investigaciones con transgenicos en enfermedades psiquiatricas

1. Título del proyecto: Caracterización completa de la neurogénesis hipocampal en ratones
transgénicos modelos de enfermedades psiquiátricas.
Resumen de la propuesta
Antecedentes y estado actual:
:
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

2. 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.