Estudio de la expresión y localización de las proteínas IIIG9 y PP1 en células madre neuroepiteliales humanas AF22 y Glía radializada.

Abstract

En etapas tempranas de formación del sistema nervioso, el tubo neural contiene células neuroepiteliales que se diferencian en células troncales llamadas "Glía radial", que luego darán origen a todas las neuronas y, posteriormente, a distintas células gliales como astrocitos, oligodendrocitos y ependimocitos. Así, la Glía radial comanda la neurogénesis y gliogénesis en distintos periodos del desarrollo embrionario, por lo que existe gran interés en entender la biología de estas células y los mecanismos moleculares que regulan su mantención y compromiso hacia diferentes linajes de diferenciación. Además, la comprensión del origen de patologías humanas del neurodesarrollo, que se manifiestan durante los primeros años de vida, puede lograrse a partir del estudio de la biología de las células madres neurales y de la Glía radial. Sin embargo, la imposibilidad de contar con células troncales del sistema nervioso humano ha limitado la obtención de este conocimiento. En este contexto, la generación de células pluripotentes inducidas (IPSCs) es una tecnología prometedora para cumplir con este objetivo. Las células AF22 son células neuroepiteliales humanas comerciales, originadas a partir de IPSCs, que han centrado la atención de diversos grupos de investigación debido a que son fáciles de cultivar y permiten la generación in vitro de distintos subtipos de neuronas y astrocitos humanos mediante protocolos de cultivo específicos. Sin embargo, hasta la fecha, no se ha reportado la generación de otros tipos celulares del sistema nervioso como la Glía radial, oligodendrocitos y ependimocitos. IIIG9 es la subunidad regulatoria 32 de la proteína fosfatasa 1 (PP1), la cual presenta tres subunidades catalíticas llamadas PP1 alfa, PP1 beta y PP1 gamma. Estas subunidades tienen una expresión ubicua y se encargan de un 30%-50% del total de fosforilaciones proteicas. Datos de nuestro laboratorio, indican que durante el desarrollo del cerebro de rata, IIIG9 y PP1 alfa se localizan en la Glía radial embrionaria, sugiriendo que la acción conjunta de ambas proteínas puede ser clave para regular el estatus de fosforilación de diversas proteínas en estas células. Sin embargo, hasta la fecha no existe ningún reporte acerca de la expresión y localización de estas proteínas en células troncales del sistema nervioso humano. En esta tesis, nos centramos en caracterizar la expresión y localización de IIIG9 y las proteínas PP1 alfa, PP1 beta y PP1 gama en células AF22 y en cultivos radializados obtenidos a partir de estas células. Así, determinamos que las células AF22 expresan todas las isoformas de PP1 pero solo PP1 beta mostró una localización celular abundante, al igual que IIIG9. Por su parte, la diferenciación de células AF22 en células radializadas mantuvo la expresión de IIIG9 y PP1 beta a nivel de los procesos radiales, además de inducir la expresión de PP1 gama. De esta forma, el conocimiento generado en esta tesis puede abrir nuevas líneas de investigación para identificar cuáles son los blancos moleculares de estas proteínas fosfatasas y cómo estas desfosforilaciones impactan la biología de las células troncales y su diferenciación hacia células radializadas tipo Glía radial.

In early stages of development of the nervous system, the neural tube contains neuroepithelial cells that differentiate into stem cells called "radial glia", which later will originate all neurons and, subsequently, to different glial cells such as astrocytes, oligodendrocytes and ependymocytes. Thus, radial glia command neurogenesis and gliogenesis at different periods of embryonic development, which is why there is a great interest in understand the biology of these cells and the molecular mechanisms that regulate their maintenance and commitment to different lineages of differentiation. In addition, the understanding of the origin of human neurodevelopmental pathologies, which manifest during the first years of life, can be achieved from the study of the biology of neural stem cells and radial glia. However, the impossibility of obtaining stem cells from the human nervous system has limited the enlargement of this knowledge. In this context, the generation of induced stem cells (IPSCs) is a promising technology to meet this goal. AF22 cells are commercial human neuroepithelial cells, originated from IPSCs, which have caught the attention of different research groups because they are easy to culture and allow the in vitro generation of different subtypes of human neurons and astrocytes through specific culture protocols. However, at the moment, there are no reports of generation of other cell types of the nervous system such as radial glia, oligodendrocytes and ependymocytes. IIIG9 is the regulatory subunit 32 of protein phosphatase 1 (PP1), which has three catalytic subunits called PP1 alpha, PP1 beta and PP1 gamma. These subunits have ubiquitous expression and are responsible of 30%-50% of all protein phosphorylations. Data from our laboratory indicates that during rat brain development, IIIG9 and PP1 alpha are located in embryonic radial glia, suggesting that the joint action of both proteins may be key to regulating the phosphorylation status of different proteins in these cells. However, until now, there is no report on the expression and location of these proteins in stem cells of the human nervous system. In this thesis, we focus on characterizing the expression and localization of IIIG9 and the proteins PP1 alpha, PP1 beta and PP1 gamma in AF22 cells and in radialized cultures obtained from these cells. Thus, we determined that AF22 cells express all PP1 isoforms but only PP1 beta showed abundant cellular localization, the same as IIIG9. On the other hand, the differentiation of AF22 cells in radialized cells maintained the expression of IIIG9 and PP1 beta at the level of the radial processes, in addition to inducing the expression of PP1 gamma. In this way, the knowledge generated in this thesis can open new lines of research to identify the molecular targets of these protein phosphatases and how these dephosphorylation influences the biology of stem cells and their differentiation into radialized cells of the radial glia type.