Νευροπροστατευτική και αντιφλεγμονώδης δράση της συνθετικής μικρονευροτροφίνης BNN-20 στο μοντέλο προοδευτικής ντοπαμινεργικής νευροεκφύλισης μυός "weaver"

Abstract

BNN-20 is a synthetic microneurotrophin, long-term administration (P1-P21) of which exerts potent neuroprotective effect on the “weaver” mouse, a genetic model of progressive, nigrostriatal dopaminergic degeneration. The present study provides evidence that BNN-20 fully protects the dopaminergic neurons even when administration begins at a late stage of dopaminergic degeneration (41% and 56%) simulating more accurately the one seen in human PD when the symptoms appear.Given that neuroinflammation plays a critical role in neurodegeneration in the “weaver” mouse, as well as in human Parkinson’s disease, the possibility of anti-neuroinflammatory mechanisms underlying the pharmacological action of BNN-20 is now investigated. The latter was shown to be microglia-mediated, at least in part. Indeed, BNN-20 induced a partial, but significant, reversal of microglia hyperactivation, observed in the “untreated” weaver mouse. Furthermore, BNN-20, causing a robust decrease of the neurotoxic (M1) microglia phenotype, it induced a shift in microglia polarization towards the neuroprotective (M2) phenotype, suggesting a possible beneficial shifting of microglia activity. This observation was further supported by morphometric measurements showing that BNN-20 significantly reduced the enlarged microglia cell somata in the Substantia Nigra of the “weaver” mouse. These results indicate robust anti-inflammatory action of BNN-20.Furthermore, BDNF levels, were severely reduced in the “weaver” mouse midbrain, as is the case with the midbrain of patients with Parkinson’s disease. Given the key role of BDNF in the survival of dopaminergic neurons, restoring its levels is seen as a potential therapeutic strategy. However, clinical use is limited by the fact that BDNF does not cross the blood-brain-barrier. Our results showed that short-term BNN-20 (P60-P74) administration, restored BDNF levels to normal. By intercrossing “weaver” and NGL (dual GFP/Luciferase–NFκB reporter mice –NFκB.GFP.Luc) mice, we were able to produce a new transgenic model, “weaver”/ NGL mice, whose somatic cells express the NFκB transgene. Using this new model and bioluminescence imaging, we have shown, in vivo, that ΒΝΝ-20 binds to TrkB and induces BDNF production, through TrkB-PI3K-Akt- NFκΒ and/or TrkB-ERK1/2-NFκΒ signaling pathway.Given that ΒΝΝ-20 crosses blood-brain-barrier, and is deprived of estrogen-related side effects, our results point ΒΝΝ-20 as a potential therapeutic to Parkinson’s disease.

Το BNN-20 είναι μια συνθετική μικρονευροτροφίνη, μακροχρόνια (Ρ1-Ρ21) χορήγηση της οποίας έχει δειχθεί πως έχει ισχυρή νευροπροστατευτική δράση στο μοντέλο προοδευτικής ντοπαμινεργικής νευροεκφύλισης μυός “weaver”. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας έδειξαν πως το ΒΝΝ-20 προστατεύει τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες ακόμη και όταν η χορήγησή του ξεκινάει σε προχωρημένο στάδιο της απονεύρωσης (41% και 56%), οπότε προσομοιάζει με την εκφύλιση που συναντάται στη νόσο του Parkinson, όταν εμφανίζονται τα πρώτα συμπτώματα.Η νευροφλεγμονή είναι ένας από τους κύριους μηχανισμούς νευροεκφύλισης, τόσο στο μυ “weaver”, όσο και στη νόσο του Parkinson. Βρέθηκε πως το ΒΝΝ-20 αναστρέφει, τουλάχιστον εν μέρει, τα αυξημένα επίπεδα ενεργοποίησης της μικρογλοίας, και το αποτέλεσμα αυτό αποδεικνύεται τόσο από μοριακά ευρήματα, όσο και από μορφολογική μεταβολή των μικρογλοιακών κυττάρων. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός πως η χορήγηση ΒΝΝ-20 προκάλεσε μια ισχυρή μείωση του νευροτοξικού (M1) μικρογλοιακού φαινοτύπου, μετατοπίζοντας την πόλωση των μικρογλοιακών κυττάρων προς το νευροπροστατευτικό (Μ2) φαινότυπο. Τα παραπάνω υποδεικνύουν την ισχυρή αντιφλεγμονώδη δράση του ΒΝΝ-20.Επιπλέον, τα επίπεδα του νευροτροφικού παράγοντα BDNF είναι σημαντικά μειωμένα στο μεσεγκέφαλο των ομοζυγωτών “weaver”, όπως συμβαίνει και μεσεγκέφαλο ασθενών με νόσο του Parkinson. Δεδομένου ότι ο BDNF θεωρείται η πιο σημαντική νευροτροφίνη για την επιβίωση των ντοπαμινεργικών νευρώνων, η επανόρθωση των επιπέδων του έχει προταθεί ως θεραπευτικός στόχος για την νόσο του Parkinson. Περιορίζεται, ωστόσο, από το γεγονός πως ο BDNF δε διαπερνά τον αιματεγκεφαλικό φραγμό. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι βραχύχρονη χορήγηση BNN-20 (P60-P74) επανέφερε τα επίπεδα του BDNF σε αυτά των φυσιολογικών ζώων. Διασταυρώνοντας τους “weaver” με τους NGL μύες (dual GFP/Luciferase –NF-kB reporter mice –NFκB.GFP.Luc), δημιουργήσαμε ένα διαγονιδιακό μοντέλο μυών “weaver”/NGL, το οποίο εκφράζει σε όλα τα σωματικά κύτταρα το διαγονίδιο της λουσιφεράσης. Με τη χρήση αυτού του μοντέλου και τη μέθοδο απεικόνισης βιοφωταύγειας, δείξαμε, in vivo, πως το ΒΝΝ-20 δεσμεύεται στον υποδοχέα TrkB και επάγει την παραγωγή BDNF ενεργοποιώντας το σηματοδοτικό μονοπάτι TrkB-PI3K-Akt- NFκΒ ή/και TrkB-ERK1/2-NFκΒ. Λαμβάνοντας υπόψιν το γεγονός πως το ΒΝΝ-20 διαπερνά τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και δεν μεταβολίζεται σε οιστρογόνα, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης προτείνουν το ΒΝΝ-20 ως ένα μόριο κατάλληλο να αποτελέσει τη βάση μιας θεραπευτικής προσέγγισης για τη νόσο του Parkinson.