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Investigadores del IUNICS demuestran
el papel fundamental de la citoquinas
en el proceso degenerativo de las
motoneuronas en la esclerosis lateral
amiotrófica (ELA)
PALABRAS CLAVE:
motoneurona,
neurodegeneración,
receptores de
glutamato,
microglía, respuesta
autoinmune, muerte
celular, apoptosis,
TNF-α, citoquinas
KEYWORDS:
motoneuron,
neurodegeneracion,
glutamate
receptors, microglia,
autoimmunity, cell
death, apoptosis,
TNF-α, cytokines
A través de un modelo que reproduce en el laboratorio y en tejidos
animales la muerte de las motoneuronas que caracteriza a la esclerosis
lateral amiotrófica (ELA), los investigadores del Grupo de Neurobiología
Celular del IUNICS han podido mostrar el papel fundamental que
desempeñan las citoquinas en el proceso degenerativo. Se trata de
proteínas sintetizadas por las células de la glía como respuesta a la
inflamación y que, lejos de resolver la situación creada por una exceso
de ácido glutámico, incrementan su acción tóxica en un círculo vicioso
nefasto para el paciente
Sección de la
médula espinal
de una rata. En
el recuadro
inferior pueden
observarse las
motoneuronas
vistas al
microscopio.
La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una
enfermedad neurodegenerativa que afecta
Después de esclarecer los mecanismos moleculares
selectivamente a las neuronas del sistema motor
implicados en la apoptosis (muerte celular) de los
voluntario que controlan los músculos (motoneuronas)
miotubos musculares, el grupo ha establecido, por
y que están localizadas en la corteza cerebral, el
primera vez, el papel que desempeñan algunas
tronco del encéfalo y la médula espinal. La pérdida
proteínas llamadas citoquinas en la muerte de las
incesante de motoneuronas provoca en el paciente
motoneuronas.
debilidad y atrofia muscular progresiva, lo que conduce
a una parálisis cada vez más extensa. Otras
enfermedades también provocan atrofia muscular y
Introducción
caquexia (muerte del músculo esquelético): cáncer,
insuficiencia cardiaca crónica, sepsis, artritis
El Grupo de Neuobiología Celular del IUNICS es
reumatoide, enfermedad obstructiva pulmonar crónica
dirigido por el doctor Gabriel Olmos, profesor titular del
(EPOC), entre otras.
área de Biología Celular del Departamento de Biología
de la UIB. En la actualidad el grupo está compuesto
Motoneuronas
cultivadas in vitro
a las que se ha
marcado con una
sustancia
fluorescente para
facilitar su
estudio
microscópico.
¿Cuáles son las causas de la muerte de las
por cinco investigadores: la doctora Jerònia Lladó,
motoneuronas en el caso de la ELA y por qué se
investigadora del Programa "Ramón y Cajal", dos
produce atrofia muscular en las enfermedades
becarios financiados por el Fondo de Investigación
citadas? Estos dos interrogantes se encuentran en la
Sanitaria (FIS) del Ministerio de Sanidad y Consumo,
base de la investigación que lleva a cabo el Grupo de
Margalida Mir y el doctor Víctor Asensio, y una becaria
Neurobiología Celular del Instituto Universitario de
financiada por la Conselleria d’ Economia, Hisenda i
Investigaciones en Ciencias de la Salud (IUNICS), un
Innovació del Govern de les Illes Balears, Laia Tolosa.
instituto mixto entre la Universitat de les Illes Balears y
El grupo colabora con especialistas del Servicio de
la Conselleria de Salud y Consumo del Govern de les
Neurología del Hospital Universitario de Son Dureta de
Illes Balears.
Palma y con otros grupos nacionales e
internacionales.
transportadora del ácido glutámico por parte de las
células gliales. Como consecuencia de esta merma, el
La línea principal de investigación del grupo se centra
medio extracelular del tejido nervioso afectado
en la actualidad en el estudio de los mecanismos
contiene niveles excesivos del neurotransmisor. De
celulares y moleculares que intervienen en la muerte
hecho, el único fármaco existente hoy día para el
de las motoneuronas, fenómeno que afecta a los
tratamiento de la ELA está dirigido a reducir los niveles
pacientes de esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Sin
de ácido glutámico en el tejido nervioso. El riluzol,
embargo, el grupo ha investigado previamente los
utilizado en ensayos clínicos, actúa inhibiendo la
mecanismos implicados en la muerte de células
liberación del neurotransmisor por parte de las
musculares, un proceso que afecta no sólo a enfermos
motoneuronas.
de ELA sino también a pacientes de una amplia gama
de enfermedades como el cáncer, la artritis
Son varios los grupos de investigación que abordan
reumatoide, el SIDA o la enfermedad obstructiva
desde distintos enfoques las causas originales de la
pulmonar crónica (EPOC).
ELA. De hecho, se ha comprobado que el 20% de los
casos de ELA familiar (un 10% del total de casos en el
En los pacientes de ELA las funciones cerebrales no
mundo) están relacionados con la mutación del gen
vinculadas a la actividad motora (inteligencia,
codificador de un enzima, el Cu-Zn superóxido
sensibilidad) generalmente permanecen inalteradas,
dismutasa. Sin embargo, no se conocen los
incluso en las etapas finales de la enfermedad. Por el
mecanismos por los que dicha mutación origina la
contrario, son las neuronas asociadas al sistema motor
patología. A pesar de lo anterior, el hallazgo de esa
voluntario, las motoneuronas, aquellas que mueren
mutación ha posibilitado que los investigadores
irremisiblemente. Aunque la enfermedad fue descrita
puedan disponer de animales de experimentación con
en el año 1869 por Jean-Marin Charcot, las causas de
el gen mutado. Estos animales desarrollan una
la ELA siguen sin ser identificadas, extremo que
esclerosis lateral amiotrófica parecida a la humana.
dificulta la investigación y el diseño de tratamientos
eficaces para detener su curso. Cabe tener presente
En investigaciones realizadas sobre animales con el
que anualmente son diagnosticados dos casos de ELA
gen mutado se ha podido comprobar una menor
por cada 100.000 habitantes o, cuantificado de otra
función del transportador EAAT2 de las células gliales.
manera, cada año se diagnostican 15 nuevos casos
Gracias a este transportador las células de la glía
entre la población de edad comprendida entre los 60 y
los 69 años.
¿Qué se conoce sobre la muerte de las
motoneuronas asociada a la ELA?
Las neuronas utilizan unos mensajeros químicos
llamados neurotransmisores para traspasar
información a otras neuronas o a otras células del
organismo. Uno de esos neurotransmisores es el ácido
glutámico. Los niveles de ácido glutámico en el tejido
nervioso están regulados por las llamadas células
gliales (astrocitos, microglía). Estas células son
capaces de introducir en su interior el ácido glutámico
liberado por las neuronas, manteniendolo así en
niveles reducidos en el medio extracelular.
Desde hace dos décadas se sabe que los pacientes
de ELA presentan una disminución de esta actividad
Células
musculares o
miotubos.
Miotubos: células
musculares
polinucleadas
obtenidas en el
laboratorio
reproduciendo la
miogénesis a
partir de
mioblastos.
pueden introducir el ácido glutámico en su interior y
provocar el descenso de los niveles extracelulares del
organotípicos de médula espinal de rata y ha puesto a
neurotransmisor.
punto un modelo de neurotoxicidad lenta inducida por
glutámico. Esto quiere decir que los investigadores
¿Qué relación existe, sin embargo, entre un exceso de
añaden al cultivo de médula espinal de rata un
ácido glutámico en los pacientes de ELA y la muerte
inhibidor de la recaptación del glutámico (el THA), con
de sus motoneuronas? Aunque los investigadores han
lo que consiguen concentraciones del neurotransmisor
tenido en cuenta varias hipótesis, el modelo propuesto
que acaban afectando a las motoneuronas, las cuales
en los últimos años implicaría a un determinado tipo
acaban muriendo al cabo de 3 ó 4 semanas.
de proteína en todo el proceso. Según esta hipótesis,
las citoquinas proinflamatorias, proteínas liberadas por
Paralelamente y en el marco del proyecto "Efectos de
la microglía (células gliales) podrían tener un efecto
citoquinas proinflamatorias sobre celulas muscuales y
facilitador de los efectos tóxicos del ácido glutámico
motoneuronas; implicaciones en la etiopatología de la
sobre las motoneuronas. Dicho de otra manera, las
pérdida de masa muscular", también con financiación
citoquinas proinflamatorias aumentarían la sensibilidad
del FIS, los investigadores han estudiado los efectos
de las motoneuronas ante la toxicidad del ácido
de las citoquinas sobre las motoneuronas.
glutámico. Si la hipótesis estuviera en lo cierto, sería la
activación de la microglía la que, al producir citoquinas
En concreto, el Grupo de Neurobiología Celular del
proinflamatorias, desencadenaría la ELA. Su papel
IUNICS ha analizado la expresión de dos citoquinas: el
sería el de iniciar o propagar la enfermedad.
factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α ) y el interferón
gamma. Los experimentos han podido demostrar que
Esta hipótesis neuroinflamatoria como
ambas citoquinas tienen un efecto sinérgico, de
desencadenante de la ELA se halla en la base de las
manera que cuando actúan conjuntamente el número
investigaciones realizadas por el Grupo de
de motoneuronas que mueren aumenta de manera
Neurobiología Celular del IUNICS.
significativa.
El resultado es especialmente interesante por cuanto
El papel de las citoquinas
hasta hoy el papel de las citoquinas en la muerte de
las motoneuronas se había centrado en el TNF-α,
Desde hace varios años y en el marco del proyecto
como único protagonista, descuidando otras
"Mecanismos celulares y moleculares de la
citoquinas sintetizadas por las células de la glía. Los
degeneración de motoneuronas", con financiación del
resultados obtenidos por el grupo demuestran que la
Fondo de Investigación Sanitaria (FIS), el Grupo de
sinergia de dos citoquinas tiene un efecto mucho
Neurobiología Celular del IUNICS realiza cultivos
mayor que el efecto de cada una de ellas actuando
separadamente.
En este caso, los investigadores utilizaron un cultivo
Las últimas investigaciones del grupo en esta línea de
de mioblastos (células precursoras de las musculares)
trabajo relacionan la acción sinérgica de las dos
para reproducir en el laboratorio la miogénesis, es
citoquinas sobre las neuronas con un enzima: el óxido
decir el proceso mediante el cual los mioblastos se
nítrico sintetasa, que cataliza la síntesis del óxido
convierten en células musculares polinucleadas.
nítrico. Los investigadores han comprobado como el
Reproducir la miogénesis in vitro es posible
TNF-α favorece la expresión del enzima, pero que la
reduciendo el suero al cultivo de mioblastos. Entonces
presencia del interferón gamma provoca un aumento
éstos se fusionan dando lugar a miotubos con multitud
en la producción. La relación entre la muerte de las
de núcleos.
motoneuronas y la elevada concentración de nitritos
inducida por la acción sinérgica de las citoquinas pasa
En este caso el Factor de Necrosis Tumoral Alfa (TNF-
por la síntesis de radicales libres como el peróxido-
α) añadido al cultivo provoca la muerte de las células
nitrito, que parece ser el agente destructor principal de
musculares. A diferencia, sin embargo, de lo que
proteinas y causante de la muerte de las neuronas.
ocurría en el caso de las motoneuronas, el papel del
interferón gamma no es el de aumentar la acción del
TNF-α, sino actuar como protector. El resultado es
La muerte de células musculares
muy interesante en dos sentidos. Por una parte, se ha
probado por primera vez el efecto de las citoquinas en
Tal como hemos comentado más arriba, el estudio del
la muerte de células musculares. Pero, por otra parte,
efecto de las citoquinas sobre las motoneuronas tiene
el descubrimiento de que otras citoquinas pueden
un precedente en las primeras investigaciones
tener un efecto protector es capital de cara al
realizadas por el Grupo de Neurobiología Celular en
desarrollo futuro de fármacos que puedan detener el
un tejido diferente: el tejido muscular. Al fin y al cabo,
proceso de apoptosis (muerte celular) de las células
como recuerda el doctor Olmos, "tanto la ELA, como
musculares asociado a diversas enfermedades.
otras enfermedades tienen en común el desarrollo de
una importante atrofia muscular asociada".
Grupo de
Neurobiología
Celular del
IUNICS. De
izquierda a
derecha: doctora
Jerònia Lladó,
Margalida Mir,
doctor Gabriel
Olmos, Laia
Tolosa y el
doctor Víctor
Asensió.
Proyectos financiados
Título: Efectos de las citoquinas proinflamatorias sobre células musculares y motoneuronas: implicaciones en la
etiopatología de la pérdida de masa muscular.
Entidad financiadora: Fondo de Investigaciones Sanitarias- FIS (PI041507).
Periodo: 2005- 2007
Investigador principal: doctor Gabriel Olmos Bonafé.
Título: Estudio de las bases moleculares de la pérdida de masa muscular
Entidad financiadora: Conselleria de Salut i Consum, Govern de les Illes Balears (15AA/2004).
Periodo: 2004- 2006
Investigador principal: doctora Jerònia Lladó Vich.
Título: Mecanismos celulares y moleculares de la degeneración de motoneuronas. Regulación por oxígeno.
Entidad financiadora: Fondo de investigaciones Sanitarias- FIS (PI030632)
Periodo: 2004- 2006
Investigador principal: doctora Jerònia Lladó Vich.
Título: Estudio del efecto de fármacos opiáceos sobre la viabilidad neuronal y su relación con el desarrollo de la
tolerancia al efecto antinociceptivo.
Entidad financiadora: Comisión interministerial de Ciencia y Tecnología. CICYT. Plan Nacional de I+D. Proyecto
SAF2000-0164-C02-02.
Periodo: 2000- 2003
Investigador principal: doctor Gabriel Olmos Bonafé.
Coordinador del Grupo de Neurobiología Celular
del IUNICS
Doctor Gabriel Olmos, profesor titular del área
de Biología Celular del Departamento de Biología de
la UIB.
Coordinador del Grupo de Neurobiología Celular
del Instituto Universitario de Investigaciones
en Ciencias de la Salud (IUNICS).
Edificio Guillem Colom Casasnovas
Tel.: 971 17 24 48
Email: [email protected]
Otros miembros del Grupo de Neurobiología Celular del IUNICS
Investigadores
Dra. Jerònia Lladó Vich (Dept. de Biología/IUNICS. UIB)
Dr. Víctor Asensio Landa (Dept. de Biología/IUNICS. UIB)
Laia Tolosa Pardo (Dept. de Biología/IUNICS. UIB)
Margarita Mir Mas (Dept. de Biología/IUNICS. UIB)
Francesc X. Miralles Morell. (Servicio de Neurología/IUNICS, Hospital Universitario Son Dureta).
Colaboradores
Félix Viana de la Iglesia, Instituto de Neurociencias de Alicante
Publicaciones
J. Lladó, C. Haenggeli, A. Pardo, V. Wong, L. Benson, C. Coccia, J.D. Rothstein, J.M. Shefner, N.J. Maragakis.
Degeneration of respiratory motor neurons in the SOD1 G93A transgenic rat model of ALS. Neurobiology of
Disease 21:110 -118 (2006).
L.Tolosa, M. Morlá, A. Iglesias, X. Busquets, J. Lladó, G. Olmos. IFN-gamma prevents TNF-alpha-induced
apoptosis in C2C12 myotubes through down-regulation of TNF-R2 and increased NF-kappaB activity. Cellular
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J. Lladó, C. Haenggeli, N.J. Maragakis, E.Y. Snyder, J.D. Rothstein. Neural stem cells protect against glutamateinduced excitotoxicity and promote survival of injured motor neurons through the secretion of neurotrophic factors.
Molecular and Cellular Neuroscience 27 (3): 322-331(2004).
D.A. Kerr, J. Lladó, M.J. Shamblott, N.J. Maragakis, D. Irani, T. Crawford, C. Krishnan, S. Dike D. Gearhart, J.D.
Rothstein. Human embryonic germ cell derivatives facilitate motor recovery of rats with diffuse motoneuron injury.
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O.Tarabal, J. Calderó, J. Lladó, R.W. Oppenheim, J.E. Esquerda. Long-lasting aberrant tubulovesicular
membrane inclusions accumulate in developing motoneurons after a sublethal excitotoxic insult: a possible model
for neuronal pathology in neurodegenerative disease. The Journal of Neuroscience 21: 8072 - 8081 (2001).
Comunicaciones a congresos
Tolosa, L.; Morlá, M.; Iglesias, A.; Busquets, X.; LLadó, J.; Olmos, G. Interferón gamma inhibe la apoptosis
inducida por factor de necrosis tumoral alfa en miotubos C2C12. XXVII Congreso de la Sociedad Española de
Bioquímica y Biología Molecular. Libro de Resúmenes. p. 133. P01-10. Lleida. 2004.
Tolosa, L.; V. J. Asensio, M. Mir, G. Olmos, J. Lladó. Efectos del VEGF en la degeneración excitotóxica de
motoneuronas en cultivos de médula espinal. XI Congreso de la Sociedad Española de Neurociencia. Revista de
Neurología, vol. 41, Supl 2, Septiembre 2005. Málaga. 2005