| Data: |
2025 |
| Resum: |
Els canvis metabòlics juguen un paper important en la plasticitat cerebral i les funcions cognitives. Durant molts anys, la glucosa s'ha considerat el principal combustible energètic del cervell. Tot i això, evidències emergents suggereixen que els astròcits presenten un metabolisme oxidatiu actiu d'àcids grassos (OAG). No obstant això, el coneixement actual sobre el mecanisme regulador de la OAG i la seva desregulació en condicions patològiques continua sent limitat. En aquesta tesi, hem caracteritzat la OAG en astròcits i hem estudiat la seva regulació pel glutamat, com a indicador de l'activitat neuronal. Fent servir talls cerebrals, demostrem una OAG activa i a més utilitzem cultius primaris d'astròcits, neurones, micròglia i co-cultius de neurones i astròcits per explorar les vies moleculars subjacents. Els nostres resultats confirmen que la OAG i el metabolisme de la glucosa coexisteixen en els astròcits i aporten evidències que el glutamat redueix de manera reversible la OAG i el consum d'oxigen, augmentant així la disponibilitat local d'oxigen. No es van trobar diferències entre astròcits de diferent regions cerebrals ni entre sexes. La inhibició de la OAG implica transportadors de glutamat, però no l'activació dels receptors metabotròpics, NMDA o AMPA del glutamat. A més, el glutamat provoca una disminució del potencial de membrana mitocondrial i un augment de la ràtio NADH/NAD+, comprometent així el transport d'electrons. De manera destacable, el glutamat i l'aspartat inhibeixen la OAG en astròcits humans de forma dependent dels transportadors de glutamat EAAT, mentre que la carnitina potencia aquesta via metabòlica. Com a primer pas per analitzar les conseqüències de modular la OAG i l'adaptació metabòlica induïda pel glutamat en les astròcits i la fisiologia cerebral, mostrem que el glutamat indueix una fissió mitocondrial mitjançada per Drp1 i assegura la supervivència dels astròcits, en contrast amb les neurones, on indueix excitotoxicitat. A més, la inhibició de la OAG modula les respostes de calci induïdes per purines en astròcits, que són claus per a la comunicació entre neurones i astròcits. En resum, els nostres resultats ofereixen noves perspectives conceptuals i mecanístiques sobre el metabolisme oxidatiu astrocític i representen un avanç significatiu en la compressió de les interaccions metabòliques entre astròcits i neurones. |
| Resum: |
Los cambios metabólicos juegan un papel clave en la plasticidad cerebral y las funciones cognitivas. Durante muchos años, se consideró la glucosa como el principal combustible energético en el cerebro. Sin embargo, evidencias emergentes sugieren que los astrocitos presentan un metabolismo oxidativo activo de ácidos grasos (OAG). No obstante, el conocimiento actual sobre los mecanismos reguladores de la OAG y su desregulación en condiciones patológicas sigue siendo limitado. En esta tesis, hemos caracterizamos la OAG en astrocitos y hemos estudiamos su regulación por glutamato, como indicativo de actividad neuronal. Usando cortes cerebrales, demostramos una FAO activa, y además empleamos cultivos primarios de astrocitos, neuronas, microglía y co-cultivos de neuronas y astrocitos para explorar las vías metabólicas subyacentes. Nuestros resultados confirman que el OAG y el metabolismo de la glucosa coexisten en los astrocitos y aportan evidencia de que el glutamato reduce de forma reversible la OAG y el consumo de oxígeno, aumentando así la disponibilidad local de oxígeno. No se encontraron diferencias en la actividad de la FAO entre astrocitos de distintas regiones cerebrales ni entre sexos. La inhibición de la OAG implica transportadores de glutamato, pero no la activación de los receptores metabotrópicos, NMDA o AMPA del glutamato. Además, el glutamato reduce el potencial mitocondrial de membrana y aumenta la ratio NADH/NAD+, lo que compromete el transporte de electrones. De manera destacable, el glutamato y el aspartato inhiben la OAG en astrocitos humanos de forma dependiente de los transportadores de glutamato EAAT, mientras que la carnitina potencia esta vía metabólica. Como primer paso para analizar las consecuencias de modular la FAO y la adaptación metabólica inducida por el glutamato en los astrocitos y la fisiología cerebral, mostramos que el glutamato induce fisión mitocondrial mediada por Drp1 y aumenta la supervivencia astrocítica, en contraste con las neuronas donde induce excitotoxicidad. Además, la inhibición de la FAO modula las respuestas de calcio inducidas por purinas en astrocitos, las cuales son clave para la comunicación neurona-astrocito. En resumen, nuestros resultados ofrecen nuevas perspectivas conceptuales y mecanísticas sobre el metabolismo oxidativo astrocítico y representan un avance significativo en la comprensión de las interacciones metabólicas entre astrocitos y neuronas. |
| Resum: |
Metabolic changes play a critical role in brain plasticity and cognitive function. For many years, glucose was considered the main energy fuel for the brain. However emerging evidence suggests that astrocytes engage in active fatty acid oxidation (FAO). Despite this, our understanding of the regulatory mechanisms governing FAO - and how they are disrupted in pathological conditions - remains limited. In this thesis, we characterize astrocytic FAO and investigate its regulation by glutamate, indicative of neuronal activity. Using brain slices, we demonstrate active FAO, and we further employ primary cultures of astrocytes, neurons, microglia, and neuron-astrocyte co-cultures to explore the underlying molecular pathways. Our results confirm that FAO and glucose metabolism coexist in astrocytes. We also provide evidence that glutamate tunes down reversibly FAO and oxygen consumption, thereby increasing local oxygen availability. No significant differences in FAO activity were observed among astrocytes from different brain regions or between sexes. We show that FAO inhibition involves glutamate transporters but not the activation of glutamate metabotropic, NMDA or AMPA receptors. Additionally, glutamate reduces mitochondrial membrane potential and increases the NADH/NAD+ ratio, indicating impaired electron transport. Remarkably, both glutamate and aspartate inhibit FAO in human astrocytes via a mechanism dependent on the glutamate transporter EAAT, whereas carnitine potentiates this metabolic pathway. As a first step toward understanding the consequences of FAO modulation and the glutamate-induced metabolic adaptation in astrocytes and brain physiology, we show that glutamate induces Drp1-mediated mitochondrial fission and promotes astrocytic survival, in contrast to neurons where it induces excitotoxicity. Furthermore, FAO inhibition modulates purinergic-induced calcium responses in astrocytes, key events for neuron-astrocyte communication. In summary, our results offer new conceptual and mechanistic insights into astrocytic oxidative metabolism and represent a significant step forward in understanding the metabolic interactions between astrocytes and neurons. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Bioquímica, Biologia Molecular i Biomedicina |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Col·lecció: |
Programa de Doctorat en Bioquímica, Biologia Molecular i Biomedicina |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Astròcit ;
Astrocyte ;
Astrocito ;
Oxidació dels àcids grassos ;
Fatty acid oxidation ;
Oxidación de los acidos grasos ;
Glutamat ;
Glutamate ;
Glutamato ;
Ciències de la Salut |
visitant ::
identificació
dir.
