Mecanismos involucrados en el incremento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica después de la restricción crónica de sueño de movimientos oculares rápidos Público Deposited
La barrera hematoencefálica es un sistema constituido de células endoteliales, astrocitos, pericitos y microglia que mantienen la alostasis del sistema nervioso central. Todos los elementos de la barrera hematoencefálica son importantes para el funcionamiento del sistema pero las células endoteliales le confieren las propiedades físicas y químicas de barrera. Las células endoteliales no presentan fenestraciones y exhiben bajo tráfico de vesículas pinocíticas. Asimismo, el paso de moléculas solubles de la sangre hacia el cerebro por la vía paracelular está restringido debido a la presencia de uniones ocluyentes. La ruptura de la barrera hematoencefálica promueve la entrada masiva de moléculas potencialmente neurotóxicas de la sangre hacia el cerebro, las cuales pueden ocasionar muerte neuronal y subsecuentemente alteraciones cognoscitivas. Estudios previos mostraron que la restricción selectiva de sueño de movimientos oculares rápidos (MOR) durante 10 días incrementa la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en todo el cerebro y, breves periodos de oportunidad para dormir (40-120min) restablecen la permeabilidad normal de la barrera en la mayoría de las regiones cerebrales. El hipocampo es una región cerebral que no recupera la permeabilidad normal de la barrera hematoencefálica después de los periodos de recuperación de sueño; sin embargo se desconoce el mecanismo por el qué la pérdida de sueño induce ruptura de la barrera hematoencefálica. Así, el objetivo del presente trabajo fue dilucidar los mecanismos inespecíficos por los cuales la restricción de sueño MOR incrementa la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en el hipocampo de la rata. Se evaluó la ultraestructura de las células endoteliales del hipocampo por microscopia electrónica de transmisión y se determinó la expresión de proteínas de la unión ocluyente (Claudina-5, ocludina y ZO-1) por Western blot. La restricción de sueño MOR MOR incrementó el número de vesículas pinocíticas (3 veces más en comparación con los controles) y promovió que las uniones ocluyentes de las células endoteliales del hipocampo sean menos complejas con respecto a las uniones ocluyentes de los grupos control, incluso después de periodos de recuperación de sueño. Concomitante a la reducción de la complejidad de las uniones ocluyentes, la restricción de sueño MOR disminuyó la expresión de proteínas de la unión ocluyente, particularmente Claudina-5. La restricción de sueño MOR altera los mecanismos de transporte inespecífico promoviendo la ruptura de la barrera hematoencefálica. Los resultados sugieren que el sueño MOR es crucial para mantener la integridad de la barrera hematoencefálica. Las disfunciones asociadas a la pérdida de sueño pueden ser explicadas por cambios en la permeabilidad de la barrera hematoencefálica.
The blood-brain barrier is a complex system that maintains central nervous system alostasis. Brain endothelial cells, pericytes, astrocytes, and microglia comprise the blood-brain barrier. All components are crucial for blood-brain barrier development and maintenance; however endothelial cells confer the physical and chemical barrier properties. Brain endothelial cells exhibit low pynocytotic trafficking and express tight junction proteins. Under pathological conditions, blood-brain barrier disruption promotes massive entrance of potential neurotoxic molecules from blood to brain, which may cause cognitive deficits. Recently, we reported that selective rapid eye movement (REM) sleep restriction during 10days increased blood-brain barrier permeability to an unspecific vital dye Evans blue in the whole brain, and that brief sleep periods (40-120min) restored normal blood-brain barrier permeability in almost all brain regions. Hippocampus is unable to recover the blood-brain barrier integrity after REM sleep restriction even with sleep opportunity periods, but the mechanism of blood-brain barrier breakdown is unknown. Therefore, the aim of this work was to elucidate the mechanism involved in the hippocampal hyperpermeability after REM sleep restriction and sleep opportunity periods. We evaluated the ultrastructure of endothelial cells by transmission electronic microscopy and tight junction protein expression (Claudin-5, occludin and ZO-1) by western blot. REM sleep restriction increases the pinocytotic vesicle number (3-fold higher than intact controls) and promotes reduction in tight junction complexity. Concomitant to tight junction complexity, REM sleep restriction diminishes tight junction protein expression, mainly Claudin-5. REM sleep restriction impairs unspecific transport systems, promoting blood-brain barrier disruption. Our data suggests that REM sleep is crucial to maintain the blood-brain barrier integrity. Impairments associated to sleep loss may be explained by bloodbrain barrier hiperpermeability
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