Neurodegeneración dopaminérgica e inflamación : modulación mediante terapia génica con IGF-1

Abstract

Las enfermedades neurodegenerativas como Parkinson (EP) o Alzheimer (EA) e incluso el proceso natural de envejecimiento mismo, generan graves deterioros cognitivos y motores que dificultan la vida del ser humano originando un grave problema con fuerte impacto económico y social. Estas disfunciones cognitivas se asocian con cambios estructurales en la morfología dendrítica, así como alteraciones en la expresión de receptores de neurotransmisores y propiedades electrofisiológicas, existiendo un nexo entre stress e inflamación. Una característica típica de los procesos neurodegenerativos es la inflamación crónica caracterizada por un aumento general en la producción de citoquinas proinflamatorias, marcadores de inflamación y la activación microglial, componentes comunes en la patogénesis de las enfermedades neurodegenerativas. En el sistema nervioso central (SNC), las neuronas dopaminérgicas (DA) son las células más susceptibles a los efectos deletéreos de la edad. En humanos, la enfermedad del Parkinson, una degeneración DA de neuronas nigroestriatales, afecta al 2% de la población mayor de 65 años y es un fiel reflejo de la vulnerabilidad de las neuronas DA asociada a la edad. El mecanismo molecular responsable del proceso degenerativo en el sistema dopaminérgico nigroestriatal sigue siendo desconocido. Una posibilidad terapéutica de creciente interés clínico en el tratamiento de procesos neurodegenerativos es el empleo de factores neurotróficos que prevengan la degeneración y restauren la función de las poblaciones neuronales remanentes. Uno de estos factores es el factor de crecimiento símil insulina de tipo 1 (IGF-1). El presente trabajo doctoral versa sobre el estudio de la expresión del IGF-1 como agente neuroprotector y antiinflamatorio, en modelos de neurodegeneración con el fin de disminuir la inflamación y aumentar la capacidad de recuperación y mantenimiento de circuitos neuronales, como un abordaje terapéutico promisorio. Para tal fin se utilizaron dos modelos experimentales. El primer modelo experimental utilizado fue en ratas macho adulto de la cepa Wistar, a las cuales se les realizó una lesión estereotáxica para la administración bilateral de la neurotoxina 6-OHDA (10μg/μL) o solución VEH en el área de Caudado Putamen (CPu). Para detectar deterioro cognitivo, motor, y evaluar temporalmente la evolución de la lesión, realizamos una serie de test conductuales a lo largo de 4 semanas en grupos independientes de ratas, así como también analizamos determinados marcadores neuronales y gliales por inmunohistoquímica. Se detectaron déficits cognitivos tempranos, en ausencia de alteraciones motoras, a las tres semanas de neurodegeneración. Además, se observó que una depleción bilateral del circuito nigroestriatal se encuentra asociada a un impedimento en la generación de LTP en el área de giro dentado del hipocampo dorsal, sugiriendo que el tratamiento afecta la transmisión sináptica hipocampal. Estos cambios conductuales y electrofisiológicos encuentran un correlato a nivel celular. Las poblaciones de neuronas dopaminérgicas, microglía y de astrocitos experimentaron cambios morfológicos a lo largo de las cuatro semanas de neurotoxicidad evaluadas. Los cambios en la expresión de la enzima mitocondrial ALDH2 se correlacionan con la alteración del metabolismo mitocondrial que contribuye al microambiente neurodegenerativo de la tercera semana de toxicidad con 6-OHDA (10μg/μL). A partir de la caracterización del modelo de neurotoxicidad inducida por 6-OHDA se decidió utilizar un enfoque neuroprotector de la sobreexpresión de IGF-1 mediante la utilización de adenovirus recombinantes. Para esto se inyectaron adenovirus control (RAd-DSRed) y terapéutico (Rad-IGF1), en una sola dosis, en las distintas combinaciones de tratamiento en el área de CA1 del hipocampo dorsal. Se observó que la terapia génica con IGF-1 mejora los déficits cognitivos en la memoria espacial de trabajo y de corto plazo, causados por la neurotoxicidad de 6-OHDA, administrada en CPu, modificando parcialmente los niveles de expresión de la enzima TH en determinadas áreas del cerebro. Sin embargo, la terapia génica con IGF-1 no modifica la expresión proteica de determinados elementos de los sistemas dopaminérgicos. Por último, la sobreexpresión con IGF-1 modifica determinados parámetros de los fenotipos de la microglía y de los astrocitos, principalmente en las áreas de CPu e hipocampo dorsal (CA1). El segundo modelo experimental utilizado fue el de ratones macho de la cepa C57BL/6 envejecidos de manera natural. A las 76 semanas de edad se evaluaron distintos parámetros de fragilidad a través del cálculo de dos índices, uno clínico basado en 31 ítems y otro motor basado en 8 parámetros conductuales. Posteriormente, se administró una única dosis intramuscular (i.m.) de 0.1 ml de solución vehículo o de adenovirus, según lo descrito en el apartado anterior. Luego de 21 días de tratamiento, se evaluaron los efectos de la terapia sobre los parámetros de fragilidad, la actividad motora, fuerza, de comportamiento de tipo ansioso y cognitivos. Posteriormente se procedió a la eutanasia de los animales para el análisis de las muestras donde se observó 18 que la terapia génica con IGF-1 incrementa los niveles del factor trófico en suero, disminuye la fragilidad asociada al envejecimiento, incrementa la destreza motora, restaura el comportamiento típico de especie, mejora la memoria espacial a corto plazo, disminuye los niveles de microgliosis en CPu y aumenta los niveles de expresión de IL-10 en CPu. En ambos modelos experimentales en los cuales implementamos la terapia génica con IGF-1 observamos cambios en el fenotipo conductual con su correlato a nivel estructural y bioquímico. A partir de esto, inferimos que la terapia génica para el factor símil insulina de tipo 1 (IGF-1) constituye una estrategia efectiva para el tratamiento o prevención de diversos procesos neurodegenerativos disminuyendo la inflamación, aumentando la capacidad de recuperación y la plasticidad sináptica y por lo tanto la funcionalidad de circuitos hipocampales vinculados a memoria y aprendizaje. Ante el desarrollo de la presente tesis doctoral, podemos inferir que resulta de gran relevancia comprender en detalle los fenómenos neuroinflamatorios y avizorar la posibilidad de reversión de los mismos, lo que conducirá a enorme implicancia terapéutica futura en la modulación de múltiples patologías humanas asociadas a neuroinflamación. Es importante replantearnos al cerebro envejecido dañado o a los procesos neurodegenerativos ya no como un camino indefectiblemente en declive de una sola dirección, sino, como un trayecto sinuoso en el que una mejor comprensión de los mecanismos que llevan al deterioro bioquímico celular, en primer lugar y conductual en consecuencia podrían visualizarse como el camino de retorno.