Caracterización de las alteraciones estructurales y funcionales de la corteza cerebral de ratones mutantes de pérdida y ganancia de función de DYRK1A

• Autores: Juan Arranz Villacañas
• Directores de la Tesis: Maria Lourdes Arbonés de Rafael (codir. tes.), Fernando Aguado Tomás (tut. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Carme Gallego Gonzalez (presid.), Ignacio Sahún Abizanda (secret.), Ariadna Laguna Tuset (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Barcelona
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología animal (zoología)
      • Comportamiento animal
      • Desarrollo animal
      • Histología animal
    • Genética
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  Dipòsit Digital de la UB 
• Resumen

  • DYRKlA es un gen del cromosoma 21 humano que codifica para una protefna quinasa constitutivamente activa que fosforila a sustratos que son clave en el desarrollo del cerebro. La proteina DYRKlA regula el crecimiento del cerebro del rat6n de forma dosis-dependlente y regi6n-especifica. Multiples evidencias sugieren que la sobreexpresi6n de DYRKlA contribuye a las alteraciones neuroanat6micas y cognitivas asociadas al sindrome de Down (SD) . Por otro lado, estudios geneticos han mostrado que mutaciones de novo en DYRKlA causan un sindrome de discapacidad lntelectual y autismo (MRD7; OMIM#614104) que se caracteriza por la presencia de microcefalia y actividad epileptica.

    Esta tesis se realiz6 con el objetivo de definir el efecto de cambios patogenicos en los niveles de la proteina DYRKlA en la citoarqultectura y funcionalidad cerebral. Para ello utilizamos los modelos de ganancia y perdida de funci6n de Dyrkla (los ratones mBACTgDyrkla y Dyrkla+/- respectivamente) y el modelo de SD mejor caracterizado, el rat6n tris6mico Ts65Dn.

    La caracterizaci6n neuro-morfol6gica del rat6n mBACTgDyrkla mostr6 que la sobreexpresi6n de DYRKlA provoca un deficit de neuronas excitadoras (glutamatergicas) en la neocorteza, la region del cerebro responsable del raciocinio, y altera la proporci6n de los dos subtipos de neuronas lnhibitorias (GABAerglcas) mayorltarias en esta estructura : las neuronas parvalbumlna (PV+) y somatostatina (SST+). En la subplaca, una estructura de la corteza que participa en el establecimiento de las conexiones corticales, se observ6 tambien un deficit de neuronas tanto en los ratones mBACTgDyrkla como en los ratones Ts65Dn. Estudios de rescate genetico demostraron que la trisomia de Dyrkla es la responsable de la hipo-celularidad de la subplaca en el modelo Ts65Dn. Este hallazgo junto con otros resultados sugieren que la sobreexpresi6n de DYRKlA podria alterar la generaci6n de neuronas de la subplaca en el SD.

    Durante la sinaptogenesis, la neocorteza de los ratones Dyrkla+/- presenta mayor densidad neuronal y alteraciones en la proporci6n de neuronas excitadoras. En estos ratones tamblen se observ6 mayor celularidad en la subplaca. El exceso de neuronas excitadoras en la neocorteza Dyrkla+/- se mantiene hasta el adulto y correlaciona con un aumento en la densidad de sinapsis excitadoras. En esta estructura, no se observaron cambios en el contenido de neuronas PV+, SST+ u otros subtipos de neuronas lnhibitorias. Sin embargo, si se detectaron cambios cuantitativos en estos subtipos neuronales en el hipocampo. El recuento de sinapsis en el hipocampo no revel6 cambios en el numero o distribuci6n de las sinapsis inhibitorias pero si en la distribuci6n de slnapsis excitadoras. Las anomalias estructurales observadas en la corteza Dyrkla+/- podrian resultar en un exceso de estimulos excitadores que explicarian, tanto el aumento de celulas c-Fos+ en el hipocampo como la actividad epileptica, con crisis t6nico-cl6n lcas generalizadas, que presentan estos ratones adultos. Finalmente, los estudios conductuales mostraron que los ratones Dyrkla+/- presentan deficits en el comportamlento social y movimientos estereotipados Indicatives de un comportamiento autista. Estes resultados confirman que el rat6n Dyrkla+/- es un buen modelo para estudiar las bases patogenlcas de la haploinsuficiencia de DYRK1A en humanos.

    Los resultados de este trabajo muestran que variaciones patol6gicas en los niveles de la proteina quinasa DYRK1A alteran la proporci6n de neuronas excitadoras e inhibidoras de la corteza cerebral y su conectividad. Este desequllibrio podria contribuir a los deficits cognitives y otras alteraciones neurol6gicas asoclados al SD y al MRD7.