Secreted molecules in neuronal development and disease

Abstract

All cells secrete a wide range of different proteins, which are main regulators of cellular function. These molecules are involved in a variety of developmental, physiological and pathological processes. Secreted proteins have been used as biomarkers for several diseases, as well as therapeutic tools in regenerative medicine. The work developed in the context of this thesis addresses the importance of secreted proteins in neuronal development and disease. We first demonstrate that mesenchymal stem cells secretome promote axonal outgrowth of central nervous system neurons, a process that is mediated by brain-derived neurotrophic factor. Additionally, we show that the secretome of endothelial cells carrying mutations associated with amyotrophic lateral sclerosis present an enrichment of pro-inflammatory molecules, particularly when under inflammatory conditions, which might promote neuroinflammation and subsequent motor neuron degeneration. Finally, we describe a specific neurovascular interaction between developing motor neurons and endothelial cells. Specifically, motor neuron-secreted Semaphorin 3C induces a short-range repulsive action on endothelial cells through PlexinD1 signalling, enabling axonal extension towards their targets. Moreover, motor neurons secrete vascular endothelial growth factor to attract distant endothelial cells. Overall, our data provides strong evidence that secreted molecules are active players on a variety of biological processes and can potentially be used to the develop novel therapies against neurological diseases.

Todas as células secretam uma grande variedade de diferentes proteínas, as quais são importantes reguladoras do funcionamento celular. Estas moléculas estão envolvidas numa variedade de processos do desenvolvimento, fisiológicos e patológicos. As proteínas secretadas têm sido usadas como biomarcadores de diversas doenças, bem como ferramentas terapêuticas em medicina regenerativa. O trabalho desenvolvido no contexto desta dissertação aborda a importância das moléculas secretadas no desenvolvimento neuronal e em doença. Primeiro demonstramos que o secretoma de células estaminais mesenquimais promove o crescimento axonal de neurónios do sistema nervoso central, um processo que é mediado pelo factor neurotrófico derivado do cérebro. Além disso, mostramos que o secretoma de células endoteliais contendo mutações associadas à esclerose lateral amiotrófica apresentam um enriquecimento em moléculas pró-inflamatórias, particularmente quando sob condições inflamatórias, o que poderá promover neuroinflamação e consequente degeneração dos neurónios motores. Por fim, descrevemos uma interacção neurovascular específica entre neurónios motores em desenvolvimento e células endoteliais. Especificamente, a Semaforina 3C secretada pelos neurónios motores induz uma acção de repulsão de curto alcance nas células endoteliais através da sinalização da Plexina D1, permitindo a extensão axonal até aos seus alvos. Além do mais, os neurónios motores secretam o factor de crescimento endotelial vascular para atrair células endoteliais a longas distâncias. De um modo geral, os nossos dados fornecem fortes evidências de que as moléculas secretadas são participantes activos numa variedade de processos biológicos e potencialmente podem ser usados para desenvolver novas terapias contra doenças neurológicas.