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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.