Respuesta neurodegenerativa y neuroinflamatoria en la retina de ratones por inflamación sistémica, daño axonal o envejecimiento

Abstract

Esta tesis investiga la respuesta de la retina de ratones machos y hembras a lesiones o enfermedades de distintas etiologías usando los siguientes modelos: a/ modelo de sepsis inducida por LPS para explorar el efecto de la inflamación sistémica en la retina; b/ el modelo de aplastamiento del nervio óptico (ApNO) para estudiar el curso de la degeneración de las células ganglionares de la retina (CGR) al daño traumático y el potencial neuroprotector del agonismo de los receptores de estrógeno alfa y beta (RE-α y RE-β); c/ modelo de diabetes tipo 1 (DM1) inducida por STZ para estudiar el daño retiniano inducido por hiperglucemia aguda; d/ modelo de diabetes tipo 2 (DM2) ratón db/db para dilucidar los cambios vasculares y neurodegenerativos relacionados con la diabetes y obesidad, e/ ratones a lo largo de su ciclo vital para estudiar la disfunción retiniana y la degeneración neuronal relacionadas con la edad. Objetivos: En ambos sexos: 1) evaluar el efecto la inflamación sistémica inducida por LPS en retinas de ratones macho y hembra, dilucidar si el antagonismo de P2X7R y TNFR1 es neuroprotector, y la implicación del inflamasoma; 2) analizar el curso de muerte de CGR por ApNO, la expresión de RE en la retina y analizar si el agonismo de los RE es neuroprotector; 3) Analizar si la DM1 y DM2 induce la pérdida de CGR, gliosis y cambios en vascularización de la retina; y 4) examinar el impacto del envejecimiento en la estructura y función retiniana. Métodos: Se usaron ratones macho y hembra de la cepa C57/BL6 en los que se indujo sepsis (LPS), o se axotomizó el nervio óptico o se indujo DM1 (STZ). Usamos ratones db/db (DM2) y deficientes en componentes del inflamasoma. Los tratamientos farmacológicos fueron intravítreos o sistémicos. La retina se evaluó in vivo mediante tomografía de coherencia óptica de dominio espectral y electrorretinografía (ERG), los niveles de citoquinas mediante ELISA, la infiltración linfoide mediante citometría de flujo, activación microglial, la muerte y la neuroprotección de las CGR, así como la expresión de los RE y el estado de la vasculatura se analizó mediante inmunohistoquímica. Resultados: 1. La sepsis indujo una pérdida significativa de CGRBrn3a+ y una pérdida de la función de la retina, mayor en machos que en hembras. Los niveles TNF e IL-1β aumentaron en la retina en ambos sexos, mientras que los niveles de LT-α e sólo aumentaron en retinas de machos. El antagonismo de P2X7R y TNFR1 proporcionó neuroprotección y además el de P2X7R restauró la función retiniana, especialmente en las hembras. La deficiencia de GSDMD protegió las CGR. 2. La mayoría de las CGR expresan RE-α y RE-β. La pérdida de CGR inducida por ApNO se produjo antes en los machos.El agonismo del ER-β retrasó la pérdida de CGR inducida por ApNO en ambos sexos. 3. En ratones diabéticos no se observó pérdida de CGR, activación microglial ni cambios vasculares en ningún sexo a las edades estudiadas 4. El envejecimiento produjo deterioro funcional, adelgazamiento retiniano y aumento del área retiniana, aunque sin pérdida neuronal. Los ratones macho perdieron antes la función de onda pSTR, mientras que las hembras experimentaron antes el deterioro de la función de onda b. Conclusiones: Excepto en los modelos de diabetes que no se encontraron alteraciones morfológicas en la retina, existe un dimorfismo sexual en la respuesta de la retina a la sepsis, axotomía del nervio óptico y envejecimiento. Es, por tanto, importante estudiar en modelos preclínicos animales macho y hembra para poder trasladar los resultados obtenidos a la clínica, y para desarrollar terapias que sean eficaces para cada sexo.

This thesis investigates the response of the retinas of male and female mice to injuries or diseases of various etiologies, using the following models: a) LPS-induced sepsis model to explore the effect of systemic inflammation on the retina; b) optic nerve crush (ONC) model to study the degeneration of retinal ganglion cells (RGCs) following traumatic damage and the neuroprotective potential of estrogen receptor alpha and beta (ER-α and ER-β) agonism; c) STZ-induced type 1 diabetes (T1D) model to study retinal damage caused by acute hyperglycemia; d) db/db mouse model of type 2 diabetes (T2D) to investigate vascular and neurodegenerative changes related to diabetes and obesity; e) mice across their lifespan to study retinal dysfunction and age-related neuronal degeneration. Objectives: In both sexes: 1) to evaluate the effect of LPS-induced systemic inflammation on the retinas of male and female mice, determine whether P2X7R and TNFR1 antagonism is neuroprotective, and explore the involvement of the inflammasome; 2) to analyze the progression of RGC death following ONC, the expression of ERs in the retina, and whether ER agonism is neuroprotective; 3) to investigate whether T1D and T2D induce RGC loss, gliosis, and changes in retinal vascularization; and 4) to examine the impact of aging on retinal structure and function. Methods: Male and female C57/BL6 mice were used, in which sepsis was induced (LPS), the optic nerve was axotomized, or type 1 diabetes (T1D) was induced (STZ). We also used db/db mice (T2D) and mice deficient in inflammasome components. Pharmacological treatments were administered intravitreally or systemically. The retina was assessed in vivo using spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) and electroretinography (ERG). Cytokine levels were measured using ELISA, lymphoid infiltration by flow cytometry, and microglial activation, RGC death, neuroprotection, estrogen receptor expression, and vascular status were analyzed by immunohistochemistry. Results: 1. Sepsis induced significant loss of Brn3a+ RGCs and retinal dysfunction, which was greater in males than in females. TNF and IL-1β levels increased in the retinas of both sexes, while LT-α levels increased only in males. Antagonism of P2X7R and TNFR1 provided neuroprotection, and P2X7R antagonism also restored retinal function, especially in females. GSDMD deficiency protected RGCs. 2. Most RGCs expressed ER-α and ER-β. Optic nerve crush (ONC)-induced RGC loss occurred earlier in males. ER-β agonism delayed ONC-induced RGC loss in both sexes. 3. In diabetic mice, no RGC loss, microglial activation, or vascular changes were observed in either sex at the ages studied. 4. Aging caused functional deterioration, retinal thinning, and an increase in retinal area, although without neuronal loss. Male mice showed earlier loss of pSTR wave function, while female mice exhibited earlier impairment of b-wave function. Conclusions: Except in the diabetes models, where no morphological alterations were found in the retina, there is sexual dimorphism in the retinal response to sepsis, optic nerve axotomy, and aging. Therefore, it is crucial to study both male and female preclinical animal models to ensure that the results can be effectively translated to clinical settings and to develop therapies tailored to each sex.