Download un nuevo paradigma para el estudio de la lesión colinérgica

03/04/2011
Comunicaciones
UN NUEVO PARADIGMA PARA EL ESTUDIO DE LA
LESIÓN COLINÉRGICA ESPECÍFICA DEL SISTEMA
SEPTO-HIPOCAMPAL COMO MODELO DE LA
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER
(A NEW PARADIGM FOR EVALUATING THE SPECIFIC CHOLINERGIC
LESION OF THE SEPTO-HIPPOCAMPAL SYSTEM AS A MODEL OF
ALZHEIMER DISEASE)
COMMUNICATION
TOPIC: BASIC NEUROPSYCHOLOGY
Authors:
Fernando Cardenas & Marisol Lamprea
Master of Science Psicobiologia
Laboratorio de Neurociencia del Comportamiento Exploratorio. Facultad de
Filosofia, Ciencias y Letras de la U de Sao Paulo. (Campus de Ribeirão
Preto).Universidad de Sao Paulo. Brasil.
E-Mail: [email protected], [email protected]
Abstract
One of the most important features in Alzheimer disease is the loss of mnesic
abilities. Post-mortem studies have shown a loss of the cholinergic hippocampal
innervation that could be at the root of the mnesic alterations. The usage of animal
models in the study of mental diseases is a very important tool in the development of
pharmacological strategies for their treatment. The utilization of the immunotoxin IgG192-Saporin for the specific cholinergic lesioning, is considered as an animal model of
Alzheimer disease. This work tested the role of ethologically validated tests of anxiety
in the evaluation of working memory and short-term memory. For this, a new paradigm
of assessment in the elevated plus maze was developed. This new paradigm includes
a behavioral minute by minute analysis and a re-test one-hour later. Data obtained
indicate that when compared with controls, rats submitted to the specific cholinergic
lesion of the septal nucleus failed to show differences in the traditional indices of
anxiety, as measured in the elevated plus maze (frequency on entries and time spent
in the open arms). However, lesioned rats displayed disruption in (1) habituation and
(2) recovery of information processes. This dissociation of septal mechanisms of
emotion and memory gives value to the new behavioral paradigm in testing potential
pharmacological treatments for Alzheimer disease.
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Resumen
Una de las características comportamentales más importantes de la enfermedad de
Alzheimer es la disminución de las capacidades mnésicas. Estudios post-mortem
han revelado una pérdida de la inervación colinérgica hipocampal, que podría ser
entendida como la causa de las disfunciones mnésicas observadas. La utilización de
modelos animales en el estudio de las enfermedades mentales, es una de las
herramientas de mayor utilidad en el desarrollo de estrategias farmacológicas para su
manejo. El uso de la inmunotoxina IgG-192-Saporina para la realización de lesiones
colinérgicas específicas, ha sido considerado un modelo animal de enfermedad de
Alzheimer. La presente investigación estudió la posibilidad de utilizar pruebas
etológicamente validadas en el estudio de la ansiedad, para la evaluación de las
memorias de trabajo y de corto plazo. Para ello, se desarrolló un nuevo paradigma de
trabajo en el laberinto en cruz elevado. Este nuevo paradigma incluye el análisis
comportamental minuto a minuto y la reexposición al mismo test una hora después.
Los resultados obtenidos indicaron que las ratas sometidas a lesión colinérgica
específica del núcleo septal medial, no mostraron diferencias en los índices
tradicionales de ansiedad, medidos en el laberinto en cruz elevado (número de
entradas y tiempo de permanencia en los brazos abiertos) comparadas con los
controles. Sin embargo, manifestaron disminución en los procesos de (1) habituación
y (2) recobro de la información. Esta disociación de los mecanismos septales de
memoria y de emoción, permite atribuir valor al nuevo paradigma de análisis
comportamental, en el estudio de potenciales tratamientos para la enfermedad de
Alzheimer.
La demencia de Alzheimer (DA), al igual que otras demencias, se caracteriza por
la pérdida de las capacidades intelectuales o cognoscitivas, perjudicando el
desempeño familiar, social o profesional de un individuo. Dentro de los
determinantes del cuadro clínico pueden incluirse disfunciones en los sistemas de
memoria y de pensamiento abstracto así como de la capacidad de juicio,
acompañadas por alteraciones de la personalidad. De todos los casos de
demencia debida a factores neurodegenerativos, la DA corresponde al 90% de los
casos (datos tomados del CENTRO PARA EL DIAGNÓSTICO DE LA
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER, del Centro de Ciencias de la Salud de
Oklahoma, 1999).
Tempranamente en el curso de la DA aparece una disfunción en la adquisición y en
la retención de la información recién presentada (memoria de trabajo),
manteniéndose la adquisición y la retención de habilidades sensorio-motrices
(memoria procedimental). Estudios post mortem han demostrado que estos déficits
observados en la memoria de trabajo, están asociados con la integridad de los
sistemas colinérgicos cerebrales (Hyman et al., 1984). En estos estudios, ha sido
relatada tanto la atrofia del núcleo basal de Meynert (el principal productor de
acetilcolina prosencefálica) y del hipocampo, como la aparición de agregados de
proteína amilóidea (conformando las placas seniles u ovillos neurofibrilares). En
roedores, la lesión del núcleo septal medial y/o del núcleo basal magnocelular
(correspondiente al núcleo de Meynert humano) produce una pérdida de la
actividad colinérgica hipocampal y cortical, acompañada de profundos déficits en
la ejecución de tareas de aprendizaje y memoria (Gray y McNaughton, 1983). La
correlación existente entre los resultados observados y los resultados de
experimentos con roedores, refuerza la preferencia por el uso de modelos animales
en el estudio de las enfermedades mentales, una práctica ampliamente utilizada
por disciplinas como la fisiología. Sin embargo, cualquier práctica experimental
animal debe satisfacer una serie de exigencias, antes de ser considerada un
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modelo animal. Dentro de estas exigencias, la validez es quizá la más importante a
tener en cuenta. Al hablar de validez generalmente se habla de tres criterios:
validez de semejanza o analogía, de constructo u homología y de predicción o
correlación. La validez de semejanza verifica la similaridad entre el modelo y la
patología que se desea modelar, en tanto que la de constructo presupone
semejanza entre la interpretación teórica del modelo y los conocimientos que la
neurobiología posee sobre la patología modelada. Finalmente, la validez de
predicción se fundamenta en la existencia de correlación entre los efectos de
determinados fármacos tanto en el modelo como en la clínica. De esta forma, solo
podrán ser considerados como modelos de patologías, aquellas situaciones
experimentales que satisfagan estos tres criterios (Willner, 1984, 1989; Guimarães,
1993).
Para el desarrollo de modelos animales de DA han sido propuestos varios tipos de
tests y dentro de ellos, naturalmente, aquellos orientados hacia la evaluación de la
memoria han sido favorecidos. Dentro de las pruebas comportamentales más
ampliamente utilizadas se encuentran los laberintos radiales (Dennes y Barnes,
1993) y los acuáticos (Farber, 1996). En ellos se desarrollan paradigmas para el
estudio de la memoria espacial (Hunt et al., 1994; Olton et al, 1979), de trabajo
(Shen et al., 1996; Walsh et al., 1998; Chapell et al., 1998), de referencia (Shen et
al., 1996), memoria a corto plazo (Rahavendra et al., 1998), o tareas complejas de
no-apareamiento demorado a la muestra (Walsh et al., 1996). En todos esos
paradigmas, el papel de la modulación colinérgica del hipocampo en los procesos
de retención y consolidación de la información, ha sido ampliamente estudiado. La
principal fuente de fibras colinérgicas hacia el hipocampo es el núcleo septal
medial (McNaughton et al., 1980; Froetscher y Naumann, 1992; Meibach y Siegel,
1977). Se ha demostrado, por ejemplo, que las lesiones masivas de este núcleo
conducen a alteraciones del procesamiento emocional (Pesold e Treit, 1992; Yadin
et al., 1993), de la memoria de trabajo (Walsh et al., 1998), de la exploración
general (Poplawski e Johnson, 1973) y muy especialmente de la memoria espacial
(Barone, 1991). Una de las grandes limitaciones de las técnicas de lesión
utilizadas en los estudios mencionados es la poca especificidad. Una lesión
electrolítica, por ejemplo, puede extenderse en un radio de 1 mm, destruyendo
dentro de ese radio, todo el tejido existente, incluyendo indistintamente neuronas
(sus somas, sus axones o sus dendritas) y células gliales (astroglía u
oligodendroglía). De la misma forma, la estimulación eléctrica de una estructura
alcanza a los somas neuronales y a los axones de paso, haciendo muy difícil saber
si los efectos obtenidos son debidos al funcionamiento particular de la estructura
estimulada. Las lesiones o estimulaciones químicas (en las cuales substancias
particulares son microinyectadas dentro de la región misma) por lo general también
carecen de especificidad, debido principalmente a la difusión intratejido.
Recientemente, sin embargo, se han desarrollado substancias citotóxicas de
altísima especificidad, denominadas inmunotoxinas. En líneas generales, la
creación de una inmunotoxina consiste en el acople de un anticuerpo para alguna
proteína característica de una determinada población celular con una citotoxina
inactivante de la función ribosomal. Colocando la inmunotoxina en el medio
extracelular, habrá un reconocimiento de la proteína diana por parte del anticuerpo
acoplado, seguido por la inclusión de la inmunotoxina dentro del neuroplasma.
Pocas horas después, inicia un proceso de inactivación ribosómica que ocasiona
la muerte neuronal (Wiley y Lappy, 1994). Utilizando esta técnica, sólo serán
lesionadas las neuronas que expresan la proteina ante la cual fue desarrollado el
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anticuerpo. En el caso del sistema colinérgico prosencefálico basal, las neuronas
colinérgicas del septum medial contienen receptores de neurotrofina p75, los
cuales median los efectos celulares del factor de crecimiento nervioso celular y de
otros factores tróficos. El anticuerpo monoclonal contra este receptor p75 (IgG-192)
es combinado con la toxina Saporina, obteniéndose así la inmunotoxina IgG-192Saporina (SAP) (Wiley y Lappy, 1992). La microinyección de SAP, en la
proximidad del núcleo septal, asegura la muerte selectiva de las neuronas
colinérgicas de ésta área, a la vez que produce una marcada reducción de los
índices de actividad colinérgica del hipocampo (Torres et al., 1994; Waite et al.,
1994). La semejanza de esta lesión colinérgica específica con lo observado en los
pacientes con DA, ha llevado a proponer la utilización de este tipo de lesión como
modelo animal de la DA (Walsh y Chrobak, 1991; Wiley et al., 1995).
El desarrollo de esta toxina ha permitido salvar uno de los principales problemas
reportados en el estudio del núcleo septal medial en la modulación de la actividad
del hipocampo, esto es, el de la falta de especificidad de las lesiones, ya que el
septum medial no solo proyecta fibras colinérgicas hacia el hipocampo, sino
también GABAérgicas y de otros tipos (Freund y Antal, 1988). Por tanto, el uso de
esta inmunotoxina específica para las neuronas colinérgicas septales abre una
enorme ruta para el estudio de las funciones del sistema septo - hipocampal.
Realizando lesiones colinérgicas específicas del núcleo septal medial, utilizando
IgG-192-Saporina, se han inducido por ejemplo pérdidas selectivas de la memoria
de trabajo (Walsh et al., 1996) y de la memoria espacial en ratas (Janis et al.,
1998).
Otro de los factores que ha dificultado la determinación exacta de la función del
sistema septo-hipocampal, es la existencia de un marcado compromiso emocional
observado después de la lesión del núcleo septal medial. Este efecto sobre la
emocionalidad ha sido estudiado mediante la utilización de tests estandarizados,
tales como el laberinto en cruz elevado (Rodgers y Cole, 1994; Morato y Brandão,
1997). En este test, el animal es enfrentado ante una situación en la cual existen
dos corredores cercadas por paredes altas (brazos cerrados) y dos corredores
descubiertos (brazos abiertos). Para la realización del test, se permite que una rata
explore libremente el laberinto durante un periodo de cinco minutos. En condiciones
normales, una rata prefiere mantenerse la mayor parte del tiempo dentro de los
brazos cerrados, evitando entrar a los abiertos. Este comportamiento ha sido
explicado por la ansiedad evocada en la rata por los espacios abiertos. (Treit,
1989, 1993; Pesold y Treit, 1994). La aplicación de fármacos ansiolíticos o
ansiogénicos ocasiona incremento o decremento (respectivamente) de la
exploración de los brazos abiertos (Pellow et al, 1985). Por otra parte, lesiones
electrolíticas del núcleo septal medial y de otras estructuras adyacentes produce un
efecto semejante al observado tras la administración de drogas ansiolíticas
(Pesold e Treit, 1994, 1996). En esos estudios, sin embargo, no han sido
evaluados los efectos de las lesiones sobre los mecanismos del aprendizaje y la
memoria.
Datos obtenidos en nuestro laboratorio permiten suponer una disociación
experimental de los procesos miedo/ansiedad - memoria. Para su estudio fue
propuesto un nuevo paradigma de evaluación del comportamiento exploratório en
el laberinto en cruz elevado. Este nuevo paradigma comprende por un lado el
análisis comportamental minuto a minuto y por otro, una segunda exposición al
mismo laberinto una hora después de la primera sesión. Los datos obtenidos del
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análisis minuto a minuto, permiten evaluar el efecto de habituación al laberinto
(memoria de trabajo), en tanto que el análisis de la segunda exposición, permite
evaluar la memoria a corto plazo. En condiciones normales, una rata manifiesta una
gran exploración del laberinto durante el primer minuto de la sesión. Este nivel de
exploración, va decrementando a lo largo de la sesión, llegando a sus niveles más
bajos en el minuto quinto. Ese comportamiento refleja un proceso de habituación al
laberinto. Al reexponer el sujeto a la misma situación experimental, una hora
después, el nivel general de exploración es significativamente menor que el
manifestado durante la primera sesión. Esta disminución del comportamiento
exploratorio refleja recuerdo de la situación (memoria a corto plazo). Ratas
sometidas a la aplicación intraseptal de IgG-192-Saporina (237,5 ng), manifestaron
niveles mantenidos de exploración durante la primera sesión (ausencia del
fenómeno de habituación al laberinto). Al comparar el desempeño en la segunda
sesión, pudo verse que no existía una disminución significativa del nivel de
exploración, (ausencia de consolidación de la memoria a corto plazo), (Lamprea et
al., en prensa).
Este nuevo paradigma comportamental de análisis minuto a minuto en condiciones
de test-retest, unido a la disociación experimental de los componentes mnésicos y
emocionales en la función del sistema septohipocampal, aumenta el nivel de
validez de constructo del modelo. De la misma forma, la utilización de este nuevo
paradigma permite la evaluación del potencial valor clínico de fármacos tanto
colinérgicos como no-colinérgicos en el manejo de la amnesia anterógrada, a la
vez que posibilita el estudio de sus potenciales efectos secundarios sobre los
sistemas de regulación de la emocionalidad (validez de predicción). Se espera que
la continuación de esta línea de trabajo permita generar conocimientos más
precisos sobre los aspectos neuroquímicos y psicofarmacológicos del curso de la
DA, y con ello nos permita la conquista de las herramientas para su control.
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