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III REUNIÓN ANUAL DEL ÁREA DE NEUROCIENCIAS DEL IIS-FJD
8 de junio del 2021
Grupos:Grupo de Neurología
Responsable: José M. Serratosa FernándezIP: Marina Sánchez GarcíaInvestigación: Básica y Clínica
Grupo de Psiquiatría y Salud MentalResponsable: Enrique Baca GarcíaInvestigación: Clínica
Grupo de Señalización Mitocondrial del CalcioResponsable: Jorgina Satrústegui Gil-DelgadoInvestigación: Básica
ÁREA: NEUROCIENCIAS
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NOMBRE DEL GRUPO: Señalización Mitocondrial del CalcioPONENTE: Beatriz Pardo
DATOS DE CONTACTO: [email protected] , [email protected] ,
[email protected]
ÁREA: NEUROCIENCIAS
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“Deficiencia en Aralar/AGC1: tratamiento con dieta
cetogénica y cuerpos cetónicos"
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Satrústegui, Pardo & del Arco,
Physiol. Rev. (2007)
AGC1/Aralar
AGC2/Citrin
Skeletal MuscleHeartBrain
LiverHeart
Aralar/AGC1/SlC25a12: Structure and activation by cytosolic Ca2+
Modified from Thangaratnarajah, C.,
Ruprecht, J. J., & Kunji, E. R. (2014)
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Aralar/Slc25a12 as the regulatory component of the
NADH malate-aspartate shuttle(MAS)
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Aralar-MAS enables glycolysis to flow regenerating cytosolic NAD+
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Aralar-MAS provides substrates to neuronal mitocondrial for respiration
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Aralar-MAS provides substrates to neuronal mitocondrial for respiration
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Aralar-immunogold labeling in neurons: neurons (93.1% ± 18.0%) glia (7 % ± 0.5%)
Pardo et al, JCBFM 2011
Brain Aralar-Slc25a12 is mainly/abundantly localized in neuronal mitochondria
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Neuron
Oligodendrocites precursor
Oligodendrocite
Astrocyte
Brain pericyte
Bergmann glial cell
Endothelial cell (brain)
Macrophage
Microglia
Natural killer cell
B cell
Hepatocyte
Endothelial cell (liver)
Kupffer cell
Cardiac Muscle cell
Smooth Muscle cell
myofibroblast cell
fibroblast
leukocyte
endocardial cell
Endothelial cell (hearth)
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Expression of MAS components AGC (AGC1/Slc25a12; or
AGC2/Slc25a13), OGC (Slc25a11) and the enzymes (GOT1, GOT2,
MDH1, MDH2) in cells and tissues
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Mitochondrial respiration is drastically reduced in Aralar-KO neurons
Llorente-Folch et al., J Neurosci. (2016) O
CR
(p
mo
l/m
in)
OC
R (
pm
ol/m
in)
Glutamate
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Pyruvate recovers mitocondrial respiration in Aralar-KO neurons
Llorente-Folch et al., J Neurosci. (2016)
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Global Aralar – KO mice. ( Jalil et al., 2005;
Ramos et al., 2011)
Aralar +/+ Aralar -/-
• Short lifespan(PND20)
• Delayed development
• Hypomyelination
• Epilepsy, seizures
• Tremor, lack of motor
coordination
• Ataxic posture
• Decreased Aspartate
and NAA
Control
KO
(Juaristi et al., 2013)
Characteristics/Phenotype of Aralar-KO mice
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Aralar/AGC1 deficiency: Early infantile epileptic encephalopathy 39
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Effects of Aralar-MAS deficiency on brain cells, brain tissue and whole body
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I. To identify metabolic pathways bypassing the bioenergetic déficit and thepathological phenotype in Aralar-KO mice (and humans)
II. To investigate the contribution of each celullar type in brain to the globalpathological phenotype
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Aralar/AGC1 deficiency: Early infantile epileptic encephalopathy 39
Ketogenic diet (KD) : Partial recuperation- Voluntary movement- Psichomotor development- Epilepsy- Ventricle size- Myelination
Standard diet Ketogenic diet
CarbohidratesFatsProteins
60,5 % 4 %
18 %
6,3 %
79,2 %
8 %
Ketogenic diet (KD):
Reduction in carbohydrate intake in favor of fatty acid intake
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Metabolismo mitocondrial >> Glucólisis
ATP mitocondrial >> ATP glicolítico
Activación KATP channels
Hiperpolarización celular
Excitabilidad neuronal
CUERPOS CETÓNICOS >>> GLUCOSA
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Diet
0
20
40
60
80
100
Survived
Pregnant
Died
No Aralar-KO
Not pregnant
No litter
Aralar+/- dams on KD
% S
ucc
ee
d a
t d
ay
30
Ketogenic diet had negative effects on pregnant Aralar+/- mice
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+/+ +/- -/-0
20
40
60
80
100
120
140 Standard DietKetogenic Diet
% O
ffsp
rin
g s
urv
iva
l (P
ND
20
)
Aralar
And affected the survival of the offspring
PND 5
Dieta
0
20
40
60
80
100
Survived
Pregnant
Died
No Aralar-KO
Not pregnant
No litter
Aralar+/- dams on KD
% S
ucc
ee
d a
t d
ay
30
Ketogenic diet had negative effects on pregnant Aralar+/- mice
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Excess fatty acids induce liver ketogenesis Ketone bodies are an alternative energy source to carbohydrates in brain
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Intraperitoneal injections of β-Hydroxybutyrate in Aralar-KO mice
Phenotype BIOCHEMICAL ANALYSIS
1) DOPAMINERGIC METABOLISM2) MYELINIZATION
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βOHB in vivo does not modify the lifespan or the weight of Aralar-KO mice
WT KO0
20
40
60
80
100
120
140 SalineOHB
% O
ffsp
rin
g su
rviv
al (
PN
D 1
2)
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Aralar deficiency alters striatal dopamine metabolism
Llorente-Folch et al., (J. Neurochem, 2013)
=
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βOHB partially reverses the alteration of dopamine metabolism and signaling in the striatum of Aralar-KO mice
=
βOHB i.p.
DOPAC/DA HVA/DA DOPAC/HVA0
100
200
300
400
Rel
ativ
e le
vels
(%vs
Wild
typ
e) Wild typeWild type + OHB
Aralar-KOAralar-KO + OHB
Dopamine DOPAC HVA0
50
100
150
Rel
ativ
e le
vels
(%vs
Wild
typ
e)
*
ns
Wild typeWild type + OHB
Aralar-KOAralar-KO + OHB
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βOHB partially reverses the alteration of dopamine metabolism and signaling in the striatum of Aralar-KO mice
Wild type0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
**
VehicleOHB
VM
AT2
/ -A
ctin
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KO
Wild type0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
*
VehicleOHB
DA
RP
P-3
2/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KO
βOHB i.p.
=
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Aralar deficiency causes postnatal hypomyelination
Aralar+/+
Aralar+/-
Aralar-/-
Ramos et al., J. Biol. Chem, (2011) Jalil et al., J. Biol. Chem (2005)
Asp
NAAAcCoA
NAA
Asp AcCoAAcetate
Fatty acids
Myelin lipids
Neuron
Oligodendrocyte
Asp-NAT
ASPA
ACS
Pyr AcCoA
Citrate
CitrateGlu
Satrústegui et al., Physiol Rev, (2007)
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Wild type0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
***
Veh
MA
G/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KO Wild type0
1
2
3
*
Veh
MB
P/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KO
Aralar deficiency causes postnatal hypomyelination
Page 29
βOHB recovers cortical myelination
βOHB i.p.
Wild type0
1
2
3
*
VehOHB
*
MB
P/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KOWild type0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
**
***
VehOHB
MA
G/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KO
Page 30
Wild type0
1
2
3
*
VehOHB
*
MB
P/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KOWild type0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
**
***
VehOHB
MA
G/
-Act
in
(Rel
ativ
e le
velsvs
Co
ntr
ol)
Aralar-KO
Aspartate NAA0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
*
***
*
Wild typeAralar-KOAralar-KO + OHB
Bra
in (
nm
ol/
mg
tiss
ue)
Brain
Wild type0
5
10
15
20
***
***
VehOHB
Asp
arta
te
(nm
ol/
mg
pro
tein
)
Neurons
Aralar-KO Wild type0
5
10
15
20
***
***
VehOHB
NA
A
(nm
ol/
mg
pro
tein
)
Neurons
Aralar-KO
βOHB i.p.
βOHB recovers cortical myelination
and the neuronal synthesis of aspartate and NAA in Aralar deficiency
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βOHB bypasses Aralar deficiency
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βOHB bypasses Aralar deficiency
Page 33
βOHB bypasses Aralar deficiency
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COLABORACIÓN
• Oferta/Demanda: y este es el punto importante. El objetivo es:
1. Exponer al resto de los investigadores aquellas habilidades o tareas de las que te puedes
considerar experto:
Modelos animales modificados genéticamente, función mitocondrial, imaging in
vivo por FRET..
2. Demandar ayuda al resto de investigadores en alguna tarea en la que quieras profundizar
y en la que no seas experto (técnicas, equipos….)
ÁREA: NEUROCIENCIAS
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ÁREA: NEUROCIENCIAS
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Francesc PalauTakeyori SahekiFerdinando PalmieriPaola BovolentaSebastián CerdánClaes WollheimMichael DuchenGyorgy SzabadkaiJim HurleyEduardo RialAranzazu SanchezOscar HerrerasMaría José Casarejos
Irene
Llorente-
Folch
Laura
Contreras Irene
Perez-
Liébana