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Generación y degeneración neuronal en vertebrados

Generación y degeneración neuronal en vertebrados

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En nuestro grupo estamos interesados en la integración de los mecanismos de proliferación celular versus salida de ciclo y diferenciación que resultan en el proceso de neurogénesis, así como en el mantenimiento del estado postmitótico y la homeostasis neuronal. También estamos interesados en la desregulación de estos mecanismos y su asociación con patologías neurodegenerativas y envejecimiento.

Líneas de investigación

1. Aspectos funcionales y patológicos de la tetraploidía neuronal

El sistema nervioso normal posee poblaciones de neuronas de proyección tetraploides en distintos tejidos (Morillo et al., 2010; López-Sánchez et al., 2011; López-Sánchez y Frade, 2013). Estas neuronas son funcionales (López-Sánchez y Frade, 2013). Estamos interesados en definir los mecanismos moleculares involucrados en su generación (Morillo et al., 2010; Morillo et al., 2012) y su mantenimiento posterior (Ovejero-Benito y Frade, 2013; 2015), así como su papel en la fisiología normal del sistema nervioso (Frade, 2010) y los posibles cambios epigenéticos que pueden operar en ellas (Patiño-Parrado et al., 2017).
En concreto, estamos interesados en:

  • Analizar la capacidad endógena de las neuronas para realizar el ciclo celular (Frade y Ovejero-Benito, 2015; Walton et al., 2019).
  • Caracterizar los mecanismos moleculares que inducen la tetraploidización somática en las neuronas adultas, centrándonos en el papel del factor de crecimiento E2F4 y su fosforilación por la quinasa p38MAPK (Morillo et al., 2012).
  • Estudiar los cambios morfológicos y funcionales en las neuronas que sufren el proceso de tetraploidización neuronal, incluyendo los mecanismos compensatorios de expresión génica en las neuronas tetraploides y posibles cambios epigenéticos en estas neuronas.
  • Caracterizar los efectos patofisiológicos de la hiperploidización neuronal (Barrio-Alonso et al., 2018; 2020).
  • Verificar la participación de la tetraploidización somática neuronal en las enfermedades neurodegenerativas, centrándonos principalmente en la enfermedad de Alzheimer (López-Sánchez et al., 2017).
    2. Papel del factor de transcripción E2F4 en la homeostasis celular y tisular en el sistema nervioso: neurodegeneración y envejecimiento

    E2F4 es un factor de transcripción conocido tradicionalmente por su función en la regulación de la quiescencia en células proliferantes al que, recientemente, le ha sido asignado un papel relevante en el mantenimiento de la homeostasis celular y tisular (Ramón-Landreau et al., 2022). Trabajamos en el papel de la fosforilación de E2F4 en los residuos Thr248/Thr250 (Thr249/Thr251 en E2F4 humano) sobre su capacidad homeostática así como el uso de una forma mutante de E2F4 incapaz de ser fosforilada en dichos residuos (E2F4DN) como agente terapéutico multifactorial frente a la enfermedad de Alzheimer y al envejecimiento (López-Sánchez et al., 2021; 2022).

    Estamos interesados, por tanto, en:

    • Caracterizar los efectos de E2F4 sobre distintos aspectos de la función neuronal, incluyendo la transcripción y traducción, la función mitocondrial, la plasticidad sináptica, la proteostasis, el estrés oxidativo, el daño en el ADN, y la supervivencia neuronal.
    • Entender el mecanismo de acción de E2F4DN como agente terapéutico frente a la neurodegeración y el envejecimiento.
    3. Apoyo a Tetraneuron para el desarrollo de una terapia génica basada en la proteína E2F4DN frente a la enfermedad de Alzheimer

    La empresa biotecnológica Tetraneuron S.L., una spin-off de nuestro laboratorio que explota nuestra patente sobre el uso de E2F4DN para el tratamiento de enfermedades que cursan por tetraploidización somática, se encuentra actualmente realizando estudios preclínicos en roedores. Nuestro laboratorio da soporte científico en esta labor.

    Metodología más relevante

    Para llevar a cabo estas líneas de investigación se emplea un abordaje multidisciplinar basado en técnicas histológicas, bioquímicas, de biología molecular, de biología celular y citometría de flujo, así como la expresión de proteínas in vivo mediante vectores virales, la modificación genética en modelos animales, y los estudios de conducta. Como sistemas de trabajo usamos el ratón y material humano procedente de autopsias y donaciones.

      Personal 

      Jose María Frade 

      Investigador principal

      Noelia López Sánchez

      Investigadora postdoctoral

      Christina Sánchez-Puelles 

      Investigadora postdoctoral

      Morgan Ramón Landreau

      Investigadora predoctoral

      María José Román 

      Técnico de laboratorio

      Publicaciones 

      Cinco publicaciones más relevantes del grupo

      • López-Sánchez N, Garrido-García A, Ramón-Landreau M, Cano-Daganzo V y Frade JM (2021) E2F4-based gene therapy mitigates the phenotype of the Alzheimer’s disease mouse model 5xFAD. Neurotherapeutics 18: 2484-2503.
      • Patiño-Parrado I, García-Gómez A, López-Sánchez N y Frade JM (2017) Strand-specific CpG hemimethylation, a novel epigenetic modification functional for gene silencing. Nucl. Acids Res. 45: 8822–8834.
      • Formosa P, Ibañes M, Ares S y Frade JM (2012) Regulation of neuronal differentiation at the neurogenic wave front. Development 139: 2321-2329.
      • Morillo SM, Escoll P, de la Hera A, y Frade JM (2009) Somatic Tetraploidy in specific chick retinal ganglion cells induced by nerve growth factor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107: 109-114.
      • Frade JM (2000) Unscheduled cell cycle re-entry induced by NGF precedes cell death in nascent retinal neurones. J. Cell Sci.113: 1139-1148.

      Publicaciones de los últimos 10 años

      • Sanz-García A, Sánchez Jiménez P, Granero-Cremades I, De Toledo M, Pulido P, Navas M, Fraga J, Frade JM, Pereboom D, Torres-Díaz CV, Ovejero-Benito MC (2022) Neuronal and astrocytic tetraploidy is increased in drug-resistant epilepsy. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2022: e12873.
      • Ramón-Landreau M, Sánchez-Puelles C, López-Sánchez N, Lozano-Ureña A, Llabrés-Mas AM y Frade JM (2022) E2F4DN transgenic mice: a tool for the evaluation of E2F4 as a therapeutic target in neuropathology and brain aging. Int. J. Mol. Sci. 23: 12093.
      • López-Sánchez N, Ramón-Landreau M, Trujillo C, Garrido-García A y Frade JM (2022) A mutant variant of E2F4 triggers multifactorial therapeutic effects in 5xFAD mice. Mol. Neurobiol. 59: 3016-3039.
      • Sánchez-Puelles C, Perea G y Frade JM (2021) E2F4DN-based gene therapy recovers long-term potentiation and hippocampal-dependent memory in homozygous 5xFAD mice. Alzheimers Dement. 17(Suppl.9): e057668.
      • López-Sánchez N, Garrido-García A, Ramón-Landreau M, Cano-Daganzo V y Frade JM (2021) E2F4-based gene therapy mitigates the phenotype of the Alzheimer’s disease mouse model 5xFAD. Neurotherapeutics 18: 2484-2503.
      • Frade JM (2021) 1920-2020 Instituto Cajal: cien años, cien logros/One hundred years, one hundred achievements. Ed. CSIC, Madrid. ISBN: 978-84-00-10863-2, eISBN: 978-84-00-10864-9
      • García JM, Boscá L, Casado M, Bernad A, Álvarez-Dolado M, Villa R, Nacher E, Sánchez A, Cano D, Veiga E, Rodríguez F, Albiol FJ, Llosá G, Ratera I, Frade JM, Zapata M, Tapia N y Merino R (2021) Advanced Therapies (Bachiller D, Serrano, MC; Coordinators). In: CSIC Scientific Challenges: towards 2030. Vol. 4. Challenges in Biomedicine & Health (Topic Coordinators: Delgado M and Moros M). Editorial CSIC, Madrid. pág 157-175. ISBN: 978-84-00-10744-4
      • Barrio-Alonso E, Fontana B, Valero M y Frade JM (2020) Pathological aspects of neuronal hyperploidization in Alzheimer’s disease evidenced by computer simulation. Front. Genet. 11:287.
      • Walton CC, Zhang W, Patiño-Parrado I, Barrio-Alonso E, Garrido JJ y Frade JM (2019) Primary neurons can enter M-phase. Sci. Rep. 9: 4594. IF (2019): 3,998.
      • Villoslada P, Vila G, Colafrancesco V, Moreno B, Fernandez-Diez B, Vazquez R, Pertsovskaya I, Zubizarreta I, Pulido-Valdeolivas I, Messeguer J, Vendrell-Navarro G, Frade JM, López-Sánchez N, Teixido M, Giralt E, Masso M, Dugas JC, Leonoudakis D, Lariosa-Willingham KD, Steinman L y Masseguer A. (2019) Axonal and myelin neuroprotection by the peptoid BN201 in brain inflammation. Neurotherapeutics 16: 808-827.
      • Barrio-Alonso E, Hernández-Vivanco A, Walton, CC, Perea G y Frade JM (2018) Cell cycle reentry triggers hyperploidization and synaptic dysfunction followed by delayed cell death in differentiated cortical neurons. Sci. Rep. 8: 14316. IF (2018): 4,122.
      • López-Sánchez N y Frade JM (2017) A mutant form of E2F4 prevents neuronal tetraploidization and cognitive deficits in 5xFAD mice without affecting A Alzheimers Dement. 13 (Supplement): P659–P661.
      • Patiño-Parrado I, García-Gómez A, López-Sánchez N y Frade JM (2017) Strand-specific CpG hemimethylation, a novel epigenetic modification functional for gene silencing. Nucl. Acids Res. 45: 8822–8834.
      • López-Sánchez N, Fontán-Lozano A, Pallé A, González-Álvarez V, Rábano A, Trejo JL y Frade JM (2017) Neuronal tetraploidization in the cerebral cortex correlates with reduced cognition in mice and precedes and recapitulates Alzheimer’s-associated neuropathology. Neurobiol. Aging 56: 50-66.
      • Frade JM y López-Sánchez N (2017) Neuronal tetraploidy in Alzheimer and Aging. Aging 9: 2014-2015.
      • Frade JM y Gage FH (2017) Genomic Mosaicism in neurons and other cell types. Springer Nature, New York. ISBN: 978-1-4939-7279-1 (eBook ISBN 978-1-4939-7280-7).
      • López-Sánchez N, Patiño-Parrado I y Frade JM (2017) Quantification, isolation, and subsequent epigenetic analysis of tetraploid neurons by flow cytometry. In: Genomic Mosaicism in neurons and other cell types (Eds. Jose M. Frade and Fred H. Gage). Springer Nature, Nueva York, pág. 57-80.
      • Slaninová I, López-Sánchez N, Šebrlová K, Vymazal O, Frade JM y Taborská E (2016) Introduction of Macarpine as a novel cell-permeant DNA dye for live cell imaging and flow cytometry sorting. Biol. Cell 108: 1-18.
      • Ovejero-Benito MC y Frade JM (2015) p27Kip1 participates in the regulation of endoreduplication in differentiating chick retinal ganglion cells. Cell Cycle 14: 2311-2322.
      • López-Sánchez N y Frade JM (2015) Flow cytometric analysis of DNA synthesis and apoptosis in the central nervous system using fresh cell nuclei. Methods Mol. Biol. 1254: 33-42.
      • Frade JM y Ovejero-Benito MC (2015) Neuronal cell cycle: the neuron itself and its circumstances. Cell Cycle 14: 712-720.
      • Galan A, Dergham P, Escoll P, de la Hera A, D’Onofrio PM, Magharious MM, Koeberle PD, Frade JM y Saragovi HU (2014) Neuronal injury external to the retina rapidly activates retinal glia, followed by elevation of markers for cell cycle re-entry and death in retinal ganglion cells. PLoS One 9: e101349.
      • López-Sánchez N, Ovejero-Benito MC, Rodríguez-Ruiz C y Frade JM (2014) NGF/p75NTR in cell cycle  and neuronal tetraploidy. En: Handbook of Neurotoxicity (Ed. Richard Kostrzewa). Springer Verlag, Heidelberg, pág. 1877-1897.
      • López-Sánchez N y Frade JM (2013) Genetic evidence for p75NTR-dependent tetraploidy in cortical projection neurons from adult mice. J. Neurosci. 33: 7488-7500. IF (2013): 6,747.
      • Ovejero-Benito MC y Frade JM (2013) Brain-derived neurotrophic factor-dependent cdk1 inhibition prevents G2/M progression in differentiating tetraploid neurons. PLoS One 5: e64890.
      • López-Sánchez N y Frade JM (2013) Cell Cycle Analysis in the Vertebrate Brain Using Immunolabeled Fresh Cell Nuclei. Bio-protocol 3(22): e973. http://www.bio-protocol.org/e973
      • Formosa-Jordan P, Ibañes M, Ares S y Frade JM (2013) Lateral inhibition and neurogenesis: novel aspects in motion. Int. J. Dev. Biol. 57: 341-350.

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