Genetic alterations in cortical development as a cause of epileptogenic disorders

Resumen

RESUMEN Durante la embriogénsis, el desarrollo de la corteza cerebral sufre una dramática expansión y plegamiento. Alteraciones en el plegamiento cortical causan discapacidad intelectual y desórdenes epilépticos, demostrando su importancia funcional. Algunas de las patologías más comunes son polimicrogiria, la formación de múltiples pequeños giros; y heterotopia nodular periventricular, en la que las neuronas se acumulan ectópicamente en la vicinidad de los ventrículos telencefálicos formando nódulos que actúan como foco epiléptico. Mutaciones en PIK3R2 y FLNA se han definido causantes de estas patologías, respectivamente. Una nueva mutación de ganancia de función ha sido identificada en PIK3R2, un gen codificante para la subunidad reguladora de la cascada PI3-AKT-mTOR, causando polimicrogiria bilateral en pacientes. Para entender los mecanismos celulares que subyacen en esta patología, realizamos experimentos en ratones y hurones en desarrollo sobreexpresando PIK3R2 con la mutación hallada en pacientes, o su forma “salvaje”. Hemos visto que la sobreexpresión de PIK3R2 en embriones de ratón mediante electroporación in utero causa un incremento en proliferación de células de glia radial (RGCs) y células progenitoras intermedias (IPCs), dando lugar a una mayor auto-amplificación. La migración de las neuronas corticales también está afectada, resultando en una acumulación de células en las capas corticales profundas en estadios embrionarios y postnatales. De forma similar, la sobreexpresión de PIK3R2 en la corteza visual del hurón causa un retraso en la migración neuronal, un defecto observable en experimentos de largo tiempo de supervivencia en los que animales juveniles muestran un incremento en las células poblando las capas corticales V y VI respecto a los controles. En cambio, cuando la manipulación se realizó en la corteza parietal detectamos una mayor neurogénesis y una posición ectópica de las neuronas en estadios embrionarios, algo consolidado en hurones juveniles, presentando heterotopias periventriculares de neuronas y una sobremigración que altera la superficie cortical. Nuestros resultados desmuestran que el incremento de los niveles de PIK3R2 altera la proliferación de progenitores corticales y la migración neuronal durante el desarrollo cortical de forma área-específica, lo que sugiere una diferente robustez de las áreas corticales. La heterotopia nodular periventricular (PVNH) se ha asociado a mutaciones en el gen de FLNA. Aquí, analizamos el patrón de expresión de FlnA durante el desarrollo cortical de ratón y hurón, y observamos mayores niveles de expresión en las capas germinales de ambos modelos animales. Lo que es más importante, la expresión de FlnA en hurón es heterogénea a lo largo de la zona subventricular externa (OSVZ), siendo mayor en el giro prospectivo que en el surco. A continuación, realizamos experimentos de sobreexpresión y reducción de expresión mediante electroporación in útero de FlnA y FlnA-shRNA, respectivamente, en embriones de ratón. La sobreexpresión de FlnA causa un retraso en la migración neuronal a estadios embrionarios. Adicionalmente, esta retención se mantiene postnatalmente (P21), donde encontramos una acumulación de neuronas que logran parecerse a nódulos periventriculares. Respecto a reducción de expresión de FlnA, encontramos que esas neuronas que escapan de la ectopia en la materia blanca fallan en adquirir su posición laminar correcta, acabando inapropiadamente localizadas en posiciones superficiales. Una alteración en la migración neuronal también es observable en hurones postnatales electroporados para la pérdida de función, pero no en condiciones de ganancia de función. Sin embargo, la sobreexpresión de FlnA causa disrupción de la lámina apical, lo que resulta en una prematura delaminación celular o muerte, aunque esto no causa la formación de nódulos periventriculares. Finalmente, analizamos el patrón de expresión de un gen involucrado en la formación de bandas heterotópicas subcorticales, Eml1, durante el desarrollo corticald el hurón. Observamos que está expresado en las capas germinales y en la placa cortical, pero, adiferencia de los otros genes, la mayor expresión en las capas germinales empieza a estadios tardios del desarrollo, contrariamente a lo que se ha observado anteriormente en ratón. Experimentos de ganancia de función en la corteza visual del ratón muestran un leve defecto de migración neuronal en tempranos estadios postnatales que es corregido más tarde durante el desarrollo.