Estudio del papel de IR/IGF‐1R y GLP‐1R en el desarrollo de la enfermedad de alzheimer. Estrategias de terapia génica para reducir la sintomatología del modelo 3xTgAD

Abstract

La Enfermedad de Alzheimer (AD) es una enfermedad neurodegenerativa cuyos síntomas incluyen no sólo la pérdida de memoria de los pacientes, sino también problemas en la función ejecutiva, cambios de personalidad, etc. Se trata de una enfermedad compleja, son numerosos los factores de riesgo que pueden estar implicados en su desarrollo y se observan también alteraciones a diferentes niveles, tanto neurohistológicas, como genéticas, metabólicas, etc. En los últimos años, se ha estudiado extensamente la implicación de la Diabetes Mellitus y la Resistencia a la Insulina como factores de riesgo para el desarrollo de la AD. Así, numerosos estudios demuestran que la administración de insulina es capaz de mejorar la memoria tanto en personas sanas como en pacientes de AD. También se ha demostrado que los péptidos IGF‐1 y GLP‐1, estrechamente relacionados con la vía de señalización de la insulina, pueden actuar como factores de crecimiento y neuroprotección a nivel del Sistema Nervioso Central. Además, los niveles de expresión de los receptores de insulina, IGF‐1 y GLP‐1, así como su capacidad de activación se encuentran significativamente reducidos en el cerebro de pacientes de AD y esto correlaciona con el avance de la enfermedad, especialmente con el avance de la patología amiloide. En esta tesis doctoral, demostramos que los niveles de mRNA de IGF‐1R aumentan significativamente en animales 3xTgAD de 9 meses, pero los niveles del receptor proteico total y activado se encuentran reducidos en animales 3xTgAD de 9 y 12 meses. Esta reducción coincide en el tiempo con el cambio en la acumulación de los péptidos desde una localización intraneuronal a una localización extraneuronal, y ambos fenómenos podrían estar relacionados. Para demostrar la implicación de IR/IGF‐1R y GLP‐1R en el correcto funcionamiento neuronal y en el desarrollo de los síntomas de la AD, hemos diseñado dos vectores adenoasociados (AAV) que expresan un shRNA‐IGF1R y un shRNA‐IR, respectivamente, y los hemos inyectado conjuntamente en el hipocampo de hembras 3xTgAD de 2 meses de edad. Este silenciamiento de la vía IR/IGF‐1R provocó un aumento en la acumulación intraneuronal de Aβ a los 4 meses de edad en comparación con la encontrada en hembras inyectadas con un shRNA‐scrambled. Por otra parte, también diseñamos dos vectores AAV para sobreexpresar el cDNA de IGF‐1R y GLP‐1R en el hipocampo y córtex prefrontal de animales 3xTgAD de 5 meses de edad. De esta manera hemos demostrado que la sobreexpresión de GLP‐1R, pero no la de IGF‐1R, consigue corregir los síntomas neuropsichiátricos asociados a la demencia (BPSD), así como la flexibilidad cognitiva de los machos 3xTgAD de 12 meses de edad. Esto correlaciona con una reducción en la acumulación de Aβ en el hipocampo, así como una reducción de la neuroinflamación y de la pérdida neuronal en el córtex cerebral. En las hembras, ambos tratamientos tienen efectos moderados sobre los BPSD, pero sólo la sobreexpresión de IGF‐1R consigue mejorar la capacidad de aprendizaje y memoria espacial de las hembras 3xTgAD de 12 meses de edad. Esto correlaciona con una reducción en la neuroinflamación en hipocampo y amígdala, una menor acumulación de la proteína tau fosforilada, así como una reducción de la pérdida neuronal en el córtex.

Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder whose symptoms include not only memory loss, but also executive function problems, personality changes, etc. It is a complex disease, there are many risk factors implicated in its development and impairment in many aspects can be observed, as neurohistology, metabolism, genetics, etc. Diabetes Mellitus and Insulin Resistance have emerged in the late years as a risk factor for AD, as several studies demonstrate that insulin administration is able to improve memory in healthy patients as well as in AD patients, and the related peptides IGF‐1 and GLP‐1 can act as growth and neuroprotection factors in the Central Nervous System. Moreover, expression levels of IR, IGF‐1R, GLP‐1R, as well as their activation ability after binding of insulin, IGF‐1 and GLP‐1 to their corresponding receptors are impaired in brains of AD patients and this correlates to the stage of the disease, specially to the amyloid pathology. In this study, we demonstrate that IGF‐1R mRNA levels are significantly elevated in 3xTgAD animals when compared to WT at 9 months‐old, but there is a reduction at protein level and activation of IGF‐1R in 9 and 12 months‐old 3xTgAD animals. This reduction could be related to the change from an intra to an extraneuronal accumulation of Aβ peptides. To demonstrate the implications of IR/IGF‐1R and GLP‐1R for a correct neuronal function and in the developments of AD symptoms, we designed two AAV vectors expressing a shRNA‐IGF1R and a shRNA‐IR respectively, and we jointly injected them in the hippocampus of 2 months‐old 3xTgAD females. This IR/IGF‐1R silencing caused an increase in the intraneuronal Aβ accumulation at 4 months‐old when compared to females injected with a shRNA‐scrambled. We also designed two AAV vectors for the overexpression of IGF‐1R and GLP‐1R in the hippocampus and prefrontal cortex of 5months‐old 3xTgAD animals. We demonstrate that the overexpression of GLP‐1R, but not IGF‐1R, correct Behavioral and Psychiatric Symptoms associated to Dementia (BPSD) and cognitive flexibility in 12 months‐old 3xTgAD males, and this correlates with a reduction of Aβ accumulation in hippocampus, as well as with a reduction of neuroinflammation in amygdala and neuronal loss in cortex. In females, both treatments have moderate effect on BPSD, but only IGF‐1R overexpression improves spatial learning performance and spatial memory in 12 months‐old 3xTgAD females. This correlates with a reduction of neuroinflammation, accumulation of phosphorylated tau and neuronal loss in cerebral cortex.