Neurologia: La barrera hematoencefàlica és una estructura especialitzada que regula els bescanvis entre el sistema nerviós central i el sistema circulatori, de tal manera que el cervell queda protegit de factors circulants que el malmetrien. Un dels elements d’aquesta barrera és la capa de glicocàlix de l’endoteli dels capil·lars cerebrals, integrada per proteoglicans, glicoproteïnes i glicolípids. De fet, aquest glicocàlix és la primera interfície entre la sang circulant i la vasculatura cerebral. Carolyn R. Bertozzi i Tony Wyss-Coray han coordinat una recerca en la que han trobat que el glicocàlix de l’endoteli cerebral es troba altament desregulat en l’envelliment i en malalties neurodegeneratives. En un article a la revista Nature, amb Sophia M. Shi de primera autora, identifiquen una important pertorbació en les proteïnes O-glucosilades del domini de mucina. Aquesta pertorbació condueix a una desregulació funcional de la barrera hermatoencefàlica en ratolins, que es pot arribar a manifestar en hemorràgies cerebrals. En ratolins vells, Shi et al. apliquen virus adeno-associats per restaurar O-glicans de tipus mucina en l’endoteli cerebral, i amb això aconsegueixen millores funcionals en la barrera hematoencefàlica, una reducció de la neuroinflamació i una correcció parcial dels dèficits cognitius.
Ryan et al. mostren com la desregulació del glicocàlix associada a l’envelliment afebleix la barrera hematoencefàlica
La barrera hematoencefàlica
La barrera hematoencefàlica és la interfície vascular altament regulada que connecta dos òrgans fonamentals, la sang i el cervell. Aquesta barrera és fonamental per a l’homeostasi i correcte funcionament del cervell. La funció de barrera és exercida per les cèl·lules endotelials dels vasos sanguinis cerebrals, les quals presenten unions estretes especialitzades, tenen una molt baixa taxa de transcitosi de fase fluida i compten amb transportadors selectius. Històricament, hom ha posat molt d’interès en la membrana citoplasmàtica, tant pel que fa a la bicapa lipídica com, sobretot, a les proteïnes transmembrana. Però damunt d’aquesta membrana trobem una matriu cel·lular rica en carbohidrats: la capa de glicocàlix, que és una xarxa de glicans i metabòlits glicoconjugats (proteoglicans, glicoproteïnes i glicolípids). El glicocàlix es disposa damunt de la superfície de la cèl·lula endotelial exposada a la llum vascular, és a dir a la sang. Molts processos cel·lulars com la senyalització, l’adhesió, el transport o la morfologia són mediats pel glicocàlix. Però si la biologia d’àcids nucleics, proteïnes i lípids és ben desenvolupada, la glicobiologia sembla com si anés una passa enrere. La composició i funcionalitat del glicocàlix endotelial cerebral no és tan elucidada com la del proteoma i del transcriptoma.
Una disfunció de la barrera hematoencefàlic pot conduir a una major penetració de factors neurotòxics i inflamatoris des de la sang al cervell, i això ha estat assenyalat tant en el procés normal d’envelliment com en malalties neurodegeneratives.
La desregulació del glicocàlix durant l’envelliment
Shi et al. han utilitzat la microscòpia electrònica de transmissió per caracteritzar els canvis estructurals del glicocàlix endotelial cerebral associats a l’edat. Per poder visualitzar el glicocàlix empren nitrat de lantà sobre preparacions histològiques de ratolins joves (de 3 mesos) i vells (de 21 mesos).
En ratolins de 21 mesos hi ha, en comparació amb els de 3 mesos, una reducció significativa de la capa de glicocàlix luminal de capil·lars de l’escorça cerebral. Si a 3 mesos el gruix és de 0,540 ± 0,086 μm, a 21 mesos passa a 0,232 ± 0,092 μm. En termes d’ocupació de lumen hom passa d’una proporció de glicocàlix de 0,367 ± 0,054 a 0,207 ± 0,047.
Una comparació entre les dades de seqüenciació d’AR d’endoteli cerebral de ratolins de 3 i de 19 mesos indica que en els segons hi ha una notable desregulació de molts gens relacionats amb la glicosilació. Per exemple, hi ha una sobreregulació de gens implicats en el metabolisme de l’heparan-sulfat com són Sdc4, Hs3st1, Extl2 i Gpc5. Per contra hi ha una baixa expressió de gens implicats en la biosíntesi d’O-glicans de tipus mucina com són Galnt10, B3gnt3, Galnt2 i C1galt1.
Mitjançant un panell d’anticossos i de proteïnes selectives, Shi et al. poden utilitzar tècniques d’imatge i de citometria de flux per analitzar la composició del glicocàlix endotelial en termes de glicans, glicoconjugats i monosacàrids. Per tenir una imatge precisa han de dissociar en les preparacions tissulars microvasos o cèl·lules utilitzant més procediments mecànics que no pas enzimàtics. La microscòpia de fluorescència sobre microvasos aïllats de ratolins joves i vells indica que en els segons hi ha un augment de l’expressió de hialuronan, heparan-sulfat i condroïtin-sulfat. Per contra, hi ha una reducció en l’expressió de glicoproteïnes del domini de mucina. No s’hi veuen afectats per l’edat els nivells d’àcids siàlics o els de N-acetilgalactosamina terminal.
La citometria de flux sobre cèl·lules endotelials aïllades indica evolucions semblants dels components del glicocàlix. Els canvis en el transcriptoma, doncs, es tradueixen en el glicoma.
La caiguda de l’O-glucosilació de tipus de mucina amb l’edaat
L’O-glicosilació de tipus de mucina és una modificació post-transcripcional de proteïnes que consisteix en la vinculació a residus de serina i de treonina de α-N-acetilgalactosamina, damunt de la qual es construeixen glicans. Val a dir que aquesta O-glicosilació no és exclusiva de la família canònica de la mucina, sinó que també les trobem e proteïnes com PODXL, CD34 i DAG1.
Shi et al. estudien aquestes glicoproteïnes amb l’ús d’una proteïna recombinant StcE(E447D)–AF647 que les marca amb un fluorocrom. L’administració d’aquest marcador fluorescent a ratolins vius mitjançant una perfusió intracardíaca permet visualitzar aquestes glicoproteïnes en la part luminal dels capil·lars cerebrals. En ratolins joves el marcatge és fort, mentre que en ratolins vells és més feble i més heterogeni. Val a dir que aquest canvi amb l’edat sembla particular del cervell, i no apareix ni el cor ni en el fetge.
L’estudi de snRNA-seq de teixits procedents de malalts d’Alzheimer o de Huntington indica un afebliment diferencial de l’expressió de gens implicats en l’O-glicosilació de tipus mucina.
Dany vascular
Shi et al. utilitzen un virus adenoassociat específic de cèl·lula endotelial cerebral per reprimir l’expressió del gen C1galt1 en ratolins: AAV-PHP.V1-sCLDN5::EGFP-miR-E-C1galt1. Aquest virus és capaç d’induir un dany a la vasculatura cerebral.
La restauració del glucocàlix
Shi et al. han construït dos virus, AAV-PHP.V1-sCLDN5::EGFP-C1GALT1 i AAV-PHP.V1-sCLDN5::EGFP-B3GNT3, que respectivament sobreexpressen els gens C1GALT1 i B3GNT3 implicats en l’O-glicosilació de tipus mucina. En injectar aquests virus a ratolins de 17 mesos d’edat hi ha un enfortiment del glicocàlix luminal endotelial cerebral.
Els ratolins vells tractats amb els virus que els fan sobreexpressar B3GNT3 tenen una major puntuació en tests cognitius com el laberint Y. Això és indicatiu d’una millora en la memòria especial de treball i en els aprenentatges dependents de l’hipocamp.
Lligams:
- Glycocalyx dysregulation impairs blood–brain barrier in ageing and disease. Sophia M. Shi, Ryan J. Suh, D. Judy Shon, Francisco J. Garcia, Josephine K. Buff, Micaiah Atkins, Lulin Li, Nannan Lu, Bryan Sun, Jian Luo, Ning-Sum To, Tom H. Cheung, M. Windy McNerney, Myriam Heiman, Carolyn R. Bertozzi & Tony Wyss-Coray. Nature (2025).
- Química de clic i bioortogonal: Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal, K. Barry Sharpless, Premi Nobel de Química 2022 (5/10/2022).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada