Differential regulation of hippocampal neurogenesis by nitric oxide following seizures

The fact that the adult brain is able to produce new neurons or glial cells from neural stem cells (NSC) became one of the most interesting and challenging fields of research in neuroscience. Endogenous adult neurogenesis occurs in two main regions of the brain: the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) in the dentate gyrus. Brain injury may be accompanied by increased neurogenesis, although neuroinflammation promotes the activation of microglial cells that can be detrimental to the neurogenic process. Nitric oxide (NO) is one of the factors released by microglia that can be proneurogenic. The mechanism by which NO promotes the proliferation of NSCs has been intensively studied. However, little is known about the role of NO in migration, survival and differentiation of the newborn cells. The aim of this work was to investigate the role of NO from inflammatory origin in proliferation, migration, differentiation and survival of NSCs from the dentate gyrus in a mouse model of status epilepticus. We also assessed neuroinflammation in the same injury model. Our work showed that NO increased proliferation of the early-born cells after seizures, but is detrimental for their survival. NO also increased migration of neuroblasts. Moreover, NO was important to maintain long-term neuroinflammation. Taken together, these results show that NO may be a good target to promote proliferation and migration of NSCs following seizures, but compromises survival of early-born cells.

A descoberta de que o cérebro adulto é capaz de produzir novas células nervosas ou da glia a partir de células estaminais neurais tornou-se uma das mais interessantes e desafiantes áreas da neurociência. A neurogénese adulta endógena ocorre em duas principais regiões do cérebro de mamíferos, ou nichos neurogénicos: a zona subventricular nos ventrículos laterais e a zona subgranular no giro dentado do hipocampo. Apesar ter sido proposto que a neurogénese ocorre como uma tentativa do cérebro em reparar zonas lesionadas por um insulto, nestas condições, a neuroinflamação que resulta do evento promove a activação das células da microglia. As células da microglia são consideradas as células imunitárias do sistema nervoso central e ao serem activadas libertam factores inflamatórios que podem prejudicar o processo neurogénico. O monóxido de azoto, ou óxido nítrico (do inglês nitric oxide, NO), é um dos factores libertados pela microglia activada e que apresenta um efeito dual na neurogénese, promovendo-a ou inibindo-a, dependendo da concentração e tempo de exposição. Esta molécula pleiotrópica resulta da actividade enzimática de uma das três isoformas da sintase do óxido nítrico: neuronal, endotelial ou indutível. O mecanismo pelo qual o NO participa na proliferação das células estaminais neurais tem sido intensivamente estudado por diversos grupos em todo o Mundo. Sabe-se que em condições fisiológicas o NO participa como um factor anti-neurogénico, mas, em condições que antecedem um insulto cerebral, o NO promove a proliferação de células estaminais em ambos os principais nichos neurogénicos. No entanto, pouco se sabe sobre a função do NO na migração, sobrevivência e diferenciação das novas células. O objectivo deste trabalho foi investigar o papel do NO de origem inflamatória na proliferação, migração, diferenciação e sobrevivência de novas células formadas no giro dentado na sequência de um insulto cerebral. Foi também investigado o envolvimento do NO na resposta neuroinflamatória no mesmo modelo. Neste trabalho foi usado um modelo de murganho de status epilepticus induzido por administração intraperitoneal de ácido caínico, uma vez que é um modelo in vivo de lesão cerebral capaz de mimetizar os eventos neurogénicos pós-lesão de uma forma muito robusta, nomeadamente ao nível do aumento da proliferação de células estaminais, migração e diferenciação de novas células. Os nossos resultados mostram que o tratamento com ácido kaínico aumentou o número de células em proliferação até 14 dias após lesão. Na ausência da enzima iNOS o tratamento com ácido kaínico diminuiu a proliferação de novas células até 14 dias após lesão, excepto no 7º dia, sugerindo uma regulação bifásica da proliferação pelo NO. Assim, é possível definir um período em que a proliferação é regulada por uma mecanismo dependente de NO (até 5 dias após lesão) e outro em que o NO parece não estar envolvido (7 dias após lesão). A migração de neuroblastos aumenta após lesão e é dependente de NO 14 dias após lesão. A distribuição das novas células ao longo do giro dentado formadas 3 dias após lesão foi alterada após crises epilépticas, mas o mecanismo pelo qual é regulado é independente de NO. Nas condições analisadas, o número de novos neurónios que resultam de células formadas 3 dias após lesão diminui, sugerindo que o NO é importante para a sobrevivência dos novos neurónios. A diferenciação das novas células em astrócitos não foi alterada após lesão. Por fim, a astrogliose está aumentada 28 dias após lesão. O nosso trabalho mostra que o NO de origem inflamatória está envolvido na proliferação e sobrevivência dos novos neurónios formados numa fase inicial da proliferação após crises epilépticas. Os novos neurónios formados após lesão por status epilepticus parecem sobreviver melhor quando são formados numa fase mais tardia do processo proliferativo (7 dias após lesão), uma vez que o tratamento com ácido caínico não promoveu qualquer alteração no número de novos neurónios formados durante esta janela temporal. Além disso, o NO mostra ser importante para a migração de neuroblastos, uma vez que se verifica um aumento da imunoreactividade destas células após lesão. Verificou-se também que a neuroinflamação está presente 28 dias após lesão, o que sugere que o NO é importante para a manutenção da activação de astrócitos a longo prazo, indicando uma persistência de inflamação no hipocampo. Assim, concluímos que o NO de origem inflamatória participa em diferentes fases da neurogénese no hipocampo, abrindo a possibilidade de explorar abordagens terapêuticas baseadas nos efeitos do NO em situações de lesão cerebral.

Universidade do Algarve, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina