Implicación de las caspasas-3 y -8 en el trastorno del espectro autista y la enfermedad de Parkinson

Abstract

El trastorno del espectro autista (TEA) y la enfermedad de Parkinson (EP) son dos desórdenes neurológicos que presentan elevada prevalencia con un coste socioeconómico importante y una fuerte carga para los pacientes y sus familiares, por lo que sus causas son un importante objeto de estudio. Estos dos desórdenes tienen en común la implicación del sistema dopaminérgico (DAérgico). Se ha demostrado que las caspasas asesinas, entre ellas caspasa-3 y caspasa-8, tienen otras muchas funciones aparte de su conocida participación en fenómenos de apoptosis. Así, por ejemplo, nuestro grupo es el primero en demostrar que a nivel neuronal las caspasas asesinas juegan un importante papel en el neurodesarrollo y en la homeostasis neuronal del sistema DAérgico. Con estos antecedentes, en el presente trabajo se han estudiado dos modelos animales delecionados en caspasa-3 o caspasa-8 en el linaje catecolaminérgico; Caspasa 3f/d TH-IRESCre (Caspasa 3 floxeado/delecionado Tyrosine hydroxylase-internal ribosomal entry sequence) y Caspasa 8f/d TH-IRES-Cre, para así dilucidar el papel de estas caspasas en la funcionalidad y desarrollo del sistema DAérgico, así como su posible implicación en el TEA y la EP. Nuestro estudio muestra importantes alteraciones en las vías DAérgicas para ambos modelos animales, principalmente en la vía nigro-estriada, aunque se presumen posibles cambios en las vías mesolímbica y mesocortical. Además, los animales carentes de caspasa3 y caspasa-8 presentan rasgos fenotípicos muy acordes con el TEA, principalmente a nivel conductual, así como aspectos bioquímicos de este desorden que, de hecho, podrían justificar sus síntomas principales. Por ello, concluimos que la carencia de caspasa-3 o caspasa-8 en el linaje catecolaminérgico podría dar lugar a un modelo animal que mimetice algunas características biomoleculares y conductuales de esta enfermedad, completando los estudios existentes hasta ahora en cuanto a modelos animales para el TEA. Por otro lado, la muerte de las neuronas DAérgicas es la principal característica neuropatológica de la EP y la principal causante de sus síntomas. Además, existen evidencias de apoptosis extrínseca e intrínseca y de la implicación de las caspasas-3 y -8 durante la enfermedad. Para nuestro estudio se utilizó un modelo animal sub-agudo de EP por tratamiento con la neurotoxina 1-metil-4-fenil,6-tetrahidropiridina (MPTP), que induce la muerte apoptótica DAérgica. Teniendo en cuenta la participación de las caspasas asesinas en la apoptosis de las neuronas DAérgicas que acontece a la EP y en la regulación de fenómenos de muerte celular, se postuló que la ausencia de las caspasas-3 y -8 en el linaje catecolaminérgico, podría proteger frente a la muerte neuronal DAérgica tras el tratamiento. Nuestro estudio muestra cómo la ausencia de caspasa-3 o caspasa-8 no protege frente a la depleción DAérgica tras el tratamiento, ya que los fenómenos de muerte celular continúan desarrollándose. De hecho, la ausencia de caspasa-3 parece ser especialmente perjudicial, ya que la muerte neuronal en estas condiciones se desvía a necrosis, con fenómenos inflamatorios asociados importantes, junto a una mayor degeneración neuronal DAérgica. La ausencia de caspasa-8 sin embargo, no produce cambios en la degeneración, ya que se desarrollan fenómenos de apoptosis intrínseca, normales en el modelo, evitando la respuesta inflamatoria.

Autism spectrum disorder (ASD) and Parkinson's disease (PD) are two neurological disorders that produce an important socioeconomic impact and a heavy burden for both patients and their families. These two disorders have in common the involvement of the DAergic system. It has been shown that killer caspases, including caspase-3 and caspase-8, have many other functions apart from their involvement in apoptosis phenomena. For example, our study is the first one to address that killer caspases play an important role in the development and the homeostasis of the DAergic system. Considering this background, we studied two knock-out (KO) animal models in the catecholaminergic lineage (Caspase 3 f/d TH-IRES-Cre and Caspase 8 f/d TH-IRES-Cre) to elucidate the role of these enzymes in the functionality of the DAergic system and their possible implication in ASD and PD. Our study shows important alterations in DAergic pathways in both animal models, mainly in the nigro-striatal pathway, although possible changes in the mesolimbic and mesocortical pathways are presumed. In addition, animals lacking caspase-3 and caspase-8 showed robust phenotypic features congruent with ASD, mainly behavioural, although we also observed biochemical aspects of this disorder that could justify their main symptoms. Therefore, we conclude that caspase-3 or caspase-8 depletion in the catecholaminergic lineage could lead to an animal model that mimics biomolecular and behavioural aspects of the disease. On the other hand, the death of DAergic neurons is the main neuropathological characteristic of PD and the main cause of its motor symptoms. Likewise, there is evidence of extrinsic and intrinsic apoptosis with the involvement of caspase-3 and -8 during the disease. For our study, we used a sub-acute MPTP model of PD in strains lacking caspase-3 and -8, which caused permanent symptoms of the disease by inducing death of DAergic neurons in the SN. Taking into account the involvement of killer caspases in the apoptosis phenomena and in the regulation of cell death, it was postulated that the absence of either caspase-3 or - 8 in the catecholaminergic lineage could protect against DAergic depletion. However, our study shows that absence of caspase-3 or caspase-8 does not protect against DAergic depletion after MPTP treatment, due to other cell death phenomena continue in development. In fact, the absence of caspase-3 seems to be especially detrimental, since in these conditions neuronal death switch to necrosis, with important associated inflammatory phenomena along with greater DAergic degeneration. On the contrary, caspase-8 absence does not produce changes in neuronal degeneration, since an intrinsic apoptotic occurs, although avoiding the inflammatory response.