Differential effect of mature and precursor forms of NGF on phenotype and cholinergic function of cultured rat basal forebrain neurons

Per lungo tempo si è pensato che i precursori delle neurotrofine servissero solo per generare la forma matura della proteina, l’unica biologicamente attiva. Recentemente è invece stato dimostrato che il proNGF è espresso in grande quantità nel cervello e che è biologicamente attivo in sistemi in vitro; tuttavia le informazioni ottenute fino ad oggi riguardo i suoi effetti sulle cellule neuronali sono poche e contrastanti. L’interesse per questa molecola, inoltre, è cresciuto da quando è stato ipotizzato un suo possibile coinvolgimento nella patogenesi della malattia di Alzheimer. In questo lavoro sono state studiate le caratteristiche e le funzioni biologiche del precursore dell’NGF comparando i suoi effetti con quelli della forma matura dell’NGF. A tal fine sono stati analizzati gli effetti delle molecole ricombinanti di proNGF WT (clivabile), MUT (resistente al taglio) e dell’NGF maturo sul fenotipo e sulla funzionalità dei neuroni colinergici del “basal forebrain”. I neuroni colinergici del “basal forebrain” sono una delle poche popolazioni neuronali ad esprimere tutti i recettori per l’NGF e per il proNGF (p75, TrkA, Sortilina) per tutta la vita. Il confronto tra gli effetti dell’NGF e delle due forme di proNGF utilizzate ha mostrato che i trattamenti non avevano effetto sulla morte e sopravvivenza neuronale e/o sulla differenziazione neuronale, avevano la stessa capacità di aumentare le dimensioni del corpo cellulare in maniera dipendente dall’attivazione del recettore TrkA, aumentavano il rilascio di Ach (misura della funzionalità colinergica) in modo dipendente dall’attivazione del p75 e di TrkA. Inoltre sia l’NGF che le due forme di proNGF aumentavano l’espressione di p75, ma attraverso l’attivazione di diversi recettori per l’NGF. Infine modulavano in maniera diversa l’espressione dei markers colinergici ChAT e CHT e l’espressione del recettore TrkA. Il proNGF MUT era l’unica delle molecole utilizzate in grado di aumentare l’espressione di TrkA. Questo risultato è particolarmente interessante in quanto mette in evidenza che la molecola potrebbe essere usata a scopo terapeutico per prevenire la diminuzione di TrkA che si osserva nelle fasi precoci della malattia di Alzheimer. In questo lavoro è stato anche dimostrato che il p75 ha un ruolo importante nella modulazione del rilascio di Ach sia costitutivo che indotto dalle neurotrofine. Ciò suggerisce che p75 potrebbe essere un target terapeutico per il controllo della riduzione della funzionalità colinergica tipica della malattia di Alzheimer. Questo studio, quindi, descrive alcune caratteristiche e funzioni biologiche del proNGF e del p75 utili per comprenderne il ruolo fisiologico ed il loro possibile coinvolgimento nell’eziopatogenesi della malattia di Alzheimer.

The pro- forms of neurotrophins have been thought for a long time as exclusively necessary for the generation of the biologically active mature proteins. Recently, it has been demonstrated that proNGF, abundantly expressed in the brain, retains a biological activity in vitro, but little and contrasting informations have been produced about its effects on neuronal cells. Growing interest has been shown for this molecule, due to its possible involvement in AD pathogenesis In this work we studied the characteristics and biological functions of the precursor form of NGF comparing its effects to that of the mature form. To this aim we analyzed the effects of recombinant proNGF WT (cleavable), MUT (resistant to cleavage) and mature NGF on phenotype and function of basal forebrain cholinergic neurons (BFCNs), one of the few neuronal populations expressing throughout life the whole complement of NGF and proNGF receptors (p75, TrkA and sortilin). The comparison between NGF and proNGFs effects showed that all treatments had no effect on neuronal death/survival and/or differentiation, but had a similar TrkA-dependent effect on the soma size increase, and a TrkA- and p75-dependent ACh release enhancement. Moreover, both NGF and proNGFs increased p75 expression, but through a different activation of p75 or TrkA. Finally, they differently affected cholinergic markers expression (ChAT and CHT) and TrkA expression. Of interest, proNGF MUT increased TrkA expression, highlighting a possible therapeutic use of the molecule in preventing the decrease of TrkA levels observed in early stages of AD. Our results also demonstrated that p75 had an important role in controlling both neurotrophin-induced and constitutive ACh release, suggesting p75 receptor as a possible therapeutic target for the prevention of cholinergic hypofunction typical of AD. In conclusion, this study describes characteristics and biological functions of proNGF and p75 useful to understand their role in physiological and their possible involvement in AD pathological conditions.