Estela Selma-Soriano1,2,3, Carla Ramon-Duaso4,5, José Rodríguez-Morató5,6, Cristina Fernández-Avilés4, Rafael de la Torre4,5,6, Óscar Pozo4, Patricia Robledo4,5 y Rubén Artero1,2,3.
1Translational Genomics Group, Incliva Health Research Institute, Valencia, Spain.
2Interdisciplinary Research Structure for Biotechnology and Biomedicine (ERI BIOTECMED), University of Valencia, Valencia, Spain.
3CIPF-INCLIVA joint unit.
4Integrative Pharmacology and Systems Neuroscience, IMIM-Hospital del Mar Research Institute, Barcelona, Spain.
5Department of Experimental and Health Sciences, Pompeu Fabra University (CEXS-UPF), Barcelona, Spain.
6CIBER de la Fisiopatología de la Obesidad y la Nutrición (CIBERON), Instituto de Salud Carlos III, Madrid, Spain.
La distrofia miotónica tipo 1 (DM1) es una enfermedad multisistémica, con afectación principalmente del sistema muscular y del sistema nervioso central (SNC), causada por la presencia de un número patogénico de repeticiones del triplete CTG en el gen dystrophia myotonica protein kinase (DMPK), la cual genera ARNs tóxicos que secuestran proteínas como Muscleblind (MBNL). Mientras que MBNL-1 es necesario para el desarrollo del músculo esquelético y cardíaco, MBNL-2 se expresa altamente en el sistema nervioso central (SNC) y la expresión de MBNL-3 está relacionada con etapas fetales.
La alteración en el SNC conduce a que los pacientes presenten deterioro cognitivo y trastornos de ansiedad y depresión, entre otras patologías. Esta sintomatología neuropatológica de neuropatologías está relacionada con la falta de funcionalidad del gen Mbnl2. Asimismo, estudios previos han confirmado, mediante imágenes estructurales y funcionales, que los pacientes con DM1 presentan alteraciones neuronales y en células gliales. Además, también se han descrito alteraciones de neurotransmisores, mostrando una disminución de los niveles de glutamato y un aumento de glutamina, lo que indica que el sistema glutamatérgico se encuentra altamente afectado. Estas afectaciones repercuten en gran medida sobre la calidad de vida de los pacientes, por lo que es necesario hallar nuevas estrategias terapéuticas con el fin de reducir los síntomas neurológicos.
Con el objetivo de hallar un fármaco como posible tratamiento para aliviar la sintomatología del SNC en los pacientes de DM1, llevamos a cabo un cribado farmacológico de 1200 compuestos, procedentes de la quimioteca Prestwick y aprobados por la FDA, con un modelo neurológico para DM1 en Drosophila. Este modelo de la enfermedad, que expresa 480 repeticiones del triplete CTG en una estructura cerebral en moscas hembras, conocida como cuerpos de seta, se caracteriza por la imposibilidad de eclosionar a una temperatura de 29ºC debido a la falta de coordinación de sus movimientos, lo que se traduce en la ausencia de hembras adultas emergidas (nacidas). Del mismo modo, las moscas macho, al no expresar el triplete CTG, emergieron sin dificultad, por lo que se emplearon como control interno de toxicidad.
De los 1200 compuestos testados en el modelo de mosca, 36 fármacos mostraron un efecto anti-DM1, es decir, favorecieron la eclosión de hembras portadoras del transgén. Uno de estos compuestos, la mirtazapina, un antidepresivo atípico, mostró un efecto anti-DM1 a distintas concentraciones y temperaturas. Sin embargo, otros compuestos como la fluoxetina, ritanserina, granisetrón y MDL-11939, con dianas moleculares similares, no mostraron ningún rescate sobre la letalidad de las hembras. Estos resultados sugieren que el efecto beneficioso de la mirtazapina podría deberse al hecho de que este fármaco actúa simultáneamente sobre varios receptores, sugiriendo así la necesidad de un fármaco con actividad multimodal para revertir el fenotipo descrito.
Para la validación del fármaco se utilizó un modelo murino transgénico de DM1 que presentaba una supresión de la expresión del gen Mbnl2 en las neuronas glutamatérgicas del cerebro anterior, incluyendo la corteza y el hipocampo (HPC). En primer lugar, estudiamos la contribución del gen Mbnl2 en el desarrollo de la enfermedad y en concreto, en la aparición de trastornos neurológicos, en este modelo murino de DM1. Nuestros resultados revelaron que estos ratones mostraban alteraciones comportamentales similares a las observadas en pacientes de DM1, como pérdida de memoria a largo plazo y estados de depresión, en comparación con los ratones normales.
La administración crónica (21 días) de dosis moderadas de mirtazapina, que no inducían hipolocomoción, produjo una mejora de los déficits cognitivos, así como una atenuación del estado depresivo en ratones deficientes en el gen Mbnl2 en neuronas glutamatérgicas, en comparación con los ratones transgénicos tratados sólo con vehículo.
Después del análisis conductual, se evaluó el estado neuroinflamatorio (mediante células de la microglía) en la corteza medial prefrontal (mPFC) y en el HPC. Aunque no se apreciaron diferencias significativas en el mPFC y en las zonas CA1 y CA3 del HPC, se observó una atenuación en la expresión de la microglía en el giro dentado (DG) y una disminución del factor pro-inflamatorio IL-1β, lo que sugiere que la mirtazapina actúa revirtiendo el proceso inflamatorio de estas células. Además, los ratones tratados con el fármaco mostraron un incremento en la expresión de marcadores relacionados con la proliferación neuronal. Este proceso llamado neurogénesis puede tener un papel importante en el desarrollo y mantenimiento de la memoria y el aprendizaje.
Además, evaluamos los niveles de expresión de genes que codifican para receptores modulados por la mirtazapina. Nuestros resultados mostraron importantes cambios en el receptor de la serotonina 1A (5-HT1A), involucrado en la regulación de la depresión, ansiedad y procesos de memoria, y en el receptor de la histamina (H1), implicado en la modulación de procesos inflamatorios. El tratamiento crónico con mirtazapina aumentó la expresión del gen 5-HT1A, el cual se encontraba reducido en el modelo murino, al igual que en humanos. Por otro lado, los niveles del receptor H1 que inicialmente se encontraron elevados en el modelo murino, disminuyeron significativamente tras la administración del fármaco. Estos resultados, sugieren que mirtazapina regula la expresión de los genes que codifican para estos receptores, los cuales podrían estar mediando estados de depresión y procesos de inflamación.
Finalmente, se realizó un estudio metabolómico para determinar el efecto a largo plazo del tratamiento crónico con mirtazapina en los niveles de neurotransmisores y metabolitos relacionados con la depresión y funciones cognitivas. En este estudio, el tratamiento con mirtazapina en los ratones transgénicos produjo un aumento en la producción de serotonina (5-HT), noradrenalina (NA), GABA y adenosina en el hipocampo, con respecto a los ratones control. Esto es interesante ya que alteraciones del sistema GABAérgico estarían relacionadas con estados depresivos en humanos (Sanacora et al. 2012). Mientras que la serotonina, al actuar sobre los receptores de adenosina A1 podrían tener una acción neuroprotectora frente a lesiones o estados neuroinflamatorios (Ribeiro et a. 2003). Estos resultados indican que alteraciones en el sistema GABAérgico y en otros niveles de neurotransmisión podrían estar implicadas en el mecanismo patogénico de la distrofia miotónica tipo 1.
En conclusión, el modelo de mosca DM1 con alteraciones neurológicas resultó ser una herramienta clave para encontrar un fármaco, la mirtazapina, con potenciales acciones beneficiosas contra la DM1. El modelo murino de DM1, por una disminución de la funcionalidad del gen Mbnl2, mostró ser un buen modelo de la enfermedad por presentar alteraciones neurológicas similares a los pacientes, como estados de depresión, disfunción cognitiva, procesos de neuroinflamación y alteranciones en sistemas de neurotransmisores. Además, este modelo murino proporcionó evidencia de que el antidepresivo atípico mirtazapina podría ser un buen candidato para aliviar los síntomas neurológicos en pacientes con DM1.
Referencia: Ramon-Duaso C, et al. Protective effects of mirtazapine in mice lacking the Mbnl2 gene in forebrain glutamatergic neurons: Relevance for myotonic dystrophy 1. Neuropharmacology. 2020 Apr 6;170:108030. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.neuropharm.2020.108030
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