Asociación entre el Síndrome de Down y la Enfermedad de Alzheimer

• AUTOR : Wiseman F, Pulford L, Fisher E y colaboradores
• TITULO ORIGINAL : Trisomy of Human Chromosome 21 Enhances Amyloid-ß Deposition Independently of an Extra Copy of APP
• CITA : Brain 141(-):2457-2474, Jun 2018
• MICRO : El síndrome de Down es el factor de riesgo genético individual más significativo para la aparición de enfermedad de Alzheimer, lo cual se vincularía con la acumulación cerebral progresiva de beta amiloide.

Introducción y objetivos

De acuerdo con lo estimado, el síndrome de Down (SD) afecta a unos 6 millones de individuos. En la actualidad, la expectativa de vida de los individuos con SD es considerable. Este cuadro es el factor de riesgo genético individual más significativo para la aparición de enfermedad de Alzheimer (EA), lo cual se vincularía con la acumulación cerebral progresiva de beta amiloide a partir de la infancia. Al llegar a los 40 años, los individuos con SD presentan haces neurofibrilares, con una distribución similar a la observada en pacientes con EA. Asimismo, la mayoría de los sujetos con SD presentarán EA y demencia de inicio temprano.

La acumulación de beta amiloide en pacientes con SD comienza a nivel intracelular, en el sistema endolisosomal. La comprensión de los factores genéticos que favorecen dicha acumulación puede resultar útil para crear tratamientos para la EA en esta población de individuos. En ausencia de SD, la duplicación de la proteína precursora de amiloide (PPA) es una causa de EA de inicio temprano. En consecuencia, es posible que este mecanismo también se encuentre implicado en la aparición de EA en individuos con SD, si bien existen otros factores genéticos que influyen sobre este cuadro clínico.

Los autores del presente estudio informaron que la triplicación de genes ubicados en el cromosoma 21, diferentes del gen PPA, incrementa la agregación del beta amiloide, la formación de placas y el déficit cognitivo en un modelo de SD-EA creado en animales de experimentación. La trisomía 21 genera cambios que se correlacionan con la acumulación cerebral de beta amiloide. En el presente estudio se describirán los procedimientos que permitieron obtener dichas conclusiones.

Métodos

Los estudios fueron realizados en animales de experimentación. Los parámetros de interés se definieron de acuerdo con la edad de los animales. Los genotipos no se conocían durante el experimento, fueron decodificados y reconfirmados con posterioridad. También se realizaron experimentos en tejidos post mortem con un perfil genético desconocido. Las cohortes de animales fueron definidas con letras, desde la A hasta la I.

La información fue analizada mediante una prueba t de Student y un análisis de varianza (ANOVA). El ADN fue extraído mediante una biopsia. Luego, se llevó a cabo la genotipificación mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR; polymerase chain reaction) con el fin de evaluar la presencia del cromosoma 21 humano. También se evaluó la presencia del transgen correspondiente a la PPA, así como su número de copias. La extracción del ARN hipocampal total tuvo lugar mediante una herramienta comercial, con aplicación de un protocolo estandarizado. Luego, se obtuvo el ADN copia y se llevó a cabo análisis por PCR cuantitativa para definir la expresión de la PPA mutante humana.

El análisis del contenido total de proteínas en el hipocampo y la corteza cerebral tuvo lugar mediante western Blot. Luego, se evaluó el perfil proteico mediante el uso de anticuerpos contra diferentes proteínas de interés, como la PPA y la BACE1. Asimismo, los autores analizaron la actividad de la beta secretasa BACE1 y de carboxipeptidasa. La cuantificación de la producción de beta amiloide tuvo lugar mediante ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA). El análisis incluyó la evaluación de los niveles de beta amiloide 40 y 42. Las proteínas corticales fueron fraccionadas mediante homogeneización y centrifugación. Luego, se evaluó la concentración proteica mediante la prueba de Bradford (Bio-Rad). La concentración de amiloide beta 40 y 42 fue analizada mediante la prueba de ELISA, al igual que el nivel de beta amiloide multimérico. También se evaluó la concentración de PPA soluble.

La evaluación del líquido intersticial cerebral tuvo lugar mediante microdiálisis in vivo, lo cual permitió analizar la vida media del beta amiloide 40 en animales de experimentación. Finalmente, se llevó a cabo una evaluación inmunohistoquímica del tejido cerebral que permitió detector la presencia de PPA y beta amiloide. Finalmente, los animales fueron sometidos a pruebas conductuales de alternancia espontánea en el laberinto en T, de preferencia espacial en el laberinto en Y y de habituación a campo abierto.

Resultados

De acuerdo con los datos disponibles, la presencia de 3 copias de genes codificados en el cromosoma 21 diferentes del gen PPA puede afectar la aparición de EA en pacientes con SD. El depósito intracelular precoz de beta amiloide en las células piramidales del área CA3 del hipocampo aumentó significativamente en presencia de trisomía del cromosoma 21 en ratones de 4.5 a 6.5 meses de edad, lo cual coincidió con lo observado en individuos con SD. También se observó un aumento no significativo del nivel de amiloide beta en el giro dentado y la corteza cerebral, así como un aumento de la cantidad de agregados de beta amiloide soluble en el hipocampo de los ratones de 2 meses de edad trisómicos para el gen PPA. Dicha trisomía se asoció, además, con un aumento significativo de la cantidad de placas extracelulares a los 6 y 16 meses.

Los resultados obtenidos indicaron que la trisomía de genes del cromosoma 21 diferentes del gen PPA no modifica el índice de isoformas de beta amiloide acumuladas en el tejido cerebral. El fraccionamiento de las proteínas llevado a cabo permitió observar que, en ratones de 16 meses con trisomía del gen PPA, el beta amiloide 42 fue hallado principalmente en la fracción menos soluble. No se observaron modificaciones de los índices de beta amiloide 40/42 y 38/42. En coincidencia, tampoco se halló una diferencia del nivel relativo de especies de beta amiloide entre los ratones trisómicos para el gen PPA y los ratones sin dicha trisomía. Puede indicarse que la trisomía del cromosoma 21 a nivel de secuencias diferentes del gen PPA resulta suficiente para aumentar el depósito de beta amiloide, sin importar el índice de beta amiloide en consideración.

Los autores observaron que la trisomía del cromosoma 21 y el aumento de la acumulación de beta amiloide generado por esta alteración resultan en cambios cognitivos. La trisomía exacerbó significativamente la hiperactividad en ratones de 2 a 3 y de 6 a 7 meses, en tanto que la trisomía del gen PPA se asoció especialmente con la ausencia de habituación a los 6 a 7 meses. La ausencia de habituación no se relacionó con una modificación del nivel de ansiedad, aunque es necesario contar con más estudios al respecto. Puede sugerirse que la trisomía del cromosoma 21 exacerba los cambios cognitivos asociados con la presencia de PPA y beta amiloide, en tanto que la trisomía del gen PPA se asocia con un déficit mnésico específico y con aumento de la mortalidad.

El clivaje de la PPA resulta en la producción de diferentes fragmentos C-terminal a nivel cerebral. La trisomía de genes ubicados en el cromosoma 21, diferentes del gen PPA, no modificó el nivel de PPA o la relación entre el nivel del fragmento C-terminal soluble o unido a la membrana celular. Los animales con trisomía del gen PPA presentaron un nivel superior de PPA en comparación con el grupo control. De todos modos, en el modelo analizado en el presente estudio, la trisomía del cromosoma 21 no aumentó el depósito de beta amiloide mediante el incremento del nivel de la PPA. La modificación del procesamiento de dicha proteína por parte de las secretasas puede modular el depósito de beta amiloide. Si bien la trisomía del cromosoma 21 aumentó el nivel del fragmento C-terminal de la PPA en ratones machos, no se observó la afectación del equilibrio relativo entre las vías amiloidogénica y no amiloidogénica de procesamiento de la PPA. Además, el aumento del depósito de beta amiloide asociado con la trisomía del cromosoma 21 tuvo lugar en ratones de ambos sexos. En consecuencia, la abundancia del fragmento C-terminal no sería responsable del aumento del depósito de beta amiloide.

La trisomía del cromosoma 21 no afectó la depuración extracelular de beta amiloide. Un hallazgo de interés fue la ausencia de elevación del fragmento C-terminal de la PPA asociada con la trisomía de genes ubicados en el cromosoma 21 diferentes del gen PPA. Dicha trisomía modificó el índice de amiloide beta soluble 40/42. Debido a que el índice mencionado se correlaciona significativamente con el depósito de beta amiloide a nivel hipocampal, el efecto de la trisomía podría vincularse con la acumulación cerebral del péptido. Finalmente, los resultados obtenidos indicaron que el efecto de la trisomía 21 sobre el índice de beta amiloide es independiente de la actividad de la gamma secretasa.

Discusión

La trisomía del cromosoma 21 genera una copia extra de PPA que cumple un papel central en la fisiopatología del SD. Los efectos incluyen el aumento del nivel de la PPA y de sus derivados. Como consecuencia, se observa incremento del depósito de beta amiloide y alteración endolisosomal. La trisomía 21 resultó suficiente para aumentar la acumulación de beta amiloide y empeorar el déficit cognitivo. Es posible que la acumulación de beta amiloide esté mediada por la afectación de la relación entre las isoformas del amiloide y no se vincule con la modificación de la actividad de las secretasas o con la depuración del amiloide.

La trisomía de la PPA codificada en el cromosoma 21 generó cambios del funcionamiento cognitivo de los animales como la hiperactividad, la ausencia de habituación y la afectación de la memoria inmediata, en comparación con el grupo control. Estos cambios podrían relacionarse con aumento de la acumulación de beta amiloide y con la modificación de la respuesta de las neuronas ante la agregación del amiloide.

Los resultados obtenidos permiten sugerir que los pacientes con SD pueden presentar una exacerbación de la acumulación de amiloide en comparación con los individuos con EA de inicio temprano. Es necesario contar con estudios de comparación entre ambos grupos de pacientes con el fin de obtener datos más concluyentes. En pacientes con SD, la EA comienza con deterioro mnésico, cambios conductuales, mioclonías y crisis epilépticas. Este patrón es similar al observado en pacientes con EA familiar, causada por una mutación de la PPA, que causa una disminución del índice de beta amiloide 40/42. Esto coincidiría con lo observado en pacientes con SD, aunque es necesario realizar estudios adicionales al respecto. El conocimiento de los mecanismos implicados en la aparición de EA en individuos con SD permitirá crear abordajes terapéuticos más adecuados.

Ref : NEURO.

Especialidad: Bibliografía - Neurología