Estudio de la mGluR-LTD y la morfología sináptica en el hipocampo del ratón Ts1Cje y análisis del proteoma sináptico. Efecto del tratamiento con rapamicina

Abstract

La presente Tesis Doctoral se focaliza en el estudio de la sinapsis y la plasticidad en el hipocampo del ratón modelo de síndrome de Down Ts1Cje. Concretamente, se ha llevado a cabo el análisis del proteoma sináptico de sinaptoneurosomas de hipocampo de este ratón modelo, y se ha realizado el estudio de la depresión a largo plazo (LTD) inducida por la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato del grupo I (mGluR1 y mGluR5), así como la caracterización de la morfología sináptica en esta región del cerebro. Esta Tesis Doctoral se enmarca en el estudio de los defectos en aprendizaje y memoria asociados al síndrome de Down. Este síndrome es de especial relevancia dado que constituye la causa de discapacidad intelectual de origen genético más frecuente en la actualidad. Si bien este síndrome está asociado a diversas manifestaciones fenotípicas, resulta de particular interés el estudio de las alteraciones descritas a nivel cognitivo, en concreto, de las afectaciones a nivel de memoria y aprendizaje, ya que es una de las manifestaciones comunes en las personas con este síndrome. El hallazgo que determinó el origen del síndrome de Down en la trisomía del cromosoma 21, definió un punto de inflexión en su investigación. Esto, sumado al interés y la relevancia que ha suscitado a lo largo de los años, favoreció el desarrollado de múltiples herramientas para su estudio, donde ha destacado el uso de modelos murinos, como el Ts1Cje. Este ratón modelo cuenta con un fragmento del cromosoma 16 murino en trisomía que es homólogo a una región del cromosoma 21 humano. Estudios previos en este ratón han evidenciado defectos en el comportamiento, así como alteraciones a nivel molecular y en la función sináptica del cerebro, concretamente en la región del hipocampo. Es de particular interés el estudio de esta región concreta del cerebro, pues se ha vinculado estrechamente con los procesos de memoria y aprendizaje, antes mencionados y tan relevantes en el contexto del síndrome de Down. Considerando lo antes descrito, el trabajo de esta Tesis Doctoral se estructuró en el estudio de la sinapsis del hipocampo en el ratón Ts1Cje desde varias aproximaciones: la caracterización molecular mediante análisis proteómico de sinaptoneurosomas del hipocampo; la caracterización funcional mediante el estudio de una forma de plasticidad aún no evaluada en el ratón Ts1Cje, la mGluR-LTD; y la caracterización estructural evaluando la densidad y morfología de espinas dendríticas en el hipocampo. Además, basado en resultados previos del laboratorio, se consideró analizar el efecto del tratamiento con rapamicina, un fármaco inhibidor de mTOR, en el fenotipo observado. Los resultados obtenidos mostraron alteraciones a nivel proteómico en los ratones Ts1Cje afectando a diversas vías, siendo de especial relevancia la alteración de la vía canónica de disfunción mitocondrial, la vía de fosforilación oxidativa y la vía de señalización de sirtuinas, todas ellas relacionadas con la función mitocondrial. También se observó una afectación relevante de vías relacionadas con la plasticidad sináptica, la señalización por calcio, la señalización mediada por CREB, la señalización neuronal por endocannabinoides, la señalización mediada por receptores de glutamato y la LTD sináptica. De forma interesante, estas vías no se observan alteradas en los sinaptoneurosomas de los ratones Ts1Cje que habían sido tratados con rapamicina, lo que sugirió que el tratamiento con este fármaco normalizaría dichas funciones celulares. En relación al estudio de la función sináptica, se evaluó la mGluR-LTD en el circuito trisináptico del hipocampo, concretamente en la comunicación de la región de CA3 hacia CA1 que se da a través de las colaterales de Schaffer. Los resultados obtenidos mostraron un incremento en esta forma de plasticidad en los ratones Ts1Cje. Además, este incremento en la mGluR-LTD se revertía al tratar prenatalmente a los ratones con rapamicina. Por último, se evaluó la densidad y la morfología de las espinas dendríticas en la región stratum radiatum de la CA1. Para ello, se cuantificó, en primer lugar, la densidad de espinas. En este análisis se observó una reducción en el número de espinas en los ratones Ts1Cje. Además, al evaluar su morfología, se observó una distribución de tamaños diferentes, con una tendencia en el ratón Ts1Cje a la presencia de espinas de mayor tamaño. De forma interesante, el tratamiento prenatal con rapamicina restauró la alteración observada en la morfología de las espinas dendríticas en los ratones Ts1Cje. Los resultados obtenidos proporcionan información novedosa sobre la sinapsis en el hipocampo del ratón Ts1Cje y sugieren un papel importante de la proteína mTOR en las alteraciones observadas, lo cual avalaría el potencial terapéutico de la rapamicina en el contexto del estudio del síndrome de Down.