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La exposición crónica a grandes cantidades de ácido palmítico (pal) causa daño celular y muerte, un fenómeno que se conoce como lipotoxicidad. La acumulación de pal en el cerebro induce las características distintivas de algunas enfermedades neurodegenerativas (NDs), y causa daño en los diferentes tipos de células cerebrales; particularmente los astrocitos reaccionan volviéndose reactivos e induciendo un bloqueo inicial de la autofagia que, acompañado de otras alteraciones como la inflamación o el estrés de retículo endoplásmico, disminuye la viabilidad de los astrocitos. Al tener diversas funciones en el sistema nervioso como captación de glutamato, soporte metabólico y estructural para el cerebro, liberación de factores neurotróficos y participación en la respuesta inmune en el cerebro, entre otras, es importante la búsqueda de estrategias que permitan proteger a los astrocitos del efecto lipotóxico de pal. Diferentes compuestos esteroidales han sido estudiados como agentes efectivos en el control de enfermedades inflamatorias, sin embargo, su prescripción es limitada debido a efectos adversos como el aumento de la incidencia de cáncer de útero y mama. Algunos esteroides sintetizados en el sistema nervioso llamados “neuroesteroides”, tienen propiedades neuroprotectoras, que son de particular interés en el tratamiento de enfermedades como demencia, isquemia, trauma cráneo encefálico, epilepsia, enfermedad de Alzheimer (EA) y Parkinson (EP). Debido a estos efectos protectores a nivel cerebral, la investigación se ha centrado en fármacos que generen esos efectos protectores de los estrógenos, pero sin aumentar la incidencia de cáncer de útero y mama, entre estos fármacos se han destacado los (SERMs) por su sigla en inglés Selective Estrogen Receptor Modulators y los (STEARs) por su sigla en inglés Specific Tissue Estrogenic Activity Regulators. Entre estos últimos se resalta la tibolona, un fármaco que cuenta con amplios estudios de sus efectos en la salud y siendo promisorio como agente neuroprotector. A pesar de que existen amplias investigaciones en neurodegeneración y al tener en cuenta que son enfermedades que pueden activar diferentes vías de señalización haciendo necesarios estudios menos reduccionistas para entender estas enfermedades. Hasta la fecha no se tienen suficientes aproximaciones que evalúen desde una perspectiva holística los cambios a nivel de productos funcionales de proteoma que tienen lugar durante el daño lipotóxico por pal, que nos permitan identificar biomarcadores y proteínas o rutas metabólicas como posibles blancos de terapias, o que 11 analicen la respuesta a compuestos que potencialmente tienen actividad neuroprotectora con el objetivo de identificar proteínas y sus rutas metabólicas asociadas, relevantes en el proceso de neuroprotección. Asimismo, en la actualidad son escasos los medicamentos o tratamientos efectivos para los procesos neurodegenerativos típicos de estas lesiones, y más allá, es limitado el entendimiento del daño lipotóxico y la respuesta protectora de la tibolona en los diferentes tipos de células del cerebro (neuronas, oligodendrocitos, microglía y astrocitos), haciendo relevante su estudio como posible agente neuroprotector ante un daño lipotóxico inducido por pal. En general, existe la necesidad de mejorar la calidad de vida de dichos pacientes, aliviar los costos asociados tanto a los diferentes proveedores de salud y las familias que asumen gran parte de los cuidados y del soporte económico. Considerando este panorama que impone un claro problema de investigación, en este estudio se realizó un análisis proteómico exhaustivo del daño lipotóxico desencadeno por pal y la evaluación del efecto neuroprotector del esteroide sintético tibolona, en una línea celular de astrocitos humanos. Los resultados indican la expresión diferencial de proteínas no consideradas anteriormente como las principales causas de daño por pal en los astrocitos humanos. También, se identificaron 27 proteínas expresadas diferencialmente con alto grado de conectividad. A partir del desarrollo del presente estudio, se encontró que pal alteró la expresión de proteínas vinculadas a la síntesis y transporte de proteínas, respuesta viral, y la tibolona moduló la expresión de algunas de esas proteínas a niveles similares a los del control, evito disrupciones de la autofagia y redujo la expresión de proteínas vinculadas a señales proapoptóticas, demostrando así que la tibolona podría revertir algunas de las alteraciones a nivel de proteínas generada por pal en los astrocitos humanos. Colciencias Pontificia Universidad Javeriana Chronic exposure to large amounts of palmitic acid (pal) causes cell damage and death, a phenomenon known as lipotoxicity. The accumulation of pal in the brain induces the distinctive characteristics of some neurodegenerative diseases (NDs) and causes damage in the different types of brain cells; particularly astrocytes that become reactive and inducing an initial block of autophagy that, accompanied by other alterations such as inflammation or endoplasmic reticulum stress, decrease the viability of astrocytes. As it has various functions in the nervous system such 12 as glutamate uptake, metabolic and structural support for the brain, the release of neurotrophic factors, and participation in the immune response in the brain, among others, it is important to search for strategies to protect astrocytes of the lipotoxic effect of pal. Different steroidal compounds have been studied as effective agents in the control of inflammatory diseases, however, their prescription is limited due to adverse effects such as the increase in the incidence of uterine and breast cancer. Some steroids synthesized in the nervous system called "neurosteroids" have neuroprotective properties, which are of particular interest in the treatment of diseases such as dementia, ischemia, head trauma, epilepsy, Alzheimer's disease (AD), and Parkinson's disease (PD). Due to these protective effects at the brain level, research has focused on drugs that generate these protective effects of estrogens, but without increasing the incidence of uterine and breast cancer, among these drugs the Selective Estrogen Receptor Modulators (SERMs) and the Specific Tissue Estrogenic Activity Regulators (STEARs) have been highlighted. Among the latter, tibolone stands out, a drug that has extensive studies of its effects on health and is promising as a neuroprotective agent. Even though there is extensive research in neurodegeneration and considering that they are diseases that can activate different signaling pathways, making less reductionist studies necessary to understand these diseases. To date, there are not enough approaches that evaluate from a holistic perspective the changes at the level of functional proteome products that take place during lipotoxic damage by pal, which allow us to identify biomarkers and proteins or metabolic pathways as possible targets for therapies, or that analyze the response to compounds that potentially have a neuroprotective activity to identify proteins and their associated metabolic pathways, relevant in the neuroprotection process. Likewise, effective drugs or treatments for the neurodegenerative processes typical of these lesions are currently scarce, and the understanding of lipotoxic damage and the protective response of tibolone in different types of brain cells (neurons, oligodendrocytes, microglia, and astrocytes), making its study relevant as a possible neuroprotective agent against lipotoxic damage induced by pal. In general, there is a need to improve the quality of life of these patients, alleviate the costs associated with both the different health providers and the families that assume a large part of the 13 care and financial support. Considering this panorama that imposes a clear research problem, in this study an exhaustive proteomic analysis of the lipotoxic damage triggered by pal and the evaluation of the neuroprotective effect of the synthetic steroid tibolone, in a human astrocyte cell line, was carried out. The results indicate the differential expression of proteins not previously considered as the main causes of pal damage in human astrocytes. Also, 27 differentially expressed proteins with a high degree of connectivity were identified. From the development of the present study, it was found that pal altered the expression of proteins linked to protein synthesis and transport, viral response, and tibolone modulated the expression of some of these proteins at levels similar to those of the control, avoiding disruptions of autophagy and reduced the expression of proteins linked to pro-apoptotic signals, thus demonstrating that tibolone could reverse some of the protein-level alterations generated by pal in human astrocytes. Magíster en Ciencias Biológicas Maestría https://orcid.org/0000-0003-1531-3862 https://scholar.google.com/citations?user=cRxUANEAAAAJ&hl=es https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001656241

Diferentes patologías y lesiones afectan el normal funcionamiento del sistema nervioso central (SNC). Patologías neurodegenerativas como Parkinson y Alzheimer o aquellas traumáticas como la isquemia, la lesión cerebral o la neuroinflamación representan una alta morbilidad en la población mundial. La mayoría de las lesiones alteran el correcto funcionamiento de las células cerebrales lo que implica la modificación del microambiente, respuestas alteradas o expresión de genes y proteínas frente al insulto. Los astrocitos son las células gliales más abundantes del sistema nervioso, dentro de sus funciones están: brindar un soporte metabólico y estructural a las neuronas, con lo cual contribuyen a su normal funcionamiento. Recientes estudios han evidenciado el papel fundamental que estas células tienen en la protección neuronal sobre todo en las lesiones traumáticas, patologías en las cuales se presentan cambios bioquímicos y moleculares que conllevan a un daño neuronal, seguido por la pérdida de funciones cognitivas y motoras. A pesar de considerar los astrocitos más resistentes que las neuronas a insultos cerebrales, pocos estudios ofrecen una idea de cómo los cambios en las funciones astrocíticas pueden llevar a la pérdida de la protección después de una lesión cerebral. En este punto y conociendo la importancia de los astrocitos, la hipótesis de esta investigación es que el daño mitocondrial causado en los astrocitos durante la lesión cerebral deteriora su funcionamiento y puede contribuir a la pérdida neuronal. Evidencias recientes muestran que el uso del medio condicionado de células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo humano (CM-hMSCA) puede proporcionar un efecto protector que contrarresta el daño cerebral. Sin embargo, son muy pocos los estudios que han evaluado el efecto del CM-hMSCA en la protección de los astrocitos expuestos a scratch y privación de glucosa como posible alternativa terapéutica o de prevención en la lesión cerebral, así como en otras patologías. Nuestros resultados indicaron que CM-hMSCA mejoró la viabilidad celular, redujo la fragmentación nuclear, atenuó la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) y preservó el potencial de membrana mitocondrial y los parámetros ultraestructurales. Adicionalmente, se demostró que el CM-hMSCA regula las citocinas IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, GM-CSF, TNF-alfa y también regula negativamente el calcio a nivel citoplásmico y tiene un efecto sobre la regulación de la dinámica mitocondrial y cadena respiratoria. Estas acciones están acompañadas por la regulación de la expresión de diferentes proteínas implicadas en vías de señalización como AKT/pAKT, ERK1/2/pERK, e incluso puede mediar la localización de Neuroglobina (Ngb) a nivel celular. Por otro lado, para caracterizar el mecanismo protector del CM-hMSCA, nuestros resultados revelan un aumento en la expresión de la neuroglobina y el silenciamiento genético de esta proteína reduce la acción protectora de CM-hMSCA en las células lesionadas. Por último, nosotros también realizamos una validación del modelo en astrocitos humanos, encontrando resultados similares en la protección y preservación de los astrocitos por el CM-hMSCA. Nuestros resultados sugieren que el tratamiento con CM-hMSCA podría ser una estrategia terapéutica prometedora para la protección de las células astrocíticas en las patologías cerebrales y que posiblemente la neuroglobina está mediando este efecto protector del CM-hMSCA. Pontificia Universidad Javeriana Different pathologies and injuries affect the normal functioning of the central nervous system (CNS). Neurodegenerative pathologies such as Parkinson's and Alzheimer's or those traumatic such as ischemia, brain injury or neuroinflammation represent a high morbidity in the world population. Most lesions disrupt the proper functioning of brain cells which involves modification of the microenvironment, altered responses or expression of genes and proteins against insult. Astrocytes are the most abundant glial cells of the nervous system, within their functions are: provide a metabolic and structural support to neurons, thereby contributing to their normal functioning. Recent studies have shown the fundamental role of these cells in neuronal protection, especially in traumatic lesions, pathologies in which biochemical and molecular changes occur that lead to neuronal damage, followed by the loss of cognitive and motor functions. Despite considering astrocytes more resistant than neurons to brain insults, few studies offer an idea of how changes in astrocytic functions can lead to loss of protection after a brain injury. At this point and knowing the importance of astrocytes, the hypothesis of this research is that mitochondrial damage caused in astrocytes during brain injury impairs their functioning and may contribute to neuronal loss. Recent evidence shows that the use of conditioned medium from mesenchymal stem cells derived from human adipose tissue (CM-hMSCA) can provide a protective effect that counteracts brain damage. However, there are very few studies that have evaluated the effect of CM-hMSCA in the protection of astrocytes exposed to scratch and glucose deprivation as a possible therapeutic alternative or prevention in brain injury, as well as in other pathologies. Our results indicated that CM-hMSCA improved cell viability, reduced nuclear fragmentation, attenuated the production of reactive oxygen species (ROS) and preserved mitochondrial membrane potential and ultrastructural parameters. Additionally, it was demonstrated that CM-hMSCA regulates the cytokines IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, GM-CSF, TNF-alpha and also negatively regulates calcium at the cytoplasmic level and has an effect on the regulation of mitochondrial dynamics and respiratory chain. These actions are accompanied by the regulation of the expression of different proteins involved in signaling pathways such as AKT/pAKT, ERK1/2/pERK, and can even mediate the localization of Neuroglobin (Ngb) at the cellular level. On the other hand, to characterize the protective mechanism of CM-hMSCA, our results reveal an increase in the expression of neuroglobin and the genetic silencing of this protein reduces the protective action of CM-hMSCA in the injured cells. Finally, we also performed a validation of the model in human astrocytes, finding similar results in the protection and preservation of astrocytes by the CM-hMSCA. Our results suggest that treatment with CM-hMSCA could be a promising therapeutic strategy for the protection of astrocytic cells in brain pathologies and that neuroglobin is possibly mediating this protective effect of CM-hMSCA. Doctor en Ciencias Biológicas Doctorado