Lipid signaling determinants of physiology and pathology along the longitudinal hippocampal axis

Abstract

O hipocampo é uma estrutura do lobo temporal do cérebro presente em todos os mamíferos, fundamental para a aprendizagem, memória e navegação espacial. A sua arquitetura transversal é constituída pelo giro denteado e Cornu Ammonis (CA), que se divide em CA1, CA2 e CA3, e é preservada ao longo do eixo longitudinal e em todas as espécies. Os lípidos fazem parte dos principais constituintes do cérebro e os distúrbios no seu conteúdo e metabolismo têm sido propostos como sendo de particular importância em várias doenças. A análise por espectrometria de massa das porções dorsal (HD), intermédia e ventral (HV) do hipocampo revelou um gradiente lipídico contínuo ao longo do eixo longitudinal, com maior distinção entre o HD e HV. O HD apresenta níveis superiores de ácido fosfatídico e níveis reduzidos de fosfatidilcolina em comparação com o HV, potencialmente implicando a via da fosfolipase D (PLD) na regulação do eixo HD-HV. A superfamília da PLD possui seis membros (PLD1-PLD6), mas apenas a PLD1 e a PLD2 hidrolisam fosfatidilcolina em ácido fosfatídico. O nosso principal objetivo foi estudar o impacto da modulação genética da PLD na organização e função do eixo HD-HV. Em primeiro lugar, mostramos que a PLD1 e a PLD2 são os únicos contribuintes para a atividade total da PLD no cérebro de ratinho, embora a PLD1 seja uma fonte maioritária de ácido fosfatídico no HD e HV em comparação com a PLD2. A seguir, abordamos como a PLD1 afeta diferencialmente a organização e o funcionamento do hipocampo em cada subregião. A ablação da PLD1 afeta predominantemente o lipidoma do HD e os ratinhos Pld1 knockout (KO) apresentam déficits específicos no reconhecimento de objetos novos e interação social e também disrupção na diferenciação da arborização dendrítica do HD e HV em neurónios piramidais de CA1/CA3. Apresentam ainda diminuição na indução de depressão de longo-prazo (LTD) e redução dos níveis das proteínas GluN2A e SNAP-25 no HD. De seguida, abordamos os efeitos da ablação PLD2 no comportamento social e na potenciação sináptica hipocampal. Mostramos que a ablação PLD2 leva a défices de discriminação social, nomeadamente no reconhecimento de ratinhos da mesma ninhada, diminuição da exploração social e redução de potenciação de longo-prazo (LTP) no HV. Com nosso trabalho mostramos como a PLD regula o hipocampo e a sua função, mostrando que, embora a PLD1 e a PLD2 catalisem a mesma reação, a sua ablação específica promove fenótipos diferentes. Isto tem possíveis implicações em doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, na qual PLD tem um papel importante para a sua patologia.

O hipocampo é uma estrutura do lobo temporal do cérebro presente em todos os mamíferos, fundamental para a aprendizagem, memória e navegação espacial. A sua arquitetura transversal é constituída pelo giro denteado e Cornu Ammonis (CA), que se divide em CA1, CA2 e CA3, e é preservada ao longo do eixo longitudinal e em todas as espécies. Os lípidos fazem parte dos principais constituintes do cérebro e os distúrbios no seu conteúdo e metabolismo têm sido propostos como sendo de particular importância em várias doenças. A análise por espectrometria de massa das porções dorsal (HD), intermédia e ventral (HV) do hipocampo revelou um gradiente lipídico contínuo ao longo do eixo longitudinal, com maior distinção entre o HD e HV. O HD apresenta níveis superiores de ácido fosfatídico e níveis reduzidos de fosfatidilcolina em comparação com o HV, potencialmente implicando a via da fosfolipase D (PLD) na regulação do eixo HD-HV. A superfamília da PLD possui seis membros (PLD1-PLD6), mas apenas a PLD1 e a PLD2 hidrolisam fosfatidilcolina em ácido fosfatídico. O nosso principal objetivo foi estudar o impacto da modulação genética da PLD na organização e função do eixo HD-HV. Em primeiro lugar, mostramos que a PLD1 e a PLD2 são os únicos contribuintes para a atividade total da PLD no cérebro de ratinho, embora a PLD1 seja uma fonte maioritária de ácido fosfatídico no HD e HV em comparação com a PLD2. A seguir, abordamos como a PLD1 afeta diferencialmente a organização e o funcionamento do hipocampo em cada subregião. A ablação da PLD1 afeta predominantemente o lipidoma do HD e os ratinhos Pld1 knockout (KO) apresentam déficits específicos no reconhecimento de objetos novos e interação social e também disrupção na diferenciação da arborização dendrítica do HD e HV em neurónios piramidais de CA1/CA3. Apresentam ainda diminuição na indução de depressão de longo-prazo (LTD) e redução dos níveis das proteínas GluN2A e SNAP-25 no HD. De seguida, abordamos os efeitos da ablação PLD2 no comportamento social e na potenciação sináptica hipocampal. Mostramos que a ablação PLD2 leva a défices de discriminação social, nomeadamente no reconhecimento de ratinhos da mesma ninhada, diminuição da exploração social e redução de potenciação de longo-prazo (LTP) no HV. Com nosso trabalho mostramos como a PLD regula o hipocampo e a sua função, mostrando que, embora a PLD1 e a PLD2 catalisem a mesma reação, a sua ablação específica promove fenótipos diferentes. Isto tem possíveis implicações em doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, na qual PLD tem um papel importante para a sua patologia.