam2 modulates the spine density of pyramidal neurons in CA1 and granule cells in dentate gyrus. Furthermore, Ncam2 controls the mossy fibber contacts in CA3. Regarding to the adult neurogenesis, gain-of function of Ncam2 changes the neuronal differentiation of the new neurons.

Our experiments indicate that Ncam2 interacts with a diversity of proteins including cytoskeletal components associated to the microtubule and actin networks, thus pointing to hypothetical mechanistic insights to be explored. Taken together, our results indicate that Ncam2 is an important molecule for the development, specification and connectivity of brain formation and adult plasticity.