Función de la proteína de supervivencia de motoneuronas (SMN) en la maduración funcional y organización sináptica en un modelo murino de atrofia muscular espinal

Abstract

La Atrofia Muscular Espinal (AME) es una enfermedad autosómica recesiva caracterizada por debilidad muscular y deterioro de la transmisión sináptica y pérdida de motoneuronas inferiores. La proteína SMN (Survival Motor Neuron) está codificada por dos genes: SMN1, que produce la proteína completa (SMN-FL), y SMN2, que mayoritariamente produce una forma truncada de SMN (SMN¿7) y una pequeña cantidad de proteína completa. En ausencia de SMN1, la severidad de la enfermedad depende de la cantidad de proteína completa producida por SMN2, que depende, a su vez, del número de copias de este gen en cada individuo. SMN se expresa ubicuamente en todos los tejidos, localizándose tanto en el citoplasma como en el núcleo celular. Su función mejor caracterizada es su participación en el ensamblaje de las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (snRNPs), que forman parte del espliceosoma. Sin embargo, los bajos niveles de SMN afectan principalmente a las motoneuronas que inervan músculos proximales, por lo que el papel específico de SMN en las motoneuronas no se conoce. Recientemente, se ha postulado sobre la existencia de genes modificadores de SMN, tales como el gen que codifica la plastina 3 (PLS3). Esta proteína se une a monómeros de actina y promueve la formación de filamentos de actina. Dado que la actina participa en funciones tan diversas e importantes como la axonogénesis o la transmisión sináptica, la PLS3 debe desempeñar un papel importante en la organización de este componente del citoesqueleto. El objetivo del presente trabajo ha sido, por un lado, investigar las alteraciones estructurales en los terminales motores y la capacidad de los terminales motores de modular la liberación de neurotransmisor, y por otro, la capacidad de la Plastina-3 (PLS3) de rescatar la patología sináptica. Para ello, se ha realizado un estudio morfológico y funcional en el modelo murino de AME SMA¿7. Se ha explorado la madurez del terminal postsináptico, la organización de las vesículas sinápticas y las zonas activas de ratones controles y mutantes en el Transversus abdominis (TVA), uno de los músculos más afectados en la enfermedad. También hemos estudiado la distribución de vesículas sinápticas en el Levator auris longus (LAL), un músculo principalmente rápido con dos regiones estructurales y funcionales. Además, se han investigado diferentes elementos del citoesqueleto (neurofilamentos y microtúbulos), así como una proteína de unión relacionada con dicho citoesqueleto, MAP-1B. Estas observaciones han sido combinadas con registros electrofisiológicos para explorar la liberación de neurotransmisor, la cinética de los potenciales evocados y la eficacia sináptica en los terminales motores de SMA¿7. Hemos demostrado que los bajos niveles de SMN causan inmadurez en los terminales presinápticos, que se manifiesta en una disminución de la cantidad de vesículas sinápticas y mantenimiento de la distribución inmadura de las mismas (agrupaciones) y disminución de las zonas activas. Además, mostramos que SMN es esencial para la completa maduración del citoesqueleto ya su déficit produce un incremento de estructuras inmaduras en los neurofilamentos, distribución reticular de la tubulina y disminución en el contenido de actina. A nivel funcional demostramos que a pesar que los terminales motores de los ratones mutantes la liberación de neurotransmisor está reducida (~35%), los terminales son capaces de aumentar la liberación de neurotransmisor en presencia de R-roscovitina. Hemos demostrado, así mismo, la capacidad de rescate de las alteraciones estructurales de los terminales motores de la sobreexpresión de plastina-3 (PLS3), evidenciada por el aumento en el contenido de vesículas sinápticas, de zonas activas y de F-actina en el terminal presináptico de ratones mutantes. Estos datos sugieren que SMN es esencial para la maduración de los terminales motores nerviosos, y que la interrupción de la arquitectura presináptica y el déficit en la transmisión sináptica observada en estos ratones deficientes en SMN podría ser la causa de la degeneración de la sinapsis. Sin embargo, el mecanismo por el cual SMN regula la maduración sináptica permanece aún sin determinar.