Título del proyecto: Caracterización completa de la neurogénesis hipocampal en ratones transgénicos modelos de enfermedades psiquiátricas.

Resumen de la propuesta

Antecedentes y estado actual:

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En la actualidad, no existen tratamientos eficaces para desórdenes psiquiátricos de elevada prevalencia en la sociedad como son la Esquizofrenia o la Depresión. Además de su baja efectividad, en el 30-60% de los pacientes provocan efectos secundarios graves y de larga duración lo que conlleva un elevado abandono de tratamientos. Por lo tanto, son urgentemente necesarias nuevas terapias basadas en nuevos mecanismos de acción.

A raíz de trabajos de colaboración llevados a cabo entre empresas del grupo Progenika y la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), se identificaron dos proteínas de especial interés por mostrar un alto potencial como nuevas dianas terapéuticas, una de ellas para Esquizofrenia y una segunda para Depresión. La primera de ellas, componente del sistema SNARE, crucial en la liberación de neurotransmisores, se mostró significativamente sobre-expresada en cerebros de pacientes con Esquizofrenia, mientras que la segunda, una citoquina implicada en numerosos procesos biológicos, se encontró sobre-expresada en pacientes con Depresión Mayor. BRAINco Biopharma desarrolló dos modelos de ratones transgénicos sobre-expresando a nivel cerebral las dianas antes mencionadas. La función de estos modelos es por un lado, confirmar la implicación de las proteínas de interés en las enfermedades mencionadas (Esquizofrenia y Depresión) y, por otro, poder utilizar estos animales transgénicos para testar nuevos fármacos antipsicóticos y antidepresivos con innovadores mecanismos de acción.

BRAINco ha venido realizando una exhaustiva caracterización de estos modelos animales a nivel bioquímico y conductual, quedando demostrada la implicación de las dianas de interés en la etiopatogenia de las correspondientes enfermedades en estudio. En ambos casos, los animales transgénicos muestras déficits cognitivos, siendo justamente éstos, los síntomas que los medicamentos actualmente en el mercado no son capaces de solucionar. Los modelos transgénicos generados por BRAINco, abren las puertas a la búsqueda y testado de compuestos químicos con potenciales efectos positivos en cognición. Uno de los mecanismos biológicos muy estudiados actualmente e implicado en procesos cognitivos (1-3), es la neurogénesis o proceso de creación de nuevas neuronas. Existen, además, gran cantidad de estudios que demuestran la relación entre alteraciones en este proceso y el desarrollo de enfermedades como la Esquizofrenia y la Depresión Mayor. Por todo ello, BRAINco tiene gran interés en llevar a cabo un completo estudio de la neurogénesis hipocampal en sus modelos animales, tanto en condiciones basales, como en condiciones de estrés e incluso tras tratamientos farmacológicos.

La neurogénesis, el proceso de generación de nuevas neuronas a partir de células madre neurales (NSCs), persiste en el hipocampo de los mamíferos, incluidos los humanos (4), durante la vida adulta. La eliminación o reducción de la neurogénesis mediante agentes antimitóticos, irradiación con rayos X o ablación genética ha demostrado que la neurogénesis adulta es requerida para la formación de nuevas memorias (5) y el aprendizaje (6). Su eliminación o reducción también afectan al control de las emociones, incrementandose la ansiedad y alterando las respuestas al estrés y el miedo (7-9). En muestras humanas, la proliferación de las NSCs hipocampales se reduce en el hipocampo de pacientes de esquizofrenia (10). Finalmente, la alteración de la neurogénesis hipocampal adulta puede estar involucrada en la aparición de la depresión, y la eficacia de algunos tratamientos

antidepresivos se anula cuando éstos no pueden incrementar la neurogénesis (11-13). Resulta esencial por lo tanto evaluar cómo la neurogénesis hipocampal adulta se altera en modelos de Depresión y Esquizofrenia para entender su implicación en la etiología de dichas enfermedades y para desarrollar tratamientos más completos y precisos contra ellas.

Objetivo principal:

BRAINco está especialmente interesado en el descubrimiento de nuevos tratamientos para enfermedades psiquiátricas como la Esquizofrenia y la Depresión Mayor, que mejoren las limitaciones de los fármacos existentes en la actualidad, poniendo especial énfasis en la mejora de los déficits cognitivos. Para ello, resulta necesaria la caracterización detallada de los procesos biológicos implicados en dichos fenómenos como es el caso de la neurogénesis hipocampal adulta.

Descripción técnica breve del proyecto, requisitos y necesidades:

El nivel de neurogénesis adulta se determina por la activación y el agotamiento de las NSCs, la proliferación de los progenitores intermediarios y la supervivencia y diferenciación de las neuronas inmaduras (neuroblastos). El análisis básico de estos tres parámetros se realizará en animales de las líneas de ratones transgénicos modelos de depresión y esquizofrenia. Además, para evaluar ciertas variables de una manera más pormenorizada dichos animales podrían cruzarse con ratones de la línea transgénica Nestin-GFP (14). En estos ratones la expresión de la proteína fluorescente verde (GFP) permite visualizar las NSCs y los progenitores intermedios del hipocampo. Los dobles transgénicos DM-BRC/Nestin-GFP y SQ-BRC/Nestin-GFP servirán para analizar los cambios (tasa mitótica, tamaño poblacional y superviviencia/muerte celular) en cada uno de los tipos celulares específicos que conforman la cascada neurogénica en el hipocampo adulto, desde que una NSC se activa y divide hasta que la nueva neurona se integra en los circuitos del hipocampo, tanto a corto, como a largo plazo.

Para ello se aplicarán técnicas de estereología basadas en microscopía confocal que el investigador principal ha desarrollado y utilizado en los últimos años (15). Como paradigma general, los animales serán inyectados con el análogo de la timidina bromodeoxi-uridina (BrdU) que se incorpora de manera permanente en el ADN de las células que entran en la fase de síntesis (S-phase) en del ciclo celular. El sacrificio de los animales se llevará a cabo a diferentes tiempos, (horas, días y semanas) después de la administración de BrdU y las muestras de cerebro se procesarán para doble, triple y cuádruple inmunotinción de fluorescencia (12,15). La utilización de un anticuerpo contra BrdU permitirá cuantificar los cambios producidos por el modelo de depresión o esquizofrenia a corto plazo (activación de NCS, proliferación de progenitores, muerte celular) y a largo plazo (superviviencia y diferenciación neuronal). Se utilizarán también marcadores de mitosis (Ki67, fosfohistona-3), y marcadores específicos de tipo celular (GFAP, doblecortina, PSA-NCAM, Prox-1, NeuN y S100-ß) para detectar de manera inequívoca las NSCs, los progenitores intermedios, los neuroblastos, las neuronas maduras y los astrocitos que participan en la cascada neurogénica y comprobar los cambios inducidos por el modelo de depresión y esquizofrenia frente a los ratones control (carentes de las mutaciones correspondientes).

Tanto las colonias DM-BRC y SQ-BRC generadas por BrainCo como las Nestin-GFP están estabilizadas y disponibles para su uso. El Dr. Encinas importó y mantiene la línea Nestin-GFP en el animalario del campus de Leioa, Bizkaia de la UPV/EHU y dispone de toda la documentación precisa paras su utilización (MTAs de Cold Spring Harbor Laboratory). El Dr. Encinas y su grupo tienen acceso y utilizan los microscopios confocales ubicados en la Facultad de Medicina y Odontología de la UPV/EHU.