[ES] La esquizofrenia (SC) es un trastorno del neurodesarrollo que afecta los procesos cognitivos y el comportamiento social. A diferencia de otras neuropatologías, los cerebros de los pacientes con SC no muestran características histológicas evidentes y los mecanismos moleculares subyacentes a la enfermedad siguen siendo desconocidos, lo que dificulta mucho su prevención y tratamiento eficaz. Los endofenotipos más consistentes en la SC incluyen la reducción del neuropilo, la conectividad funcional deteriorada entre las áreas corticales y cambios específicos en las conexiones sinápticas. El cuerpo calloso (CC) es el haz más grande de fibras nerviosas cortico-corticales, conectando ambos hemisferios cerebrales, y su desarrollo es un proceso complejo crucial para la formación adecuada de los circuitos corticales. Numerosa evidencia convergente apoya la hipótesis de que el CC se encuentra hipoconectado en pacientes con SC. Está bien establecido que la SC tiene un fuerte componente genético. Un gen clave implicado en el riesgo de SC es neuregulina 1 (NRG1), controlando varios aspectos del desarrollo neuronal. Estudios previos se han centrado principalmente en la señalización de Nrg1 en las interneuronas inhibitorias, descuidando su papel en las neuronas excitatorias. Para comprender el papel de Nrg1 en los circuitos corticales, en este trabajo estudiamos el papel de Nrg1 en el desarrollo de los axones del cuerpo calloso y específicamente, su función celular autónoma en las neuronas excitatorias. Para este objetivo quisimos, 1) evaluar la participación de la Nrg1 en el desarrollo de las neuronas de proyección callosa; 2) investigar el efecto autónomo de Nrg1 en el desarrollo de las neuritas; 3) estudiar los mecanismos moleculares subyacentes al papel de Nrg1 en el desarrollo neuronal; 4) explorar el potencial de Nrg1 en la reprogramación de astrocitos a neuronas, como un nuevo posible enfoque terapéutico después de una lesión cerebral. Para ello, primero desarrollamos un modelo in vivo de pérdida de función para determinar el papel de Nrg1 en el desarrollo de las proyecciones callosas.Descubrimos que la eliminación de Nrg1 en el modelo de ratón condicional impedía el desarrollo de axones callosos in vivo. A nivel mecanístico, encontramos que la señalización intracelular de Nrg1 es tanto necesaria como suficiente para promover el desarrollo axonal en las neuronas corticales in vivo. En segundo lugar, para determinar específicamente el papel de Nrg1 en el desarrollo axonal de las neuronas excitatorias, empleamos un modelo in vitro con un enfoque más reduccionista. Realizamos cultivos primarios de neuronas corticales. En este modelo, llevamos a cabo experimentos de ganancia y pérdida de función para investigar específicamente el efecto autónomo celular de Nrg1 sobre el desarrollo de dendritas y axones. Nuestros experimentos con cultivos primarios de neuronas confirmaron que la señalización intracelular de Nrg1 es necesaria y suficiente para promover el crecimiento axonal in vitro. En tercer lugar, estudiamos los mecanismos moleculares subyacentes al papel de Nrg1 en el desarrollo neuronal. Descubrimos mediante Western blot e inmunofluorescencia que la expresión de la proteína GAP43 está altamente disminuida en neuronas knockout para Nrg1. Además, observamos que disminución del desarrollo axonal en neuronas knockout para Nrg1 es parcialmente rescatado al sobreexpresar la proteína GAP43. Estos resultados sugieren que la señalización a través de GAP43 podría ser uno de los mecanismos involucrados en el papel de Nrg1 en el crecimiento axonal. En conjunto, nuestro estudio indica un papel crucial para la señalización intracelular de Nrg1 en el desarrollo de las conexiones cortico-corticales que conectan ambos hemisferios cerebrales. Nuestros resultados sugieren que la disfunción de Nrg1 en las neuronas excitatorias puede contribuir a la hipoconectividad asociada a la SC y las alteraciones del desarrollo neurológico. / [CA] L'esquizofrènia (SC) és un trastorn del neurodesenvolupament que afecta els processos cognitius i el comportament social. A diferència d'altres neuropatologies, els cervells dels pacients amb SC no mostren característiques histològiques evidents i els mecanismes moleculars subjacents a la malaltia continuen sent desconeguts, la qual cosa dificulta molt la seua prevenció i tractament eficaç. Els endofenotipus més consistents en la SC inclouen la reducció del neuropil, la connectivitat funcional deteriorada entre les àrees corticals i els canvis específics en les connexions sinàptiques. El cos callós (CC) és el feix més gran de fibres nervioses cortico-corticals, connecta tots dos hemisferis cerebrals, i el seu desenvolupament és un procés complex crucial per a la formació adequada dels circuits corticals. Nombrosa evidència convergent dona suport a la hipòtesi que el CC es troba hipoconnectat en pacients amb SC. Està ben establit que la SC té un fort component genètic. Un gen clau implicat en el risc de SC és neuregulina 1 (NRG1) que controla diversos aspectes del desenvolupament neuronal. Estudis previs s'han centrat principalment en la senyalització de Nrg1 en les interneurones inhibitòries, descurant el seu paper en les neurones excitatòries. Per a comprendre el paper de Nrg1 en els circuits corticals, en este treball estudiem el paper de Nrg1 en el desenvolupament dels axons del cos callós i específicament, la seua funció cel·lular autònoma en les neurones excitatòries. Per a este objectiu, 1) avaluem la participació de Nrg1 en el desenvolupament de les neurones de projecció callosa; 2) investiguem l'efecte autònom de Nrg1 en el desenvolupament de les neurites; 3) estudiem els mecanismes moleculars subjacents al paper de Nrg1 en el desenvolupament neuronal; 4) explorem el potencial de Nrg1 en la reprogramació d'astròcits a neurones, com un nou possible enfocament terapèutic després d'una lesió cerebral. Per això, emprem ratolins knockout nounats per a Nrg1 i realitzem un rastreig neuronal de les projeccions calloses, així com també rastregem estes projeccions en ratolins wild-type mitjançant la tècnica d'electroporació in utero. Descobrim que l'eliminació de Nrg1 en el model de ratolí condicional impedia el desenvolupament d'axons callosos in vivo. A nivell mecanístic, trobem que la senyalització intracel·lular de Nrg1 era suficient per a promoure el desenvolupament axonal en les neurones corticals in vivo. En segon lloc, per a determinar específicament el paper de Nrg1 en el desenvolupament axonal de les neurones excitatòries, emprem cultius primaris de neurones corticals. En este model, duem a terme experiments de guany i pèrdua de funció per a investigar específicament l'efecte autònom cel·lular de Nrg1 sobre el desenvolupament de dendrites i axons. Els nostres experiments amb cultius primaris de neurones van mostrar que la senyalització intracel·lular de Nrg1 és necessària i suficient per a promoure el creixement axonal in vitro. En tercer lloc, estudiem els mecanismes moleculars subjacents al paper de Nrg1 en el desenvolupament neuronal. Descobrim que l'expressió de la proteïna GAP43 està altament disminuïda en neurones knockout per a Nrg1. A més, observem que la disminució del desenvolupament axonal en neurones knockout per a Nrg1 és parcialment rescatat al sobreexpresar la proteïna GAP43. Estos resultats suggerixen que la senyalització a través de GAP43 podria ser un dels mecanismes involucrats en el paper de Nrg1 en el creixement axonal. En conjunt, el nostre estudi indica un paper crucial per a la senyalització intracellular de Nrg1 en el desenvolupament de les connexions cortico-corticals que connecten tots dos hemisferis cerebrals. Els nostres resultats assenyalen que la disfunció de Nrg1 en les neurones excitatòries pot contribuir a la hipoconnectivitat associada a la SC i a les alteracions del desenvolupament neurològic. / [EN] Schizophrenia (SZ) is a neurodevelopmental disorder that affects cognitive processes and social behavior, impacts approximately 1% of the population but presents a major socio-economic impact. Unlike other neuropathologies, the brains of SZ patients do not display obvious histological hallmarks and their molecular mechanisms remain unknown, making it very difficult to prevent and treat effectively. The most consistent endophenotypes in SZ include reduced neuropil, impaired functional connectivity between cortical areas and specific changes in synaptic connections. Therefore, SZ is a pathology based on abnormal cortical neuronal connectivity. The corpus callosum (CC), connecting the brain's hemispheres, is the largest bundle of cortico-cortical nerve fibers and its development is a complex process crucial for proper cortical circuitry formation. Converging evidence supports the hypothesis that the CC is hypoconnected in SZ patients. While the developmental etiology of SZ remains largely unresolved, it is well established that SZ has a strong genetic component. A key gene implicated in SZ risk is neuregulin 1 (NRG1), which controls several aspects of neuronal development. Prior research has primarily focused on Nrg1 signaling in inhibitory interneurons, neglecting its role in excitatory neurons. To understand the function of Nrg1 signaling in the development of cortical circuits, we studied the Nrg1's role in the development of callosal axons and specifically, the cell autonomous function in the excitatory neurons. To this aim, we sought to 1) evaluate the Nrg1's involvement in the development of callosal projecting neurons; 2) investigate the Nrg1's cell autonomous effect on neurites outgrowth; 3) study the molecular mechanisms underlying Nrg1's role in neuron development; 4) explore the Nrg1's potential in reprogramming astrocytes to neurons, as a novel therapeutic approach following brain injury. First, we developed an in vivo loss-of-function model to determine the role of Nrg1 in the development of callosal projections. We employed newborn Nrg1 knockout mice and performed neuronal tracing of the callosal projections, as well as we traced those projections in wild type mice by in utero electroporation. We found that the deletion of Nrg1 in a conditional mouse model impaired the development of callosal axons in vivo. On a mechanistic level, we found that the intracellular signaling of Nrg1 was sufficient to promote axonal development in cortical neurons in vivo. Second, to specifically determine the role of Nrg1 in axonal development of excitatory neurons, we employed a suitable in vitro model with a more reductionist approach. We performed primary cultures of cortical neurons. Using transfection by electroporation, we achieved sparse labeling and obtained internal controls. In this model, we carried out gain- and loss-of-function approaches to investigate specifically the Nrg1's cell autonomous effect on dendrites and axonal development. Our single-cell experiments in primary cultures showed that Nrg1 is cell-autonomously required and sufficient to promote axonal outgrowth in vitro. Third, we studied the molecular mechanisms underlying Nrg1's role in neuron development. We found by Western blot and immunofluorescence that the GAP43 protein expression is impaired in Nrg1 knockout neurons. Additionally, we observed that decreased axonal development in Nrg1 knockout neurons was rescued by overexpressing GAP43 protein. These results suggest that signaling through GAP43 may be one of the mechanisms involved in the role of Nrg1 in axonal growth. In conclusion, our study indicates a crucial role for Nrg1 intracellular signaling in the development of long-range cortico-cortical connections between brain hemispheres. It indicates that Nrg1 dysfunction in excitatory neurons may contribute to SZ-associated hypoconnectivity and neurodevelopmental alterations, providing new insights into the role of Nrg1 in the etiology of SZ. / Rodríguez Prieto, Á. (2024). Nrg1 Signaling in the Development of Cortical Circuits: Molecular Basis of Schizophrenia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/212464