Il ricablaggio del metabolismo glucidico e lipidico indotto dal recettore 17 accoppiato a proteine ​​G. Il silenziamento consente la transizione dei progenitori degli oligodendrociti alle cellule mielinizzanti

4. Discussione

Negli ultimi anni, diversi studi hanno evidenziato la rilevanza di GPR17 nel differenziamento OL, validando questo recettore non solo come marker di una precisa finestra temporale di maturazione (ovvero, l'O4piùstadio intermedio pre-OL), ma dimostrando che funge anche da aregolatore chiave della differenziazione OPC[12,19]. In particolare, durante la differenziazione fisiologica,dopo gli stadi intermedi dell'OPC, GPR17 deve essere messo a tacere per consentire la maturazione terminale delle cellule, un evento che probabilmente si verifica sia attraverso la downregulation/internalizzazione dei complessi del recettore di membrana sia attraverso la repressione nucleare della trascrizione del gene gpr17.37,40]. Il silenziamento difettoso di GPR17, cioè qualsiasi condizione che porti a una persistente espressione aberrante di GPR17 (come quelle osservate in diverse condizioni neurodegenerative associate alla demielinizzazione), blocca le cellule in stadi immaturi e contribuisce a difetti di rimielinizzazione.15,41]. Ciò ha portato ad ipotizzare che il tempestivo silenziamento di GPR17 agisca come un "segnale verde" per promuovere un'efficace mielinizzazione favorendo i processi metabolici e biochimici necessari per la maturazione cellulare.13]. Tuttavia, la natura e la precisa sequela degli eventi attivati ​​dal silenziamento di GPR17 sono ancora sconosciute. Qui, abbiamo affrontato questa lacuna eseguendo, in primo luogo, un'intera analisi trascrittomica sugli OPC in condizioni normali e dopo aver imitato la downregulation di GPR17 mediante la tecnologia siRNA, seguita da un'analisi del set di dati di geni espressi in modo differenziato mediante approcci basati su pathway e ontologia. Questa analisi iniziale ha suggerito alterazioni di vari modi e processi biologici noti per la loro importanza nella maturazione degli OL, comprese le vie di segnalazione mTOR e Wnt, il rimodellamento del citoscheletro e la regolazione dell'energia e del metabolismo OPC.

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L'analisi metabolomica mirata durante la differenziazione di OPC e dopo il silenziamento di GPR17 ci ha permesso di ottenere informazioni sul possibile legame tra l'espressione di GPR17 e il metabolismo di OPC. Nei primi OPC, quando l'espressione di GPR17 è ancora fisiologicamente bassa, le cellule mostravano alti livelli di metaboliti appartenenti al ciclo di Krebs, che erano molto meno abbondanti in tempi successivi, indicando il loro consumo per produrre altri metaboliti chiave. Ciò è in linea con i dati della letteratura che mostrano che le OPC sono più metabolicamente attive delle OL e che la produzione di ATP nelle OPC dei roditori dipende prevalentemente dalla fosforilazione ossidativa.7]. Negli stadi intermedi (da DID 1 a DID 3), i pre-OL hanno mostrato una marcata sovraregolazione di molecole coinvolte nella sintesi degli acidi grassi e del colesterolo, come l'acetil-CoA (che rappresenta il precursore del colesterolo e degli acidi grassi) e il malonil-CoA (un intermedio specifico della sintesi degli acidi grassi). Questi cambiamenti coincidono perfettamente con la tempistica dell'espressione di GPR17 negli OPC, che è molto bassa al giorno 0, quando gli OPC sono indotti a uscire dal ciclo cellulare e iniziare la differenziazione, e raggiunge gradualmente la sua massima espressione al DID 3, quando pre Gli -OL hanno già sottoregolato i metaboliti coinvolti nel ciclo cellulare e stanno sovraregolando le molecole correlate alla sintesi degli acidi grassi. A livello globale, questi dati indicano che quando GPR17 raggiunge la sua massima espressione, i pre-OL utilizzano principalmente glucosio e aminoacidi per sostenere la biosintesi del colesterolo e degli acidi grassi. È noto che, nonostante la glicolisi aerobica generi ATP con minore efficienza rispetto alla fosforilazione ossidativa, produce i precursori della catena del carbonio necessari per supportare la biosintesi proteica e lipidica per la produzione di mielina.42], limita la produzione di ROS e promuove la produzione di lipidi a lunga vita richiesti dalla mielina OL [7]. Abbiamo anche osservato livelli ridotti di AMP e ADP dal giorno 0 a DID 5 e un aumento transitorio di ATP tra DID 1 e 3. Questi dati sono pienamente compatibili con l'espressione di GPR17 e il suo ruolo consolidato nella regolazione (insieme ad altri GPCRs) la produzione intracellulare di AMP ciclico (cAMP) da ATP durante la differenziazione OL [13,43,44]. Quando l'espressione di GPR17 inizia a salire (DID da 1 a 3), i ligandi endogeni promuovono un graduale aumento dell'attività della proteina Gi accoppiata al recettore, che, a sua volta, riduce la produzione di cAMP.12], con conseguente aumento dei livelli intracellulari di ATP (che qui funge da substrato dell'adenilato ciclasi per la sintesi di cAMP), in concomitanza con l'aumento dei livelli dei metaboliti della biosintesi lipidica (acetil-CoA e malonilCoA). Questi dati sono anche in linea con il concetto che il metabolismo anabolico (come la sintesi lipidica) si verifica solitamente in uno stato energetico favorevole.

Dopo il silenziamento di GPR17, i risultati della nostra analisi metabolomica suggeriscono un ampio ricablaggio del metabolismo dell'OPC. Abbiamo osservato cambiamenti nell'abbondanza di intermedi del ciclo di Krebs, come fumarato, malato e citrato (il substrato di partenza per la sintesi di lipidi e colesterolo) e di altri metaboliti descritti in letteratura per il loro ruolo critico nella sopravvivenza e differenziazione OL , così come nella sintesi della mielina, come creatina, taurina e lattato [39,45,46]. Nonostante queste alterazioni siano tutte potenzialmente interessanti, abbiamo deciso di concentrare le nostre analisi sul ruolo del lattato, sulla base di precedentidati che lo implicano nel metabolismo, nella differenziazione e nella mielinizzazione cellulare di OL [4,47], così come in comunicazione con neuroni e glia vicini [48]. L'analisi dell'abbondanza di lattato intracellulare durante la differenziazione fisiologica dell'OPC ha mostrato una cinetica successiva a quella del GPR17 (alti livelli negli stadi intermedi, bassi livelli durante gli stadi iniziale e finale), mentre dopo il silenziamento del GPR17, i livelli di lattato sono diminuiti prematuramente, raggiungendo un minimo negli stadi intermedi. La relazione tra espressione di GPR17 e abbondanza di lattato è stata precedentemente osservata in studi recenti, dove un aumento della glicolisi e della produzione di lattato, secondario all'alterazione dell'asse cAMP-PKA-PDK1, è stato riscontrato in OL derivanti da animali knock-out per GPR17 [49]. In base a ciò, la nostra analisi di microarray sugli OPC silenziati GPR17-ha dimostrato la sovraregolazione dei geni associati alla glicolisi e alla produzione di lattato (PFK, PDK1, LDH); tuttavia, d'altra parte, i nostri dati metabolici hanno mostrato una riduzione dei livelli intracellulari di lattato. Per far luce su questi risultati apparentemente contrastanti, abbiamo valutato il rilascio di questo metabolita nei terreni di coltura. Livelli di lattato aumentati sono stati trovati negli stessi momenti in cui sono state trovate concentrazioni di lattato abbassate nel citoplasma delle cellule, suggerendo il rilascio di questo metabolita extracellulare e che GPR17 negli OL potrebbe svolgere un ruolo importante nel trasporto dei metaboliti energetici alle cellule neuronali. Questa ipotesi è corroborata da una recente scoperta che mostra che, nei topi knockout GPR17, l'aumento dei livelli di lattato nell'ambiente dei neuroni ipotalamici può modulare l'attività neuronale attraverso l'attivazione delle vie AKT e STAT3.49]. Sulla base di queste prove, ipotizziamo che un meccanismo simile potrebbe applicarsi alla taurina e alla creatina, che sono note per regolare positivamente il processo di mielinizzazione.45,46], e i cui livelli intracellulari sono effettivamente ridotti negli OPC silenziati da GPR17-. Da notare che è stato dimostrato che i neuroni non esprimono gli enzimi responsabili della sintesi di questi metaboliti, suggerendo che possono derivare solo da cellule gliali vicine.50,51]. 

La capacità degli OL di importare lattato o rilasciarlo extracellularmente è mediata dal trasportatore monocarbossilato 1 (MCT1), responsabile del trasporto passivo di lattato e idrogeno verso il citoplasma o l'ambiente extracellulare in risposta alle sue concentrazioni nei due compartimenti.47,52]. Nonostante le osservazioni in vivo indichino che la mancanza di MCT1 negli OL e nei loro progenitori nel primo periodo postnatale e nella prima età adulta non influisce sulla mielinizzazione, probabilmente a causa della disponibilità di altri intermedi energetici come il glucosio, durante l'età adulta, la perdita di MCT1 porta ad assonopatia e ipo-mielinizzazione, dimostrando il ruolo essenziale che gli acidi monocarbossilici svolgono nell'omeostasi energetica degli OL.53]. Nel nostro studio, l'aumento del lattato extracellulare osservato dopo il silenziamento di GPR17 è stato associato a una maturazione accelerata, aumentando la possibilità che il lattato rilasciato da OL maturi possa essere assorbito da OL immaturi per migliorare la loro maturazione in modo autocrino. Per valutare questa ipotesi, abbiamo bloccato il rilascio di lattato esponendo gli OPC silenziati da GPR17-a un inibitore selettivo MCT1. La riduzione dell'efflusso di lattato ha infatti comportato una diminuzione della maturazione dell'OPC, suggerendo che la downregulation di GPR17 potrebbe favorire il rilascio di lattato extracellulare, propagando così il processo di maturazione alle cellule vicine. Di conseguenza, studi recenti hanno dimostrato che il lattato può promuovere direttamente il tasso di ciclaggio cellulare e la differenziazione delle OPC.39]. 

I cambiamenti di espressione osservati dopo il silenziamento di GPR17 hanno anche suggerito un potenziale legame tra l'espressione di GPR17 e l'attivazione di percorsi sintetici di lipidi e colesterolo. Tra i cambiamenti più rilevanti, abbiamo riscontrato una maggiore espressione di LXR e i suoi geni bersaglio, SREBP1c, ABCG1 e ABCA1. La capacità di LXR per promuovere la differenziazione cellulare negli OL è stato dimostrato in vivo dopo la demielinizzazione indotta dalla lisolecitina: LXR l'attivazione da parte di agonisti sia naturali (ossisteroli) che sintetici ha promosso la rimielinizzazione delle aree colpite da danno demielinizzante.54]. Gli ossisteroli sono anche molecole pro-infiammatorie in grado di attivare diversi recettori accoppiati a proteine ​​G, tra cui GPR17.55], la cui capacità di rispondere a segnali di emergenza legati a stress ossidativo, neuroinfiammazione e neurodegenerazione è ampiamente nota. I cambiamenti di espressione dei fattori di trascrizione sopra descritti sono anche necessari per la riorganizzazione del metabolismo lipidico che si verifica durante la maturazione degli OL.56], permettendo a queste cellule di aumentare la sintesi dispecifiche classi lipidiche e modificare gradualmente la composizione della loro membrana plasmatica [2]. Questo cambiamento caratterizza la transizione dalle OPC alle OL mature; per esempio, è stato dimostrato che alcuni glicosfingolipidi mielina-specifici iniziano a essere prodotti in prossimità del differenziamento terminale e sono mantenuti negli OL mielinizzanti maturi.57]. I nostri dati lipidomici suggeriscono che l'espressione di GPR17 può influenzare direttamente l'abbondanza di lipidi specifici della mielina, come ceramidi e sfingomieline. È stato dimostrato che il corretto equilibrio tra sintesi e degradazione degli sfingolipidi svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'integrità della mielina.58,59]. Inoltre, abbiamo rilevato che il knockdown di GPR17 a DID 5 ha portato a livelli ridotti di diversi diacil-PC e diacil-Pes, che sono le principali specie rappresentate nella membrana mielinica come riportato in letteratura.60–62]. La scoperta che questi lipidi possono svolgere un ruolo nella stabilizzazione della linea del periodo intro della mielina [61] supporta ulteriormente il ruolo chiave di GPR17 come attore chiave nel determinare la composizione e la funzione della mielina. Nonostante la diminuzione dei livelli di diacil-PC e diacil-PE, abbiamo anche riscontrato un aumento dei livelli di diversi plasmalogeni (cioè acil-alchil-PC) dopo l'esaurimento di GPR17 a DID5. Questi plasmalogeni derivati ​​dal PC sono stati proposti come agenti protettivi nella mielina poiché prevengono la perossidazione lipidica della membrana da parte di specie reattive dell'ossigeno.63,64]. Gli effetti protettivi dei plasmalogeni sono stati attribuiti all'atomo di idrogeno adiacente al legame vinil etere. Infatti, questo atomo di idrogeno può essere più suscettibile all'ossidazione rispetto al legame estere presente in diacil-PC e diacil-PE.63,64]. Inoltre, i plasmalogeni della mielina partecipano alla formazione della membrana e/o al mantenimento.65,66]. Sulla base dei nostri risultati, deduciamo che GPR17 è importante anche nella regolazione dell'equilibrio tra diacil-PC e diacil-PE e i rispettivi plasmalogeni per garantire la struttura e la funzione ottimali della mielina. Tuttavia, si dovrebbe considerare che i plasmalogeni potrebbero essere aumentati senza GPR17 come meccanismo protettivo dato il loro ruolo antiossidante. L'alterazione dei lipidi della mielina è stata descritta anche nei ratti diabetici.62], alla base di un legame tra il metabolismo del glucosio e la mielinizzazione. È stato riportato che le malattie caratterizzate da disregolazione del metabolismo lipidico o del glucosio (cioè dislipidemia e diabete) sono collegate a un rischio più elevato di SM.67,68], anche se gli esatti meccanismi patogenetici che collegano queste disfunzioni metaboliche alla SM sono ancora ampiamente dibattuti. Inoltre, l'analisi spettrometrica di massa ha rivelato una maggiore abbondanza di fosfolipidi e una riduzione del contenuto di sfingolipidi nella sostanza bianca di aspetto normale (NAWM) di soggetti con SM attiva.69], suggerendo che specifiche alterazioni metaboliche possono comparire prima dell'inizio delle lesioni demielinizzanti. Da notare che, in uno studio precedente, abbiamo dimostrato che la NAWM dei pazienti con SM presenta la più alta abbondanza di cellule che esprimono GPR17-rispetto alle lesioni della SM e alla WM di soggetti sani [20].

Il nostro studio è il primo a mostrare il coinvolgimento della downregulation di GPR17 nel ricablaggio del metabolismo OPC durante la differenziazione, ma dovrebbero essere prese in considerazione alcune limitazioni/avvertimenti. Innanzitutto, in questo studio, abbiamo utilizzato colture primarie, che rispetto alle linee cellulari presentano sia vantaggi che svantaggi. Nonostante gli OL primari siano più inclini a raggiungere lo stadio mielinizzante, i dati ottenuti utilizzando queste cellule possono avere una maggiore variabilità, a causa del fatto che gli OPC non sono sincronizzati e quindi seguono una cinetica di maturazione leggermente diversa in vitro tra esperimenti indipendenti. Tuttavia, per affrontare questo problema, abbiamo applicato un metodo di analisi che identifica i campioni che si discostano nel loro profilo metabolomico da altri campioni dello stesso gruppo, consentendo la riassegnazione al gruppo appropriato. In secondo luogo, abbiamo utilizzato un approccio metabolomico mirato che ci ha permesso di raccogliere diversi livelli di metaboliti e cambiamenti nelle vie metaboliche rappresentative. Pertanto, un'analisi metabolomica non mirata completa (senza una definizione a priori dei metaboliti da rilevare) può essere ulteriormente informativa su altri metaboliti non considerati nella nostra metabolomica mirata, generando così nuove ipotesi di lavoro nel campo. In terzo luogo, sebbene il nostro studio rappresenti un progresso significativo nella comprensione del ruolo di GPR17 nella maturazione dell'OPC, resta necessario un ulteriore lavoro per valutare la rilevanza dei cambiamenti metabolici indotti dalla sua downregulation in condizioni patologiche. In questo contesto, studi futuri mireranno a valutare se la modulazione di GPR17 può essere sfruttata per migliorare il metabolismo OL durante le dinamiche di demielinizzazione/rimielinizzazione in modelli animali di SMe se la disregolazione di GPR17 possa essere correlata a specifiche alterazioni metaboliche nelle lesioni della SM umana e nella NAWM.

Presi insieme, i nostri risultati suggeriscono che il recettore GPR17 può fungere da punto di controllo necessario perinibire la mielinizzazione precoce e mantenere la reattività delle celluleai segnali extracellulari eevidenziare il coinvolgimento della downregulation di GPR17nelcoordinazione energeticaEriarrangiamenti del metabolismo lipidiconecessari per la maturazione degli OPC, fornendo cenni essenziali sullametaboliti bioattiviElipidi regolatidal recettore. Sulla base dei nostri dati precedenti sulle alterazioni dell'espressione di GPR17 nella patogenesi della SM e nel fallimento della rimielinizzazione, suggeriamo che queste intuizioni funzionali e meccanicistiche may ispirare nuovi approcci farmacologici e terapeuticiper ilcura delle malattie neurodegenerative. 

Riferimenti

1. Culo, AM; Papanikolaou, M.; Rivera, A. Fisiologia dell'oligodendroglia.Avv. Esp. Med. Biol.2019, 1175, 117–128. [CrossRef] [PubMed] 

2. Navata, KA; Werner, HB mielinizzazione del sistema nervoso: meccanismi e funzioni.Anno. Rev. Cellulare Dev. Biol.2014, 30, 503–533. [CrossRef] [PubMed]

3. Narine, M.; Colognato, H. Attuali approfondimenti sul metabolismo degli oligodendrociti e sul suo potere di scolpire il paesaggio della mielina.Davanti. Cellula. Neurosci.2022, 16, 892968. [CrossRef] 

4. Tepavcevic, V. Metabolismo dell'energia oligodendrogliale e (ri) mielinizzazione.Vita2021, 11, 238. [CrossRef] [PubMed] 

5.Rao, VTS; Khan, D.; Cui, QL; Fuh, SC; Hossain, S.; Almazan, G.; Multhaup, G.; Healey, LM; Kennedy, TE; Antel, JP Età distinta e profili metabolici dipendenti dallo stato di differenziazione degli oligodendrociti in condizioni ottimali e di stress.PLOS UNO2017, 12, e0182372. [CrossRef] 

6. Schoenfeld, R.; Wong, A.; Silva, J.; Li, M.; Itoh, A.; Horiuchi, M.; Itoh, T.; Piacere, D.; Cortopassi, G. La differenziazione oligodendrogliale induce i geni mitocondriali e l'inibizione della funzione mitocondriale reprime la differenziazione oligodendrogliale.Mitocondrio2010, 10, 143–150. [CrossRef] 

7. Rone, MB; Cui, QL; Zanna, J.; Wang, LC; Zhang, J.; Khan, D.; Bedard, M.; Almazan, G.; Ludovico, SK; Jones, R.; et al. Oligodendrogliopatia nella sclerosi multipla: il basso tasso metabolico glicolitico promuove la sopravvivenza degli oligodendrociti.J. Neurosci.2016, 36, 4698–4707. [CrossRef]

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