Resumen de Estudio de la regulación del metabolismo de la glucosa por la actividad sináptica
Durante las primeras semanas tras el nacimiento tiene lugar el período en que se da una mayor tasa de crecimiento de dendritas y axones. El crecimiento neuronal debe ir acompañado de la síntesis de nuevos lípidos, necesarios para la generación de nuevas membranas. A pesar de que los mecanismos implicados en la regulación del crecimiento de dendritas y axones han sido ampliamente estudiados, se conoce muy poco con respecto a los cambios a nivel metabólico destinados a la síntesis de las biomoléculas necesarias para abastecer la generación de nuevas membranas.
El principal objetivo de este trabajo ha sido estudiar el mecanismo por el que la actividad sináptica, uno de los principales activadores del crecimiento neurítico, es capaz de regular el metabolismo neuronal para promover la síntesis de diferentes metabolitos precursores para la síntesis de los lípidos necesarios para el crecimiento neurítico. El principal modelo utilizado en este estudio ha sido los cultivos primarios de neuronas corticales de embriones de rata. La actividad sináptica se ha estimulado mediante un protocolo basado en la desinhibición de la red neuronal, que consiste en el tratamiento combinado con Bicuculina y 4-aminopiridina.
Los resultados de esta tesis demuestran que la actividad sináptica estimula la captación y el metabolismo de la glucosa incrementando la transcripción del principal transportador de glucosa en neuronas (Glut3) y de diferentes enzimas implicadas en la glucólisis (HK2, PKM1/2 y PFKFB3). Todo el proceso está regulado por un mecanismo caracterizado por la activación de dos factores de transcripción: CREB y HIF-1α. La activación de CREB, uno de los principales factores de transcripción regulados por la actividad sináptica, promueve la expresión de Glut3 y de la enzima ubiquitina ligasa, Siah2. La actividad de esta última es necesaria para promover la estabilización y, en consecuencia, la activación de HIF-1α, que finalmente promueve la expresión de las enzimas implicadas en la glucólisis. La inhibición de la glucólisis o el bloqueo de la actividad de HIF-1α son suficientes para inhibir la estimulación del crecimiento neuronal por la actividad sináptica. De acuerdo con estos resultados en cultivos celulares, la inhibición de esta vía o la eliminación de este factor de transcripción durante las primeras semanas de desarrollo postnatal en roedores tiene como consecuencia una reducción de la complejidad del árbol dendrítico.
Tal como se muestra en el presente trabajo, la actividad sináptica también podría estar implicada en la regulación de diferentes orgánulos como son los peroxisomas y las mitocondrias. En el primer caso se ha observado que la actividad sináptica promueve la síntesis de diferentes implicados tanto el desarrollo y el mantenimiento de los peroxisomas (Pex5, Pex11b y Pex13) como en el metabolismo lipídico peroxisomal (ABCD2 y ACOT8). Cuanto a las mitocondrias se ha comprobado que las neuronas estimuladas sinápticamente activas presentan un incremento en el transporte anterógrado mitocondrial a lo largo del axón que depende de la actividad de HIF-1α.
