Papel del sistema endocannabinoide en la diferenciación neuronal de células troncales embrionarias y en la reprogramación celular

Resumen

La corteza cerebral es una de las estructuras más complejas del cerebro de mamíferos. Está formada por cientos de tipos celulares diferentes, organizados en sofisticados circuitos neurales que regulan multitud de procesos cognitivos y emocionales. La corteza está organizada en seis capas caracterizadas por una composición celular específica y un patrón de conectividad diferente, proceso controlado de manera precisa por complejo programa de regulación transcripcional. Entre los sistemas de señalización extracelular implicados en la regulación de estos procesos se ha propuesto la participación del sistema endocannabinoide (SEC). El SEC está ampliamente distribuido en el organismo de mamíferos e interviene en multitud de procesos celulares y fisiológicos. Está formado por los receptores de cannabinoides, sus ligandos endógenos y las enzimas encargadas de la síntesis y degradación de estos. Muchos de los efectos que ejerce el SEC en el organismo, y especialmente en el sistema nervioso, están mediados por el receptor CB1. CB1 regula multitud de eventos del desarrollo cortical, desde la proliferación y el destino de progenitores neurales hasta la diferenciación y especificación de neuronas motoras corticoespinales, el correcto establecimiento de las conexiones sinápticas entre distintas regiones del cerebro, e incluso la maduración, migración y morfología de las neuronas. Los cultivos de células troncales embrionarias (ESCs) y pluripotentes inducidas (iPSCs) nos permiten generar células de las tres líneas germinales y dirigir su diferenciación a la obtención de diferentes tipos celulares, empleando distintas moléculas de señalización y condiciones de crecimiento. La reprogramación celular permite devolver células postmitóticas a un estado indiferenciado y pluripotente, manteniendo el genotipo de las células a partir de las cuales se han generado. En la presente Tesis Doctoral se han establecido una serie de objetivos: 1) Profundizar en el papel autónomo celular del SEC y, en concreto, el receptor CB1 en la diferenciación y maduración de neuronas corticales glutamatérgicas generadas a partir de ESCs; y 2) Esclarecer la participación del SEC en la reprogramación celular de fibroblastos a iPSCs. Para abordar el primer objetivo manipulamos la señalización de CB1 durante la diferenciación neuronal de ESCs hacia neuronas corticales glutamatérgicas, y durante la generación de organoides cerebrales derivados de iPSCs humanas. Observamos una inducción de la expresión y la funcionalidad del SEC con al proceso de diferenciación neuronal, y que la señalización de CB1, de forma autónoma celular, promueve la diferenciación y maduración neuronal, y favorece la generación de neuronas corticales de capas profundas. Para la consecución del segundo objetivo utilizamos un cultivo de fibroblastos en el cual se puede inducir su reprogramación a iPSCs mediante la expresión de diversos factores de pluripotencia. Se reguló la señalización cannabinoide durante la reprogramación empleando inhibidores de las principales enzimas de degradación de los endocannabinoides. Observamos una inducción del SEC durante el proceso de reprogramación, un efecto en la eficacia de la reprogramación y en los niveles de marcadores de pluripotencia con la modulación del mismo. Los resultados derivados de esta Tesis Doctoral podrían tener importantes implicaciones en la comprensión de los mecanismos a través de los cuales el SEC participa en la regulación de la diferenciación neuronal y en el desarrollo de enfermedades motoras o neuropsiquiátricas, y sobre el papel funcional de su señalización en la adquisición de la pluripotencia celular. Estos resultados ofrecen nuevas posibilidades para el uso de la modulación de la señalización cannabinoide en cultivos de ESCs e iPSCs, para su empleo en terapia celular; para esclarecer en profundidad el papel del SEC tanto en condiciones fisiológicas como patológicas; e, incluso, para el desarrollo de nuevas terapias.