Neurosteroids with neuroprotective and neuroregenerative properties: assessment of their in vivo effects in animal models

Abstract

Neurosteroid DHEA is biosynthesized in neurons and glia, regulating neuronal survival and neurogenesis during development and aging. We provide evidence that DHEA acts as a neurotrophic factor, protecting neuronal cells against apoptosis via activation of TrkA and p75NTR, membrane receptors of neurotrophin NGF. Specifically, we have shown that siRNA against prosurvival TrkA receptors blocked the anti-apoptotic effect of DHEA. Radiolabeled [3H]DHEA bound with high affinity to membranes isolated from HEK293 cells transfected with the cDNAs of TrkA and p75NTR receptors. DHEA-polyethylene-glycol beads effectively pulled down recombinant TrkA and p75NTR proteins, and precipitated both proteins from extracts prepared from cells expressing both receptors. DHEA effectively activated NGF receptor-mediated signaling; Shc, Akt, and ERK1/2 kinases down-stream to TrkA receptors and TRAF6, RIP2 and RhoGDI effectors of p75NTR receptor. Finally, DHEA rescued sensory neurons of dorsal root ganglia from apoptosis in NGF null embryos and compensated NGF in rescuing sympathetic neurons of embryonic superior cervical ganglia. Our findings suggest that DHEA and NGF crosstalk via their activation of NGF receptors to afford brain shaping and maintenance. Phylogenetic findings on the evolution of neurotrophins, their receptors and CYP17, the enzyme responsible for DHEA biosynthesis, combined with our data support the hypothesis that DHEA served as a phylogenetically ancient neurotrophic factor.

Το νευροστεροειδές Διϋδροεπιανδροστερόνη (DHEA) συντίθεται στον εγκέφαλο απο νευρώνες και μικρογλιακά κύτταρα και ρυθμίζει την νευρική επιβίωση και νευρογένεση κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και της γήρανσης. Στη παρούσα μελέτη δείχνουμε ότι η DHEA ενεργεί ως νευροτροφικός παράγοντας, προστατεύοντας νευρικά κυττάρα από αποπτωτικό θάνατο μέσω της ενεργοποίησης των υποδοχέων TrkA και p75NTR, π ου ε ίναι ο ι υ ποδοχέις τ ου NGF. Συγκεκριμένα, έχουμε δείξει ότι siRNAs εναντίον του TrkA αναστέλλουν την αντι-αποπτωτική δράση της DHEA. Ραδιοσημασμένη [3H]DHEA προσδένεται με υψηλή συνάφεια σε μεμβράνες απομονωμένες από HEK293 κύτταρα διαμολυσμένα με cDNA’s των υποδοχέων TrkA και p75NTR. DHEA-polyethylene-glycol beads κατακρημνίζουν αποτελεσματικά απομονωμένους υποδοχείς ΤrkΑ και p75NTR. Επίσης, η DHEA όπως και ο NGF φωσφορυλιώνει τον TrkA και ενεργοποιεί το ενδοκυττάριο σηματοδοτικό μονοπάτι του (Shc, Αkt και Erk1/2) και οδηγεί στην αλληλεπίδραση του p75NTR με τους τελεστές του (TRAF6, RIP2 και RhoGDI). Τ έλος, η DHEA φάνηκε να αναστρέφει τον αποπτωτικό θάνατο λόγω έλλειψης NGF τοσο σε πρωτογενείς καλλιέργειες συμπαθητικών νευρώνων, όσο και των αισθητικών νεύρων των γαγγλίων της ραχιαίας ρίζας σε έμβρυα ngf-/- διαγονιδιακών ποντικών , in vivo. Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι η DHEA και ο NGF αλληλεπιδρούν μέσω των υποδοχέων του NGF συμβάλλοντας στην διαμόρφωση και διατήρηση του ΝΣ. Φυλογενετική ανάλυση της εξέλιξης των νευροτροφινών των υποδοχέων τ ους κ αι τ ου υ πεύθυνου ε νζύμου γ ια τ η σ ύνθεση τ ης DHEA (CYP17) σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης στηρίζουν την υπόθεση ότι η DHEA πιθανόν να κατείχε το ρόλο ενός φυλογενετικά αρχέγονου νευροτροφικού παράγοντα.