Effetti degli estrogeni sul differenziamento e sulla neurodegenerazione in sistemi neuronali in vitro

The aim of the present study was the identification of a role for estrogen receptor (ER) in neurodevelopment and neurodegeneration, focusing on the involvement of glial cells. Estrogen is in fact known to affect development, maturation and differentiation of neurons in the central nervous system and its receptors exhibit a peak of expression during early phases of neurodevelopment. The subventricular zone of the adult mouse brain is a source of progenitor cells which can be grown as neurospheres in a chemically defined medium supplemented with epidermal growth factor (EGF), and are able to differentiate into neurons and glia when plated on laminin in the absence of EGF. The present study has indicated that ERs are expressed by both floating and adherent neurospheres, with ER showing a peak of expression during the earlier phases of neurosphere differentiation (6-24 hrs). Treatment with 10 nM 17-Estradiol (17-E2) did not significantly affect proliferation in floating neurospheres, but modified progenitor differentiation as early as 6 hours after plating on laminin, with a marked increase in the percentage of PSA-NCAM-positive neuroblasts, and later on at 3 days post-plating with an increase in MAP2-positive neurons. Treatment with 17-E2 also increased the number of GFAP-positive cells and the levels of GFAP protein with a major effect at 24 hours. In a parallel study, the ability of glia to mediate the neuroprotective effect of estrogen has been evaluated. 17-E2 is known to exert neuroprotective activity also against ß-amyloid (ßAP). To evaluate the involvement of astroglia in this effect, the conditioned medium from astrocytes preexposed to 17-E2 for 4 h was transferred to pure rat cortical neurons challenged with 25M AP25-35 for 24 h. The results obtained have shown an increased viability of cortical neurons. This effect is not modified by treatment with the estrogen receptor antagonist ICI 182,780 added directly to neurons. TGF-1 has been identified as the soluble factor responsible for 17-E2-induced neuroprotection. Accordingly, the intracellular and released levels of TGF-1 are increased by 17-E2 treatment, and the intracellular content of TGF-1 in immunopositive cells is reduced, suggesting that 17-E2 stimulates mainly the release of the cytokine. Finally, incubation with a neutralizing anti-TGF-1 antibody significantly modifies the decrease in neuronal death induced by 17-E2 -treated astrocyte-conditioned medium. Taken together these results point to a key role for estrogen receptor both in neurodevelopment and neurodegeneration and identify glia as a major target for estrogen action.

L’obiettivo del presente lavoro è stata l’identificazione di un ruolo per il recettore degli estrogeni (ER) nel neurosviluppo e nella neurodegenerazione, con particolare attenzione al coinvolgimento delle cellule gliali. E’ noto che gli estrogeni influenzano lo sviluppo, la maturazione ed il differenziamento dei neuroni nel sistema nervoso centrale, e che i suoi recettori mostrano un picco di espressione durante le fasi precoci di neurosviluppo. La zona subventricolare del cervello di topo adulto è una ricca fonte di progenitori neurali. Questi possono essere mantenuti in coltura, in un mezzo chimicamente definito contenente il fattore di crescita epidermico (EGF), sottoforma di neurosfere, che possono differenziarsi in neuroni e glia quando piastrate su laminina in assenza di EGF. Il presente studio ha mostrato che gli ER sono espressi nelle neurosfere sia in sospensione che in adesione, ed in particolare ER mostra un picco di espressione durante le fasi più precoci del differenziamento della neurosfera (6-24 ore). Il trattamento con 17-estradiolo 10nM (17-E2) non influenza significativamente la proliferazione nelle neurosfere in sospensione, ma modifica il differenziamento già dopo 6 ore di piastratura su laminina, con un significativo aumento della percentuale di neuroblasti PSA-NCAM-positivi e, successivamente, a 3 giorni, con un aumento nel numero di neuroni MAP2-positivi. Il trattamento con 17-E2 induce inoltre un aumento nella percentuale di cellule GFAP-positive ed un aumento dei livelli proteici di GFAP, con un effetto marcato a 24 ore di piastratura. In uno studio parallelo, è stata valutata la capacità della glia di mediare gli effetti neuroprotettivi degli estrogeni. Il 17-E2 esercita infatti effetti protettivi anche verso la tossicità da beta-amiloide (AP). Al fine di valutare il coinvolgimento degli astrociti in tale fenomeno, il terreno di coltura condizionato da astroglia pre-trattata con 17-E2 per 4 ore, è stato trasferito su neuroni corticali puri trattati per 24 ore con AP25-35 25M. I risultati ottenuti hanno mostrato una aumentata vitalità dei neuroni corticali, effetto che non appare modificato dal trattamento con l’antagonista dei recettori per gli estrogeni ICI 182,780 addizionato direttamente ai neuroni. Il TGF-1 è stato identificato quale fattore solubile responsabile della neuroprotezione indotta dal 17-E2. I livelli di TGF-1 intracellulare e rilasciato aumentano infatti in seguito al trattamento con 17-E2, ed il contenuto intracellulare di TGF-1 nelle cellule positive si riduce, suggerendo che il 17-E2 stimoli prevalentemente il rilascio di tale citochina. Infine, l’incubazione con anticorpo neutralizzante anti-TGF-1 incide significativamente sulla riduzione della morte neuronale indotta dal terreno condizionato da astrociti trattati con 17-E2. Nell’insieme, i risultati ottenuti puntano verso un ruolo chiave dei recettori degli estrogeni nel neurosviluppo e nella neuroprotezione, ed identificano la glia come target primario per l’azione degli estrogeni.