Artículo nº 11: Marzo 2013.
La reducción de la inhibición GABA producida a través de su receptor GABA-A α5, recupera los déficit funcionales y neuromorfológicos en un modelo murino de síndrome de Down
Trabajo original: Reducing GABA-A α5 Receptor-Mediated Inhibition Rescues Functional and Neuromorphological Deficits in a Mouse Model of Down Syndrome
Autores: Carmen Martínez-Cué, Paula Martínez, Noemí Rueda, Rebeca Vidal, Susana García, Verónica Vidal, Andrea Corrales, Juan A. Montero. Ángel Pazos, Jesús Flórez, Rodolfo Gasser, Andrew W. Thomas, Michael Honer, Frédéric Knoflach, José Luis Trejo, Joseph G. Wettstein, María-Clemencia Hernández
Revista: The Journal of Neuroscience, 33(9): 3953-3966, 2013 (Feb. 27)
Introducción
En la actualidad nos valemos de dos tipos de modelos animales de síndrome de Down para probar la posible eficacia de fármacos útiles para el síndrome de Down: los ratones trisómicos y los ratones transgénicos. Las ventajas y limitaciones de cada tipo de modelo son bien conocidas. A la hora de enfocar un posible abordaje o enfoque, utilizamos dos formas de estrategia:
- Normalizar el resultado final, consecuencia de la acción desequilibradora de la trisomía; p. ej., una determinada función neuroquímica del cerebro
- Frenar o neutralizar la acción de un particular gen
El artículo que aquí presentamos corresponde a la primera forma.
Se ha propuesto que parte del déficit cognitivo que existe en el síndrome de Down se debe a un predominio de la actividad neuroquímica inhibidora sobre la excitadora en el cerebro. Y de hecho, numerosos estudios han demostrado que en el ratón trisómico Ts65Dn hay un predominio de la acción inhibidora de los sistemas GABA sobre la acción excitadora en ciertas zonas del cerebro, por ejemplo en el hipocampo. Se ha comprobado una reducción de sinapsis excitadoras y una reducción de la potenciación a largo plazo (LTP), lo que explica el predominio de esa acción inhibidora. ¿Podría ello contribuir a la alteración de la cognición que observamos en estos ratones?
El aumento de actividad GABA en el cerebro produce efectos depresivos sobre sus funciones: sedación, amnesia, sueño, actividad anticonvulsivante, disminución de la capacidad de aprendizaje. El aumento excesivo puede llegar a la depresión generalizada del sistema nervioso, incluido el coma. De hecho, fármacos como las benzodiazepinas, los barbitúricos, el alcohol, algunos fármacos anticonvulsivantes y algunos anestésicos generales ejercen sus acciones en el sistema nervioso mediante el incremento de la acción inhibidora GABA a través de la activación de los receptores GABA-A.
¿Qué pasa cuando farmacológicamente frenamos la actividad nerviosa de tipo GABA?
Se ha comprobado que la administración de antagonistas del receptor GABA-A (picrotoxina, bilobulida, pentilenetetrazol) recupera la cognición y la LTP en el ratón trisómico. El problema estriba en que los antagonistas “generales” del sistema GABA lo hacen en todo el cerebro y pueden provocar ansiedad e incluso convulsiones. Eso obliga a buscar antagonistas de los receptores GABA-A que sean selectivos de sólo una parte de estos receptores.
¿Es esto posible?
Sí, porque la estructura molecular de los receptores GABA-A varía según el sitio del cerebro en donde estén ubicados. El receptor GABA-A está compuesto por 5 subunidades que se combinan de forma muy variable según el tipo de receptor, y eso le dota de cualidades específicas. Los receptores que contienen subunidades α1, β2/3 y γ2 median acciones sedantes, sueño, amnesia anterógrada, acción anticonvulsivante. Son los que más abundan en el cerebro. Los receptores que contienen α5 abundan en el hipocampo y es una subunidad clave en el desarrollo del aprendizaje y la memoria. Son muy sensibles al GABA y responden con inhibición tónica y potenciales inhibidores pasajeros. Están localizados tanto en las sinapsis como en las dendritas. Pues bien, el 25% de todos los receptores GABA-A del hipocampo contienen la subunidad α5, en las regiones CA1 y CA3 y en subículo. También se encuentran en las capas internas de la corteza cerebral y bulbo olfatorio.
Sabemos que los ratones con un déficit parcial de receptores GABA-A que contienen α5 en el hipocampo mostraron mejoría en pruebas de condicionamiento por miedo; y que ratones totalmente carentes de α5 mostraron mejoría en la memoria visoespacial. Por consiguiente, fármacos con capacidad de modular alostérica y negativamente el receptor GABA-A α5 podrían aumentar la actividad neuronal en el hipocampo, con actividad limitada en otras áreas cerebrales; es decir, no tendrían acción ansiogénica ni convulsivante.
¿Existen estos fármacos?
Sí. Los laboratorios Roche (Basilea, Suiza) los han desarrollado, entre ellos el llamado RO4938581. Su afinidad por los diversos subtipos de receptores GABA-A es la siguiente:
- α1β2γ2: 174±28 Ki (nM)
- α2β3γ2: 185±5 Ki (nM)
- α3β3γ2: 80±16 Ki (nM)
- α5β3γ2: 4.6±1.4 Ki (nM)
Métodos y experimentos
Se utilizaron ratones trisómicos Ts65Dn machos de 3-4 meses de edad. Se constituyeron cuatro series de ratones. En la primera se estudio el efecto de RO4938581 sobre cognición, capacidades sensoriomotoras y neuromorfología de ratones controles y trisómicos. En la segunda se estudió la ansiedad y la potenciación a largo plazo (LTP). En la tercera se analizó si el producto tenía acción convulsivante. Y en la cuarta se completó el estudio sobre LTP. En las series primera y segunda el producto se administró por vía oral durante 6 semanas antes de realizar los estudios.
Se emplearon diferentes tests y experimentos para evaluar cada una de las actividades propuestas.
Resultados
El RO4938581, modulador alostérico negativo de receptores GABA-A y muy selectivo de los que contienen la subunidad α5, produjo en el ratón Ts65Dn los siguientes efectos:
1. En el test de Morris, mejoró sustancialmente la memoria operacional, el aprendizaje espacial y la memoria de los ratones trisómicos. Mejoró además sus estrategias de navegación en la piscina de Morris.
2. La LTP muestra la calidad y fuerza de transmisión sináptica en el hipocampo. Está claramente reducida en los ratones Ts65Dn. El fármaco restauró los valores de LTP en neuronas de CA1 del hipocampo (stratum radiatum) tras estímulo en colaterales de Schafer, llevándolos a los niveles de los ratones control.
3. Activó la formación de nuevas neuronas (neurogénesis) del adulto en la zona subgranular del giro dentado.
4. Aumentó la densidad de células granulares maduras y el número de sinapsis GABA en el hipocampo.
5. No mostró actividad convulsivante.
6. No indujo ansiedad, suprimió la hiperactividad y no alteró las habilidades sensoriomotoras.
Conclusión
Los resultados demuestran que la inhibición GABAérgica circunscrita a los receptores GABA-A α5 del hipocampo mediante el producto RO4938581 revierte los déficits funcionales y morfológicos propios del ratón Ts65Dn mediante la facilitación de la plasticidad cerebral. Al mismo tiempo ofrecen la posibilidad de que el uso de moduladores alostéricos negativos del receptor GABA-A α5 puedan ser útiles terapéuticamente para tratar la disfunción cognitiva en el síndrome de Down.
