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TERCERA CONVOCATORIA DE PROYECTOS COOPERATIVOS (2013)
Durante el mes de mayo de 2013 se publicó la tercera convocatoria de proyectos cooperativos
CIBERNED, que fue evaluada de nuevo por la ANEP y resuelta a principios de septiembre con la
adjudicación de 5 nuevos proyectos colaborativos, que se relacionan a continuación:
Nº
Título
Coordinador
11
Propiedades emergentes de la relación neurona-glia que subyacen
a neurodegeneración y demencia en la enfermedad de Alzheimer
Torres Alemán, Ignacio
12
La dinámica mitocondrial y mitofagia como dianas terapéuticas en
las Enfermedades de Parkinson y Huntington
Soriano García, Eduardo
13
Identificación y caracterización molecular de subpoblaciones de
receptores cannabinoides en poliglutaminopatías r
Guzmán Pastor, Manuel
14
Papel de GSK‐3β en las alteraciones de los circuitos corticales que
ocurren en la enfermedad de Alzheimer
Iglesias Vacas, Teresa
15
Degeneración sináptica y desregulación de la neurogénesis del
adulto en modelos murinos de neurodegeneración
Fernández Chacón, Rafael
Esta tercera convocatoria de proyectos, dotada con 688.000€ anuales durante dos años,
cuenta con la participación de 23 grupos de investigación de CIBERNED y un grupos asociado
externo.
A continuación se presenta un resumen de los objetivos planteados para los proyectos
aprobados en la tercera convocatoria, iniciados durante la segunda mitad de 2013.
Proyecto 11: Propiedades emergentes de la relación neurona-glia que subyacen a
neurodegeneración y demencia en la enfermedad de Alzheimer
Investigador Principal
Torres Alemán, Ignacio
Vicario Abejón, Carlos
Vitorica Ferrándiz, Javier
Comella Carnicé, Joan Xavier
Gutiérrez Pérez, Antonia
Moratalla Villaba, Rosario
Boada Rovira, Mercé
Institución
CIBERNED, Instituto Cajal CSIC, Madrid
CIBERNED, Instituto Cajal CSIC, Madrid
CIBERNED, Universidad Pablo de Olavide, Sevilla
Grupo asociado, ISCIII - Fundación CIEN
CIBERNED, Hopsital Universitario La Paz, Madrid
Grupo asociado, CIBERNED, Instituto Cajal CSIC, Madrid
Grupo asociado, Fundación ACE, Barcelona
Resumen
La importancia de la astroglia como soporte metabólico de la neurona y barrera protectora
frente al estrés oxidativo, o de la microglia como componente celular clave del sistema inmune
(“macrófago cerebral”) está fuera de toda duda. Sin embargo, las más que probables
distorsiones de la homeostasis bidireccional neurona-glia que subyacen a la enfermedad de
Alzheimer (EA) en particular no se conocen bien. La suma de estas distorsiones, que en
definitiva son respuestas adaptativas, da lugar a “propiedades emergentes” (alteraciones
fenotípicas/funcionales) del sistema que resultan en la aparición y progresión gradual de la
patología así como de los síntomas clínicos. En este proyecto proponemos la identificación de
los mecanismos subyacentes a la aparición de estas propiedades emergentes y su impacto en
el desarrollo de sinapto-toxicidad y subsiguiente muerte neuronal (probables bases de la
demencia) utilizando muestras de pacientes y modelos animales. El objetivo último es
identificar potenciales dianas terapéuticas para modular la relación neurona-glia y así
evitar/minimizar la degeneración neuronal y por tanto la progresión clínica de la EA.
En concreto queremos evaluar desde una perspectiva multidisciplinar y traslacional aspectos
muy concretos de los elementos celulares arriba mencionados. Analizaremos por separado las
propiedades emergentes de la microglia, astroglia y neuronas (combinando estudios en
modelos animales y material humano) teniendo en mente la constante y estrecha interrelación
funcional entre ellas. Proponemos al binomio A/tau como hilo conductor desencadenante de
las propiedades emergentes de los 3 tipos celulares. Siendo conscientes de la enorme atención
puesta en el proceso inflamatorio en la EA y por ende la intensa competencia que significa,
proponemos determinar el impacto de A/tau en el proceso de diferenciación microglial típico
de la EA (manipulándolo in vitro tras su caracterización en regiones con gran impacto
patológico en pacientes de EA) como primer evento adaptativo que a través de mediadores
intercelulares (tendremos en cuenta solo citoquinas y factores de crecimiento) genera, junto
con A/tau, propiedades emergentes en astroglia y neuronas. En astrocitos nos fijaremos en la
aparición inducida por A/tau (probablemente en interacción con TNF de origen microglial)
de una interacción entre la fosfatasa calcineurina (implicada en procesos inflamatorios) y el
factor de transcripción Foxo (implicado en respuestas a estrés oxidativo) y cambios
adaptativos en la señalización del factor neuroprotector IGF-I. En neuronas analizaremos la
interrelación de los mecanismos de supervivencia inducidos por TNF con mecanismos de
muerte (receptores de muerte y autofagia) y neuroinflamación (Fas-ligand) asi como procesos
de sinapto-toxicidad que conllevan por ejemplo pérdida de plasticidad sináptica y procesos
sinapto-tróficos de los factores IGF-I y BDNF. A nivel metodológico pondremos énfasis en
modelos celulares desarrollados por los grupos del consorcio (neuronas y astrocitos derivados
de células iPSs de pacientes con EA esporádica, sistemas “tet-off” y transducción viral) y en
contrastar los hallazgos en modelos, incluyendo la necesaria obtención de datos descriptivos,
en muestras de pacientes.
Proyecto 12: La dinámica mitocondrial y mitofagia como dianas terapéuticas en las
Enfermedades de Parkinson y Huntington
Investigador Principal
Institución
Soriano García, Eduardo
Vila Bover, Miquel
Trullás Oliva, Ramón
Alberch Vié, Jordi
Tolosa Sarró, Eduardo
CIBERNED, Universidad de Barcelona
CIBERNED, Hospital Universitario Vall d'Hebron, Barcelona
CIBERNED, IDIBAPS-CSIC , Barcelona
CIBERNED, Universidad de Barcelona
CIBERNED, Hospital Clinic de Barcelona
Resumen
La disfunción mitocondrial es un proceso clave en la patogénesis de numerosas enfermedades
neurodegenerativas, en particular en la enfermedad de Parkinson (EP) y Enfermedad de
Huntington (EH). Además de alteraciones mitocondriales relacionadas con la respiración
celular y la producción de ATP, la homeostasis del calcio y el estrés oxidativo, estudios
recientes sugieren un segundo tipo de alteraciones mitocondriales que convergen en dos
procesos esenciales para la fisiología y viabilidad neuronal: el transporte y dinámica
mitocondrial y el reciclaje de mitocondrias por mitofagia. Aunque conocemos algunos de los
genes que participan en estos procesos, los mecanismos exactos que regulan la dinámica
mitocondrial y mitofagia en neuronas, asi como su implicación en la patogénesis de la EP y EH especialmente en estadios tempranos-, son desconocidos.
El objetivo de este proyecto es diseccionar el papel de proteínas mitocondriales identificadas
recientemente por los grupos de este Consorcio como reguladores de los procesos de
dinámica mitocondrial y mitofagia (la familia Armcx/Armc10, Pentraxina1/NP1 y HTT) y en la
patogénesis de la EP y EH. En segundo lugar, determinaremos su potencial utilidad terapéutica
en el tratamiento de estas enfermedades. Para ello, planteamos 3 objetivos concretos:
1. Diseccionar los mecanismos moleculares mediante los que los genes Armcx/Armc10,
NP1 y HTT regulan dinámica mitocondrial y mitofagia.
2. Caracterizar las alteraciones patogénicas en dinámica mitocondrial y mitofagia en la EP y
EH (tanto en cerebros de enfermos como en modelos celulares de enfermedad,
incluyendo fibroblastos y neuronas diferenciadas a partir de iPSCs de pacientes) y su
relación con los genes indicados.
3. Investigar si la manipulación de la expresión de estos genes es capaz de revertir los
déficits mitocondriales asociados a la EP yEH y restaurar la función/viabilidad neuronal,
tanto in vitro (fibroblastos y neuronas derivadas de pacientes -iPSCs) como en modelos
experimentales in vivo.
Los resultados de este proyecto ayudaran a descifrar el papel de las alteraciones de la
dinámica mitocondrial y mitofagia en la patogénesis de la EP y EH y servirán para evaluar si los
genes Armcx/Armc10, NP1 y HTT pueden representar nuevas dianas terapéuticas para el
tratamiento de estas enfermedades.
Proyecto 13: Identificación y caracterización molecular de subpoblaciones de receptores
cannabinoides en poliglutaminopatías
Investigador Principal
Guzmán Pastor, Manuel
Institución
CIBERNED, Universidad Complutense de Madrid
Fernández Ruis, Javier
McCormick, Peter Joseph
Mena Gómez, Mª Angeles
CIBERNED, Universidad Complutense de Madrid
CIBERNED, Universidad de Barcelona
CIBERNED, Hopsital Universitario La Paz, Madrid
Resumen
La comprensión de los procesos de supervivencia neuronal es esencial para la caracterización
de la etiología y progresión de las enfermedades neurodegenerativas y, por tanto, para el
diseño de terapias racionales para su tratamiento. En este contexto, durante los últimos años
los 4 grupos del consorcio han estudiado cómo el sistema cannabinoide modula estos
procesos, así como cuál puede ser la validez terapéutica de los receptores cannabinoides como
dianas neurofarmacológicas. En concreto, el receptor CB1 cannabinoide es el receptor
metabotrópico más abundante del cerebro de los mamíferos y, específicamente, se expresa en
muy altos niveles en los ganglios basales y en el cerebelo, donde desempeña un papel esencial
en el control de la actividad y la coordinación motoras, respectivamente. Se ha descrito que la
expresión del receptor CB1 disminuye en los ganglios basales de pacientes y modelos animales
de la enfermedad de Huntington (EH), la enfermedad neurodegenerativa más estudiada de
entre todas las causadas por expansión de tripletes. Aunque se han realizado estudios
detallados sobre el papel protector de los receptores cannabinoides en modelos de la EH,
todavía no conocemos qué subpoblaciones precisas de receptores cannabinoides están
implicadas en los efectos neuroprotectores. La existencia de subpoblaciones para el receptor
CB1 se ha sugerido recientemente a través del descubrimiento de que este receptor posee
distinta eficacia para señalizar según su localización en terminales glutamatérgicas o
GABAérgicas y de que, en células transfectadas o en tejidos ex vivo, puede formar
heterómeros con otros receptores metabotrópicos. Por ello, el objetivo global de este
proyecto es identificar y caracterizar molecularmente las subpoblaciones de receptores
cannabinoides (CB1 y heterómeros CB1‐receptores de adenosina o CB1‐otros receptores de
cannabinoides) y su potencial como nuevas dianas para inducir neuroprotección en
poliglutaminopatías.
Este objetivo global puede desglosarse en los siguientes objetivos específicos:
1. Estudiar la expresión diferencial de heterómeros del receptor CB1 y su papel
neuroprotector en terminales GABAérgicas y glutamatérgicas.
2. Estudiar el papel neuroprotector del receptor CB1 y de los heterómeros del receptor CB1
en modelos murinos de dos poliglutaminopatías (EH y SCA3) y en animales en los que se
induce la activación selectiva de poblaciones neuronales con la técnica farmacogenética
de Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs (DREADD).
3. Estudiar las posibles alteraciones en la expresión de receptores CB1 y heterómeros de CB1
en tejido cerebral post‐mortem procedente de pacientes de dos poliglutaminopatías (EH y
SCA3).
Estos estudios, que aunarán la experiencia y capacidad complementarias de los 4 grupos del
consorcio, ayudarán a clarificar las bases moleculares y la posible relevancia clínica de dos
cuestiones importantes: (i) si las alteraciones del sistema cannabinoide están implicadas en la
patogénesis de las enfermedades de poliglutamina, y (ii) si la estimulación de la señalización
cannabinoide fomenta la neuroprotección y por ello retrasa el inicio y/o atenúa la progresión
de dichas enfermedades.
Proyecto 14: Papel de GSK‐3β en las alteraciones de los circuitos corticales que ocurren en la
enfermedad de Alzheimer
Investigador Principal
Iglesias Vacas, Teresa
Avila de Grado, Jesús
De Felipe Oroquieta, Javier
Naranjo Orovio, José Ramón
Lleó Bisa, Alberto
Institución
CIBERNED, Instituto de Investigaciones Biomédicas CSIC-UAM,
Madrid
CIBERNED, Centro de Biología Molecular "Severo Ochoa" CSICUAM, Madrid
CIBERNED, Instituto Cajal CSIC, Centro de tecnología Biomédica,
Madrid
CIBERNED, Centro Nacional de Biotecnología CSIC, Madrid
CIBERNED, Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona
Resumen
La enfermedad de Alzheimer (EA) es la forma más común de demencia y el riesgo de padecerla
aumenta con el envejecimiento, apareciendo un 50‐70% de los casos en personas mayores de
65 años. Esta enfermedad es hoy por hoy incurable y consiste en una neurodegeneración
progresiva acompañada de una severa pérdida sináptica y neuronal, especialmente en la
corteza cerebral. Uno de los temas principales de investigación en la EA tiene como objetivo
dilucidar la relación entre el deterioro cognitivo progresivo y su relación con las alteraciones
moleculares, fisiológicas y morfológicas de los circuitos corticales que ocurren en la
enfermedad.
En general se considera que la alteración en los niveles de calcio y la sobre-activación de la
glucógeno sintasa quinas 3 (GSK-3) están relacionadas directamente con la patogénesis de
la EA, por lo que terapias dirigidas a modular la homeostásis de calcio y/o inhibir la GSK3,
aplicadas en estadios tempranos de la enfermedad podrían tener un gran potencial para su
tratamiento.
En el presente proyecto nos proponemos analizar las modificaciones/alteraciones asociadas a
la hiperactividad de GSK-3 en el continuum de la EA y su relación con alteraciones tempranas
en la homeostasis del calcio neuronal, con objeto de identificar aquellos cambios asociados a
la enfermedad en estadios preclínicos o prodrómicos que puedan ayudar a realizar un
diagnóstico precoz de la EA. Para nuestros estudios utilizaremos fundamentalmente modelos
murinos que sobre-expresan GSK-3 de manera inducible y muestras de cerebro y líquido
cefalorraquídeo (LCF) de pacientes en distintos estadios de la EA.
Con este trabajo pretendemos i) ahondar en el conocimiento de las bases moleculares
mediante las cuales GSK-3 participa en la etiopatogénesis de la EA, ii) identificar marcadores
que ayuden a la detección temprana de la enfermedad con la finalidad futura de poder
intervenir terapéuticamente antes de que aparezcan signos mayores de deterioro cognitivo.
Proyecto 15: Degeneración sináptica y desregulación de la neurogénesis del adulto en
modelos murinos de neurodegeneración
Investigador Principal
Fernández Chacón, Rafael
Lucas Lozano, José Javier
Fariñas Gómez, Isabel
Institución
CIBERNED, Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona
CIBERNED, Hospital Universitario Doce de Octubre, Madrid
CIBERNED, Universidad Pablo de Olavide, Sevilla
Resumen
Está ampliamente aceptado que los procesos neurodegenerativos presentan, desde fases
tempranas de la patología, una disfunción de tipo sináptico. Sin embargo, las alteraciones
sinápticas son más difíciles de analizar experimentalmente que la vulnerabilidad neuronal, lo
que contribuye a la escasez de información sobre cómo pueden contribuir a los procesos
neurodegenerativos. Por otro lado, existen evidencias recientes de que la actividad sináptica
puede regular los procesos de neurogénesis adulta y que ésta puede contribuir a la progresión
de algunos síntomas en los procesos neurodegenerativos y a la posible respuesta paliativa del
cerebro a estos procesos. La identificación, en los últimos años, de moléculas implicadas en la
liberación de neurotransmisores y relacionadas con diversas patologías neurodegenerativas,
ha abierto la posibilidad de estudiar la conexión entre el mantenimiento de la función sináptica
y patologías como la enfermedad de Huntington (HD) o la de Parkinson (PD). Por ello, este
consorcio propone estudiar la relación entre actividad sináptica y neurodegeneración,
mediante una estrategia consistente en el uso de modelos murinos en los cuales están
alteradas tres de estas moléculas: CSP-alfa, alfa-sinucleína y huntingtina para el estudio de 1)
los procesos de neurogénesis adulta en el contexto de las alteraciones sinápticas y 2) el estrés
de retículo endoplásmico como mecanismo patogénico básico en respuesta a las alteraciones
sinápticas.
Este consorcio estudiará la relación entre actividad sináptica, regulación de la neurogénesis
adulta y neurodegeneración en varios modelos murinos genéticamente modificados: un
modelo de toxicidad por poliglutaminas (ratones R6/1 con huntingtina mutada), un modelo de
degeneración presináptica (ratones KO carentes de Cysteine String Protein- alpha (CSP-alpha))
y modelos con modificaciones genéticas para la proteína sináptica alfa-sinucleína. Resultados
previos sugieren una intrigante conexión, todavía poco estudiada, entre huntingtina y CSP en
mecanismos neurodegenerativos. Por otro lado, se han descrito interacciones funcionales
entre CSP-alfa y alfa-sinucleína y ambas indirectamente inciden sobre la liberación del
neurotransmisor actuando sobre los complejos SNARE. Datos no publicados indican una
alteración de la neurogénesis hipocampal y susceptibilidad a epilepsia en parte debida a un
déficit de inhibición GABAérgica en ratones CSP-alfa KO. En el presente proyecto
investigaremos si tienen efectos sobre la neurogénesis mediante el estudio de los nichos
neurogénicos de la zona subventricular y subgranular. En particular, caracterizaremos las
consecuencias sobre la neurogénesis de la degeneración de terminales sinápticos que inervan
ese nicho neurogénico y de la disfunción sináptica en los distintos modelos. En paralelo,
estudiaremos el peso específico que tiene el estrés del retículo endoplásmico en la muerte
neuronal en nuestros modelos murinos y la posibilidad de revertir terapéuticamente la
degeneración mediante modulación farmacológica de ese mecanismo.