Papel de la galectina-3 en la respuesta inmune y en la pérdida neuronal asociada a un modelo murino de daño cerebral traumático.

Abstract

La lesión cerebral traumática (TBI) es actualmente una causa importante de muerte y discapacidad en la sociedad occidental, con una estimación de 2,5 millones de personas afectadas cada año en Europa, lo que indica la necesidad de establecer nuevos avances orientados a su prevención y tratamiento. Dentro de las primeras 24 horas después del daño se desencadena una respuesta inflamatoria, aumentando la expresión de marcadores inflamatorios, incluyendo la lectina galectina-3 y, asociada a esta neuroinflamación, una pérdida neuronal. En este proyecto de tesis hemos usado un modelo murino de TBI mediante un impacto cortical controlado para estudiar el papel de la galectina-3 en la regulación de la respuesta inmune y neurodegeneración asociada al TBI. Con objeto de dilucidar y distinguir el papel intracelular y extracelular de la galectina-3 utilizamos ratones transgénicos con ausencia total de la galectina-3 (ratones KOGal3) y ratones de fenotipo silvestre (ratones WT) a los que se trató con anticuerpos de neutralización contra galectina-3 (ratones Ac-Gal3) con objeto de inhibir selectivamente esta proteína a nivel extracelular. Nuestro análisis muestra un aumento significativo en la expresión de la galectina-3 en el cerebro a las 24 horas después del impacto y en el lado ipsilateral al daño exclusivamente. En estas condiciones, el grupo celular responsable de esta expresión es la microglía reactiva, la cual se encuentra invadiendo la capa degenerada de células piramidales del hipocampo. Además, detectamos la liberación de la proteína galectina-3 al espacio extracelular y de ahí al líquido cefalorraquídeo, produciéndose también la unión de esta proteína liberada al receptor TLR4. Por otra parte, se observa a corto y largo plazo una pérdida neuronal producida por el TBI en la región ipsilateral de la corteza y el hipocampo, produciéndose, tanto con la ausencia total de la galectina-3 como con la neutralización, un efecto neuroprotector frente al daño neuronal. Además, los análisis realizados sobre la población microglial revelan que la neutralización de la galectina-3 disminuye la activación de estas células y la disminución de la expresión de los marcadores proinflamatorios (IL1β, IL6 y NOS2) inducidos en la región ipsilateral al daño tras el TBI. Por otro lado, la ausencia total de la galectina-3 aumenta la expresión de marcadores antiinflamatorios (ARG1 y Ym1) y la expresión de BDNF, también inducida en la región ipsilateral tras el TBI. Por lo que la inducción de la liberación de la galectina-3 actúa como una señal de alarma en condiciones de TBI e induce una fuerte respuesta proinflamatoria y activación microglial, a través de la activación del receptor TLR4, la cual es responsable de la progresión de la neurodegeneración producida tras el daño inicial del TBI. Además, la galectina-3 extracelular podría interaccionar con el receptor MerTK actuando como opsonina y facilitando la fagocitosis de neuronas por parte de la microglía reactiva, contribuyendo de nuevo a la pérdida neuronal. Por otro lado, parece ser que la galectina-3 intracelular es la responsable de la regulación del estado antiinflamatorio y de la expresión de BDNF inducida por el TBI. Por lo tanto, terapias dirigidas a modular la expresión o disponibilidad de la galectina-3 dentro de las primeras 24 horas después de la lesión podrían tener un efecto potencialmente positivo en los pacientes disminuyendo el avance y secuelas neuronales asociadas y desencadenadas por el daño inicial del TBI.

Traumatic brain injury (TBI) is currently a major cause of death and disability in western society, with an estimated 2.5 million people affected each year in Europe, indicating the need to establish new advances aimed at its prevention and treatment. Within the first 24 hours after the damage an inflammatory response is triggered increasing the expression of inflammatory markers, including the lectin galectin-3, and a neuronal loss is also associated with this neuroinflammation. The aim of this thesis project is to study the role of galectin-3 in the regulation of the immune response and neurodegeneration associated with TBI, we have used a TBI model in mice by a controlled cortical impact. In order to elucidate and to distinguish between the intracellular and extracellular role of galectin-3 we used galectin-3 knock out transgenic mice (KOGal3 mice), with total absence of the galectin-3 protein, and wild type mice (WT mice) to which were treated with neutralizing antibodies against galectin-3 (Ac-Gal3 mice) in order to selectively inhibit this protein at the extracellular level. Our results show a significant increase in the expression of galectin-3 in the brain at 24 hours after impact and on the ipsilateral side. Under these conditions, we find that the cellular group responsible for this expression is reactive microglia, which is invading the degenerated layer of pyramidal cells of the hippocampus. In addition, we detected galectin-3 protein release to the extracellular space and, and subsequently from there to the cerebrospinal fluid, producing the binding of this released protein to the TLR4 receptor. A short and long term neuronal loss was observed in the damaged ipsilateral area in the cortex and the hippocampus, producing a neuroprotective effect against the neuronal damage produced by the TBI both with the total absence of galectin-3 and with neutralization. In addition, the analyses performed on the microglial population reveal that the neutralization of galectin-3 decreases the activation of these cells and furthermore, the expression of the proinflammatory markers (IL1β, IL6 and NOS2) induced in the damaged ipsilateral area. On the other hand, the total absence of galectin-3 increases the expression of antiinflammatory markers (ARG1 and Ym1) and the expression of BDNF, also induced in the ipsilateral area by TBI. Thus, the induction of galectin-3 release acts as a warning signal in TBI conditions and induces a strong microglia activation and proinflammatory response, through the activation of the TLR4 receptor, which is responsible of the progression of neurodegeneration produced by the TBI-initial damage. In addition, extracellular galectin-3 could interact with the MerTK receptor acting as an opsonin and facilitating phagocytosis of neurons by mean of the reactive microglia, contributing again to neuronal loss. On the other hand, it seems that intracellular galectin-3 is responsible for the regulation of the antiinflammatory state and the expression of BDNF induced by the TBI. Therefore, therapies focus on modulating the expression or availability of galectin-3 within the first 24 hours after the injury can have potentially a positive effect on TBI-patients by decreasing the advance of TBI-associated neuronal lost.