El exceso de función de los receptores de kainato reproduce síntomas del espectro autista

 

Isabel Aller y Juan Lerma

 Instituto de Neurociencias. Consejo superior investigaciones científicas- Universidad Miguel Hernández (CSIC-UMH). Alicante

La forma y la eficacia de las sinapsis, esenciales para el funcionamiento del cerebro, se pueden ver alteradas por cambios en su configuración molecular. La variación del número de copias (la delección o duplicación de una región cromosómica) de genes implicados en la función sináptica se ha relacionado recientemente como un factor de riesgo de retraso mental o autismo.

Un componente fundamental de la sinapsis es el conjunto de receptores que perciben el mensaje químico proporcionado por una neurona a la siguiente. En las sinapsis excitatorias, esta función la median los receptores de glutamato. De las tres subfamilias de receptores de glutamato ionotrópicos, el papel en la fisiología cerebral y patología cerebral del tipo kainato es menos conocido que el de otros receptores de glutamato. Sin embargo, se ha encontrado que la expresión de genes que codifican para subunidades de los receptores de glutamato del tipo kainato, como GRIK2 y GRIK4, están alterados en autismo y otras enfermedades. Por ejemplo, se ha encontrado una disrupción del gen GRIK4 asociado a individuos con esquizofrenia y retraso mental y la citobanda cromosómica donde GRIK4 mapea parece verse duplicada de novo en casos de autismo. De hecho, esta región cromosómica es muy inestable sufriendo translocaciones que originan ganancias o pérdidas de función de varios genes.

GRIK4 codifica para una subunidad de alta afinidad del receptor de kainato, GluK4, que se expresa en la corteza y el hipocampo, entre otras estructuras cerebrales. Para delinear el papel desempeñado por esta subunidad (es decir, por la variación de expresión del gen GRIK4) en enfermedades cerebrales humanas, hemos evaluado las consecuencias fisiológicas y comportamentales de la sobreexpresión de grik4 en el cerebro anterior del ratón.

Para ello, se generaron ratones transgénicos con copias adicionales del gen grik4 (etiquetadas con 5 copias del epítopo myc para su detección) que fueron insertados en el genoma de ratón bajo el control del promotor de la CaMKII, que se activa en las neuronas principales del prosencéfalo, no en las interneuronas. Es importante tener en cuenta que de los nueve líneas de ratones que obtuvimos, solo fueron seleccionados dos de ellos para este estudio en base a los niveles moderados de expresión de myc-GluK4.

 Marcado de MycGluK4 en neuronas del área CA3 del Hipocampo (rojo) co-localizando con botones sináptico (verde). Imagen: Isabel Aller, Instituto de Neurociencias de Alicante.

Marcado de MycGluK4 en neuronas del área CA3 del Hipocampo (rojo) co-localizando con botones sináptico (verde). Imagen: Isabel Aller, Instituto de Neurociencias de Alicante, Consejo Superior de Investigaciones Científicas- Universidad Miguel Hernández.

Primeramente estudiamos dónde se expresaba esta proteína recombinante y si ésta forma parte de los receptores funcionales. El análisis inmunocitoquímico del hipocampo reveló que la subunidad GluK4 recombinante estaba presente en los mismos sitios donde normalmente se expresa la proteína nativa. Los registros electrofisiológicos en neuronas piramidales del área CA3 hipocámpica de rodajas cerebrales, indicaron que en estos ratones, las respuestas mediadas por los receptores de kainato eran mayores y presentaban una cinética alterada, demostrando que la proteína sobreexpresada participaba de los receptores de kainato funcionales que se encuentran en la sinapsis.

Curiosamente, la acción de sobreexpresión de GluK4 no se limitó a la alteración de los receptores de kainato, sino que también aumentó la frecuencia y la amplitud de otros eventos sinápticos como los mediados por los receptores de AMPA. Aunque el aumento de la frecuencia de estos eventos podría ser explicado por el aumento en la probabilidad de liberación, debido a la inserción de estos receptores en las terminales presinápticos, el aumento en amplitud es más difícil de entender. Sin embargo, en conjunto, estos datos indicaban un aumento de la transmisión sináptica y, por lo tanto, que la función de todo el circuito podía verse comprometida. Esto se evaluó en registros electrofisiológicos in vivo, donde se evidenció un cambio en la ganancia del circuito trisináptico hipocámpico.

Nos interesamos entonces en determinar si esta alteración funcional del circuito cerebral podría afectar el comportamiento animal. Para ello, sometimos a los ratones transgénicos que sobreexpesaban GluK4 (GluK4over) y sus hermanos de camada control a una batería completa de pruebas comportamentales. Estas demostraron diferencias significativas entre los ratones de tipo salvaje y los transgénicos, aunque los ratones transgénicos no presentaron evidencia de déficit motor o problemas de memoria espacial.

Los ratones GluK4over presentaron claros síntomas de anhedonia, según se pudo determinar por la menor apetencia a la ingesta de agua azucarada en comparación con ratones normales. La anhedonia es un síntoma clínico de depresión y por ello comprobamos la existencia de depresión en estos animales mediante el test de la natación forzada, confirmando que los ratones que sobreexpresaban GluK4 estaban severamente deprimidos.

Un hecho que fue claramente evidente a nuestros ojos fue que los ratones GluK4over evitaban las zonas abiertas. Esto podía ser un signo de ansiedad y por ello evaluamos este hecho utilizando tres pruebas comportamentales independientes, comúnmente empleadas para evaluar este comportamiento en los animales: el laberinto en cruz elevado, el test de campo abierto y el de la caja de luz-oscuridad. En todas estas pruebas, los ratones GluK4over mostraron fuertes signos de ansiedad.

Por último, quisimos ver si estos ratones tenían déficits de interacción social, la característica más común utilizada para diagnosticar el autismo. Para ello utilizamos el test de interacción social de las tres cámaras. Lo que observamos fue bastante notable. Aunque los ratones GluK4over interactuaron más fuertemente con un ratón que con un objeto, lo que indicó un correcto nivel de discriminación de los congéneres frente a objetos inanimados, éstos interactuaron igualmente con ratones con los que no habían tenido contacto, y ratones conocidos (familiares). Por el contrario, los ratones normales, discriminan entre unos y otros, mostrando mayor interés por los ratones desconocidos. Esto indicó un claro déficit de interacción social en los ratones mutantes. Lo que resultó incluso más interesante fue el seguimiento de las trayectorias de los GluK4over, que revelaron en la mayoría de los animales su tendencia a permanecer en la cámara ocupada por los ratones familiares, aunque permaneciendo en la esquina más alejada de ellos. Este comportamiento estereotipado recapitula los síntomas que se observan en los trastornos del espectro autista.

Correlacionar los fenotipos conductuales particulares con las alteraciones en los niveles de receptores sinápticos no siempre es sencillo. Sin embargo, nuestros datos abogan fuertemente por un vínculo entre la actividad de algunos circuitos y los aspectos comportamentales. En nuestra opinión, la alteración de la ganancia sináptica de uno u otro circuito resultaría en fenotipos comportamentales particulares, como la depresión o la ansiedad. Como prueba de concepto, el tratamiento de estos animales con el típico antidepresivo fluoxetina (Prozac), no tuvo ningún efecto sobre la depresión o la ansiedad. Sin embargo, la Tianeptine (Zinosal) abolió la depresión, pero no tuvo efecto alguno sobre los síntomas de ansiedad. Aunque el mecanismo de acción de la Tianeptina no está enteramente dilucidado, parece actuar a nivel de sinapsis glutamatérgicas, a diferencia de la fluoxetina que es un inhibidor de la recaptación de serotonina. Como quiera que fuera, estos datos sugieren que este antidepresivo fue capaz de restaurar la actividad normal en circuitos relacionados con la depresión, pero no los relacionados con la ansiedad. Nuestros datos además refuerzan la idea de que la actividad en un circuito dado se vincularía a un determinado comportamiento anormal e indican que el ratón GluK4over es un buen modelo donde estudiar todos estos aspectos relacionados con los trastornos del espectro autista.

Referencia: Aller MI, et al. Increased Dosage of High-Affinity Kainate Receptor Gene grik4 Alters Synaptic Transmission and Reproduces Autism Spectrum Disorders Features. J Neurosci. 2015 Oct 7;35(40):13619-28. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2217-15.2015.

Fuente: http://in.umh.es/destacada59.aspx

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