Estudio del calcio mitocondrial en terminales nerviosos motores y su relación en el proceso de neurotransmisión. Alteraciones en la atrofia muscular espinal

Resumen

La mitocondria es uno de los principales moduladores de los niveles de calcio citosólico además de la principal fuente de energía de la célula. De particular importancia es el papel que tiene en células polarizadas como las neuronas. La correcta regulación espacio-temporal del proceso de neurotransmisión depende de la señalización por calcio. Sin embargo, no se conoce todavía en detalle la relación que existe entre los procesos de captura de calcio por parte de las mitocondrias y el proceso de secreción en las zonas activas en sinapsis maduras e inmaduras. Además, algunas enfermedades neurodegenerativas, como la Atrofia Muscular Espinal (AME), presentan alteraciones en el proceso de neurotransmisión y en el funcionamiento de las mitocondrias, lo que hace necesario un mejor conocimiento de los mecanismos implicados y las consecuencias funcionales de estas alteraciones. En el presente estudio se ha investigado nuevos determinantes moleculares relacionados con el defecto de la neurotransmisión en un modelo de AME y la posible participación de la mitocondria en la disfunción del terminal motor. Hemos estudiado la variabilidad en la expresión de las proteínas sinápticas Sinaptotagmina 1 y 2 y SV2A, B y C en la unión neuromuscular del Levator Auris Longus (LAL), un músculo que presenta dos regiones con distinto grado de afectación en la AME. Además, hemos investigado las características de las respuestas de calcio mitocondrial y de exo-/endocitosis ante estímulos eléctricos y las posibles alteraciones de estos procesos. Finalmente, hemos investigado la relación espacio-temporal fisiológica entre las mitocondrias y las regiones de liberación de neurotransmisor (zonas activas) en uniones neuromusculares adultas. Los resultados de este trabajo muestran que los terminales presinápticos que inervan el músculo LAL presentan niveles reducidos de las proteínas SV2A, SV2B y Sinaptotagmina 2 en los ratones AME en comparación con los controles. Por otro lado, tanto en terminales control como AME Sinaptotagmina 1 se expresa en mayor cuantía que en los terminales nerviosos de los músculos más vulnerables, especialmente en la región rostral, más resistente a la enfermedad. Así mismo, la capacidad de captura de calcio por parte de las mitocondrias de los terminales nerviosos motores del TVA de ratones AME se encuentra significativamente reducida, así como las velocidades de entrada y salida de calcio. Sin embargo, en ratones con un fenotipo AME menos severo no se observan alteraciones significativas en la homeostasis de calcio mitocondrial. Finalmente, el estudio simultáneo del proceso de secreción y la captura de calcio por la mitocondria en ratones adultos muestra colocalización parcial entre las mitocondrias y las zonas activas, con una distancia promedio entre centroides de 2,5 µm. Por otro lado, el análisis temporal de las señales fisiológicas en ambos compartimentos muestra una cinética más rápida del proceso de endocitosis-reacidificación vesicular que la salida de calcio de la mitocondria. En conjunto, estos resultados aportan nueva información sobre los componentes moleculares alterados en la sinapsis neuromuscular en la AME, así como el funcionamiento normal y patológico de las señales de calcio mitocondrial y su posible relación con el proceso secretor.