Loss of the protein tyrosine phosphatase PTPRD induces increase in gabaergic and glutamatergic neurons in the cortex and impairs synaptic function, contributing to autistic-like behaviors

Abstract

El trastorno del espectro autista se reconoce como un desorden del neurodesarrollo que se caracteriza por la aparición de déficits en la sociabilidad, la comunicación y comportamientos repetitivos y estereotipados. Si bien las causas del trastorno del espectro autista es aún incierta, en los últimos años se ha propuesto que la afectación de procesos como la proliferación de células precursoras neurales, la neurogénesis y la migración neuronal durante el desarrollo del cerebro pueden ser la causa de alteraciones estructurales cerebrales que propician la aparición del comportamiento autista. Respecto a esto, se han descrito cientos de genes cuya afectación puede culminar con un desarrollo aberrante del cerebro. En este contexto, la proteína tirosina fosfatasa receptora delta PTPRD, no solo ha sido genéticamente relacionada a la aparición de comportamiento autista, si no que también su deficiencia durante la formación de la corteza cerebral conlleva a un aumento de células progenitoras neurales intermedias y con ello un incremento de la neurogénesis de neuronas glutamatérgicas excitatorias. Además, estas neuronas se presentaron con una localización aberrante, lo cual da cuenta del posible rol de PTPRD en el control de procesos relacionados a la migración neuronal. En relación a esto, se ha propuesto que el número y la diversidad tanto de neuronas glutamatérgicas como GABAérgicas, resulta fundamental para mantener el equilibrio excitatorio/inhibitorio necesario para evitar la hiperexcitabilidad cortical característica de variadas condiciones neuropsiquiátricas como el trastorno del espectro autista. Respecto a esto, desconocemos si el sistema inhibitorio cortical también ha sido comprometido en animales Ptprd-deficientes y si estas características pueden impactar el funcionamiento sináptico contribuyendo así a la aparición de comportamientos tipo autista en edades adultas. Para develar cómo se vio afectada la formación del cerebro en los animales Ptprd-deficientes, se realizaron inmunotinciones en cortes coronales cerebrales de animales juveniles y adultos para evaluar si el número de neuronas GABAérgicas (parvalbúmina y somatostatina-positivas) y glutamatérgicas (Tbr1 y Satb2-positivas) presentaron desbalances en la corteza somatosensorial. Además, en la misma región cortical, se evaluó si la función sináptica se vio comprometida mediante el registro electrofisiológico de las capas corticales II y III. Finalmente, con el fin de esclarecer si los animales deficientes para Ptprd presentan comportamiento tipo autista, se realizaron test conductuales que evalúan la sociabilidad, la novedad social, la aparición de comportamiento repetitivo, el aprendizaje y memoria y ansiedad. Nuestros resultados muestran que el incremento de neuronas glutamatérgicas Tbr1 y Satb2-positivas durante el periodo embrionario en los animales deficientes para Ptprd, persiste hasta edades juveniles y adultas. La cuantificación de neuronas Tbr1 y Satb2-positivas en cada capa de la cortical, nos muestra que los animales Ptprd-deficientes presentan un aumento global de neuronas excitatorias. Esto es importante debido a que la aparición del comportamiento tipo autista se encuentra justamente relacionado al desbalance entre la excitación y la inhibición. Respecto al sistema inhibitorio, observamos que animales juveniles Ptprd-deficientes presentaron una disminución de neuronas parvalbúmina y somatostatina-positivas respecto a los animales Ptprd+/+. Debido a que la expresión de parvalbúmina y somatostatina culmina al final del primer mes de vida, creemos que la disminución de neuronas inhibitorias en los animales juveniles se debe a un retraso en la expresión de estos marcadores y no a una disminución total de neuronas GABAérgicas. Esto debido a que los animales Ptprd-deficientes adultos, al contrario de los animales juveniles, presentaron un incremento de las neuronas parvalbúmina y somatostatina-positivas en la corteza. Esto nos sugiere que durante el periodo embrionario, los animales Ptprd-deficientes podrían haber experimentado un incremento de la neurogénesis de neuronas GABAérgicas. Posterior a esto, los registros electrofisiológicos, nos muestran que las corrientes espontaneas excitatorias postsinápticas mediadas por receptores AMPA en las capas II y III de la corteza somatosensorial, se encuentran claramente disminuidas en los animales deficientes para Ptprd. La explicación a este fenómeno es que PTPRD también ejerce funciones relacionadas a la diferenciación de sinapsis excitatorias. Por esta razón, aún cuando la neurogénesis de neuronas glutamatérgicas este incrementada, el aumento en el número de neuronas excitatorias no se ve reflejado en los registros electrofisiológicos debido a la afectación en la diferenciación sináptica excitatoria. Finalmente, los animales deficientes para Ptprd presentaron déficits en la sociabilidad y la novedad social, además de comportamiento repetitivo en los test de auto-aseo y enterramiento de canicas. Esto nos lleva a afirmar que la ausencia de PTPRD durante la formación de la corteza cerebral produce cambios estructurales profundos que afectan el ensamblaje y funcionamiento de los circuitos glutamatérgicos y GABAérgicos, lo cual impacta en la correcta función sináptica, contribuyendo así a la aparición de comportamiento tipo autista.

El trastorno del espectro autista se reconoce como un desorden del neurodesarrollo que se caracteriza por la aparición de déficits en la sociabilidad, la comunicación y comportamientos repetitivos y estereotipados. Si bien las causas del trastorno del espectro autista es aún incierta, en los últimos años se ha propuesto que la afectación de procesos como la proliferación de células precursoras neurales, la neurogénesis y la migración neuronal durante el desarrollo del cerebro pueden ser la causa de alteraciones estructurales cerebrales que propician la aparición del comportamiento autista. Respecto a esto, se han descrito cientos de genes cuya afectación puede culminar con un desarrollo aberrante del cerebro. En este contexto, la proteína tirosina fosfatasa receptora delta PTPRD, no solo ha sido genéticamente relacionada a la aparición de comportamiento autista, si no que también su deficiencia durante la formación de la corteza cerebral conlleva a un aumento de células progenitoras neurales intermedias y con ello un incremento de la neurogénesis de neuronas glutamatérgicas excitatorias. Además, estas neuronas se presentaron con una localización aberrante, lo cual da cuenta del posible rol de PTPRD en el control de procesos relacionados a la migración neuronal. En relación a esto, se ha propuesto que el número y la diversidad tanto de neuronas glutamatérgicas como GABAérgicas, resulta fundamental para mantener el equilibrio excitatorio/inhibitorio necesario para evitar la hiperexcitabilidad cortical característica de variadas condiciones neuropsiquiátricas como el trastorno del espectro autista. Respecto a esto, desconocemos si el sistema inhibitorio cortical también ha sido comprometido en animales Ptprd-deficientes y si estas características pueden impactar el funcionamiento sináptico contribuyendo así a la aparición de comportamientos tipo autista en edades adultas. Para develar cómo se vio afectada la formación del cerebro en los animales Ptprd-deficientes, se realizaron inmunotinciones en cortes coronales cerebrales de animales juveniles y adultos para evaluar si el número de neuronas GABAérgicas (parvalbúmina y somatostatina-positivas) y glutamatérgicas (Tbr1 y Satb2-positivas) presentaron desbalances en la corteza somatosensorial. Además, en la misma región cortical, se evaluó si la función sináptica se vio comprometida mediante el registro electrofisiológico de las capas corticales II y III. Finalmente, con el fin de esclarecer si los animales deficientes para Ptprd presentan comportamiento tipo autista, se realizaron test conductuales que evalúan la sociabilidad, la novedad social, la aparición de comportamiento repetitivo, el aprendizaje y memoria y ansiedad. Nuestros resultados muestran que el incremento de neuronas glutamatérgicas Tbr1 y Satb2-positivas durante el periodo embrionario en los animales deficientes para Ptprd, persiste hasta edades juveniles y adultas. La cuantificación de neuronas Tbr1 y Satb2-positivas en cada capa de la cortical, nos muestra que los animales Ptprd-deficientes presentan un aumento global de neuronas excitatorias. Esto es importante debido a que la aparición del comportamiento tipo autista se encuentra justamente relacionado al desbalance entre la excitación y la inhibición. Respecto al sistema inhibitorio, observamos que animales juveniles Ptprd-deficientes presentaron una disminución de neuronas parvalbúmina y somatostatina-positivas respecto a los animales Ptprd+/+. Debido a que la expresión de parvalbúmina y somatostatina culmina al final del primer mes de vida, creemos que la disminución de neuronas inhibitorias en los animales juveniles se debe a un retraso en la expresión de estos marcadores y no a una disminución total de neuronas GABAérgicas. Esto debido a que los animales Ptprd-deficientes adultos, al contrario de los animales juveniles, presentaron un incremento de las neuronas parvalbúmina y somatostatina-positivas en la corteza. Esto nos sugiere que durante el periodo embrionario, los animales Ptprd-deficientes podrían haber experimentado un incremento de la neurogénesis de neuronas GABAérgicas. Posterior a esto, los registros electrofisiológicos, nos muestran que las corrientes espontaneas excitatorias postsinápticas mediadas por receptores AMPA en las capas II y III de la corteza somatosensorial, se encuentran claramente disminuidas en los animales deficientes para Ptprd. La explicación a este fenómeno es que PTPRD también ejerce funciones relacionadas a la diferenciación de sinapsis excitatorias. Por esta razón, aún cuando la neurogénesis de neuronas glutamatérgicas este incrementada, el aumento en el número de neuronas excitatorias no se ve reflejado en los registros electrofisiológicos debido a la afectación en la diferenciación sináptica excitatoria. Finalmente, los animales deficientes para Ptprd presentaron déficits en la sociabilidad y la novedad social, además de comportamiento repetitivo en los test de auto-aseo y enterramiento de canicas. Esto nos lleva a afirmar que la ausencia de PTPRD durante la formación de la corteza cerebral produce cambios estructurales profundos que afectan el ensamblaje y funcionamiento de los circuitos glutamatérgicos y GABAérgicos, lo cual impacta en la correcta función sináptica, contribuyendo así a la aparición de comportamiento tipo autista.