11 de septiembre de 2006
Dos nuevos informes de esta semana muestran lo que puede suceder cuando los neurotransmisores se desajustan, con ramificaciones para la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.
Primero, un artículo en la edición del 7 de septiembre de Neuron describe un nuevo modelo de ratón de disfunción colinérgica, con algunos intrigantes problemas de memoria y aprendizaje que recuerdan a la enfermedad de Alzheimer. El informe, elaborado por Marc Caron, de la Universidad de Duke, en Durham (Carolina del Norte), Marco Prado, de la Universidad Federal de Minas Gerais, en Belo Horizonte (Brasil), y sus colegas, muestra que los ratones con una expresión reducida del transportador vesicular de acetilcolina (VAChT) tienen un tono colinérgico moderadamente reducido en el SNC. Desde el punto de vista del comportamiento, los animales muestran notables defectos en el reconocimiento de objetos y animales familiares, similares a los problemas cognitivos observados en la enfermedad de Alzheimer. La deficiencia en la memoria social se revirtió al tratar a los ratones con inhibidores de la colinesterasa, la misma estrategia utilizada para tratar los síntomas cognitivos de la EA. Además de demostrar un importante papel de la VAChT en el mantenimiento del recambio normal de acetilcolina, los ratones proporcionan un modelo útil para investigar nuevos tratamientos para la disfunción colinérgica de la EA y otras enfermedades.
Un segundo informe en el Journal of Neuroscience del 6 de septiembre muestra que la α-sinucleína, que puede causar la enfermedad de Parkinson heredada cuando está mutada o sobreexpresada, aumenta la dopamina citosólica en las neuronas, añadiendo apoyo a la idea de que es la propia dopamina la que causa el mayor daño en la enfermedad de Parkinson (véase la noticia relacionada con la ARF).
En el primer informe, los investigadores aplicaron una estrategia de eliminación para entender el papel de la VAChT en la neurotransmisión de acetilcolina. La VAChT es necesaria para llenar las vesículas de almacenamiento con ACh para su liberación en las sinapsis, y la primera autora Vania Prado y sus colegas razonaron que eliminarla por completo sería letal. En lugar de ello, crearon un alelo de eliminación mediante la alteración de la región no traducida de 5′ del gen, lo que provocó una reducción parcial de los niveles de ARNm de VAChT. El resultado en los ratones heterocigotos fue una reducción de aproximadamente el 40 por ciento de la proteína VAChT; los homocigotos mostraron una disminución del 65 por ciento.
Los animales eran viables, pero tenían una menor liberación de ACh en las uniones neuromusculares, lo que se atribuyó a una disminución del contenido vesicular de ACh. Las ramificaciones eran graves para los homocigotos: mostraban importantes deficiencias en la fuerza muscular, una incapacidad para navegar por el rotorod y muy poca resistencia física en una cinta de correr. En cambio, los heterocigotos tardaron más tiempo que los ratones normales en aprender el rotorod, pero finalmente alcanzaron la misma destreza que sus compañeros de camada de tipo salvaje. Aparentemente, los ratones toleraban una disminución moderada de VAChT en las uniones neuromusculares sin problemas motrices, pero por debajo de cierto umbral la deficiencia era incapacitante.
Los problemas musculares de los homocigotos impidieron que se les hicieran pruebas para detectar problemas de comportamiento, pero los ratones heterocigotos brindaron la oportunidad de estudiar la contribución de la acetilcolina del sistema nervioso central a los comportamientos complejos. Para ello, los investigadores confirmaron primero que el tono colinérgico estaba reducido en los heterocigotos. Las mediciones de microdiálisis en el córtex frontal y el estriado de los animales vivos mostraron que los niveles de ACh extracelular se habían reducido en un tercio y que la liberación estimulada estaba amortiguada. El total de ACh en el cerebro aumentó, pero la reducción de la VAChT dio lugar a una reserva liberable más pequeña.
Los animales heterocigotos se comportaron igual que sus compañeros de camada normales en una prueba de evitación, en la que tenían que aprender y recordar que no debían bajar a una plataforma electrificada. Los resultados muestran que esta vía de aprendizaje y memoria dependiente del hipocampo se conserva en los animales a pesar de su escaso tono colinérgico. Pero en una prueba diferente, de reconocimiento de objetos, los heterocigotos obtuvieron peores resultados a la hora de recordar objetos familiares 1,5 o 24 horas después del entrenamiento. Cuando el «objeto» era otro animal, tampoco reaccionaban ante él como algo familiar. Dado que los ratones se reconocen entre sí por el olor, los investigadores descartaron que los heterocigotos tuvieran problemas olfativos y concluyeron que el fallo en el reconocimiento social era un verdadero defecto cognitivo. Este defecto de memoria imita algunos síntomas de la EA, y curiosamente se revirtió al aumentar la ACh con inhibidores de la colinesterasa. Esto demuestra que los efectos en la memoria se debían a la reducción de la ACh y no a algunos efectos del desarrollo de la disminución de la VAChT. Los inhibidores de la colinesterasa no tuvieron ningún efecto sobre el comportamiento de los ratones de tipo salvaje.
«Nuestras observaciones apoyan la noción de que la reducción del tono colinérgico en los modelos de ratones con EA puede, en efecto, causar déficits en la memoria social», escriben los autores. Los estudios futuros con estos ratones, dicen, podrían ayudar a comprender las contribuciones de la disminución colinérgica a los cambios de comportamiento que acompañan a las patologías del SNC. Además, señalan que sus resultados sugieren que una disminución de la expresión del transportador vesicular es menos tolerada que las disminuciones de la enzima sintética de ACh, la colina acetiltransferasa, que se utiliza ampliamente para medir los déficits colinérgicos en la EA.
En el lado de la investigación básica, el trabajo demuestra otro sitio de regulación de la neurotransmisión, éste a nivel presináptico de la carga de ACh en las vesículas. Este punto se explora en un avance adjunto realizado por Thomas Hnasko y Robert Edwards, de la Universidad de California en San Francisco.
En el segundo trabajo, los efectos patológicos de la α-sinucleína se vinculan a un caso de exceso de neurotransmisor, en lugar de a uno de escasez. En este caso, el neurotransmisor es la dopamina, que puede causar daños oxidativos cuando se acumula en el citosol. En condiciones normales, la dopamina citosólica contribuye sólo a una pequeña fracción del total de la dopamina celular, la mayor parte de la cual está secuestrada en vesículas. Para medir sólo la reserva citosólica, el primer autor, Eugene Mosharov, utilizó la electroquímica de parche intracelular. Descubrió que, en las células PC12, la dopamina citosólica está por debajo del límite de detección de esta técnica, pero el tratamiento de la célula con L-DOPA produjo señales detectables. El tratamiento de las células PC12 que sobreexpresaban α-sinucleína de tipo salvaje o mutante (A30P o A53T) provocaba un mayor aumento de la dopamina citosólica que las células sin las proteínas, siendo las mutantes las que tenían un mayor efecto. Para asegurarse de que el resultado no se limitaba a las células tratadas con L-DOPA, los investigadores examinaron las células cromafines suprarrenales de ratón que tenían niveles basales detectables de dopamina citosólica. Descubrieron que las células derivadas de ratones transgénicos que expresaban el mutante A30P de la α-sinucleína (pero no la α-sinucleína de tipo salvaje) mostraban un aumento del doble en la concentración de dopamina citosólica.
¿Qué podría explicar este aumento? Los investigadores comprobaron los niveles de proteínas clave implicadas en el metabolismo de las catecolaminas, pero ninguno de los cambios explicaba los efectos. Basándose en observaciones anteriores de que la α-sinucleína podía aumentar la permeabilidad de las vesículas, observaron el efecto de la proteína en gránulos cromafines aislados. El tratamiento de las vesículas con α-sinucleína purificada, ya sea mutante o de tipo salvaje, indujo la fuga de protones de las vesículas. El colapso del gradiente proteico a través de la membrana de la vesícula debería disminuir la captación de dopamina en las vesículas. En consonancia con los efectos sobre la dopamina citosólica en las células, las proteínas mutantes tuvieron un mayor efecto que las de tipo salvaje sobre la permeabilidad de las vesículas.
Si la sinucleína provoca una fuga de dopamina en las células, esto podría explicar la toxicidad selectiva de la proteína para las neuronas dopaminérgicas. El aumento de la dopamina en las células crea estrés oxidativo, una propiedad que no comparten otros neurotransmisores que podrían ser liberados por la sinucleína en otros tipos de neuronas.
Pat McCaffrey