Regulación de la homeostasis de Ca2+ y viabilidad celular por STIM1 en la línea de neuroblastoma SH-SY5Y

Resumen

En esta Tesis Doctoral se ha descrito el papel de STIM1, uno de los principales mediadores de la entrada extracelular de Ca²⁺ (SOCE), en la regulación de la homeostasis de Ca²⁺ y viabilidad celular de la línea de neuroblastoma SH-SY5Y. Para realizar este estudio se ha generado una línea STIM1 knock-out y, por tanto, defectiva en SOCE, mediante el sistema de edición genómica CRISPR/Cas9. Nuestros resultados demuestran que STIM1 no es esencial para la diferenciación de células SH-SY5Y. Sin embargo, se observa una pérdida de viabilidad celular durante la diferenciación de las células deficientes en STIM1. En este sentido, nuestros resultados indican que las células STIM1-KO muestran una mayor expresión y entrada de Ca²⁺ a través del canal Caᵥ1.2, lo cual se traduce en una alteración de la homeostasis de Ca²⁺ intracelular desencadenando una pérdida de la funcionalidad mitocondrial y un incremento de la muerte celular. El silenciamiento génico del canal Caᵥ1.2 logró normalizar la viabilidad y funcionalidad mitocondrial a niveles basales, confirmando que la sobreactivación de Caᵥ1.2 es la principal causa de la muerte celular observada en células STIM1-KO. Por otro lado, nuestros resultados indican que STIM1 es clave en la transferencia de Ca²⁺ entre el retículo endoplasmático y la mitocondria, en un control mediado por el receptor de IP₃ tipo 3. Todo ello permite concluir que STIM1 es clave en el mantenimiento de la homeostasis de Ca²⁺ intracelular y que las células STIM1-KO constituyen un modelo in vitro útil para comprender el papel de STIM1 y la señalización por Ca²⁺ intracelular en la neurodegeneración. Por último, debido a la disminución de la [Ca2+]mito observada en las células STIM1-KO, se estudió la posible alteración de la transferencia de Ca2+ entre el RE y la mitocondria, una ruta de vital importancia para un correcto tamponamiento de Ca2+, así como para el mantenimiento de la señalización mediada por Ca2+. En este sentido, las células STIM1-KO mostraron una fuerte disminución de expresión y actividad del receptor ITPR3 (también conocido como IP3R3), así como una reducción de expresión del uniportador de Ca2+ mitocondrial MCU en células diferenciadas, que sugieren una disminución en la captación de Ca2+ por parte de la mitocondria. La sobre-expresión del receptor ITPR3 en células STIM1-KO contribuyó a la normalización de la [Ca2+]mito de manera significativa, lo que demuestra que STIM1 controla, al menos de forma indirecta, los niveles de ITPR3, y por tanto, el nivel de [Ca2+]mito. Así los estudios desarrollados en esta Tesis Doctoral establecen que las células STIM1-KO constituyen un modelo in vitro útil para estudiar el papel que juega la desregulación de la señalización y homeostasis del Ca2+ en enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, aunque se requiere más experimentación para determinar hasta qué punto este sistema STIM1-KO puede simular la neurodegeneración in vivo observada en pacientes.