Estudio de la implicación del globo pálido en la epilepsia inducida por disfunción mitocondrial

Abstract

Els dèficits a la maquinària de producció d'energia mitocondrial causen malalties mitocondrials, un grup de trastorns intractables i generalment fatals que afecten 1 de cada 5000 naixements. Juntament amb el retard en el desenvolupament, l'atàxia, la insuficiència respiratòria i la hipotonia, els esdeveniments epilèptics són una presentació neurològica comuna de les malalties mitocondrials. Al nostre laboratori hem generat un model de ratolí de disfunció mitocondrial amb una deleció condicional a l'al·lel de la subunitat Ndufs4 del complex I mitocondrial en neurones GABAèrgiques (Gad2Cre;Ndufs4lox/lox). Mitjançant tècniques d'immunofluorescència es va revelar inflamació dels ganglis basals als ratolins. El model també mostra atacs epilèptics recurrents que condueixen a la mort prematura. Per establir la contribució dels nuclis afectats al desenvolupament d'esdeveniments epileptogènics, realitzem la reexpressió de Ndufs4 mediada per un vector viral administrat estereotàxicament als nuclis involucrats. Els nostres resultats mostren que el rescat de l'expressió de Ndufs4 al globus pàl·lid extern (GPe) disminueix la microgliosi, redueix i prevé els esdeveniments epilèptics i augmenta la supervivència dels ratolins. A més, hem observat que la inhibició del nucli subtalàmic (àrea glutamatèrgica que rep les projeccions de GPe) amb quimiogenètica redueix els esdeveniments epilèptics al nostre model. Aquest treball identifica un paper clau de GPe a l'epileptogènesi en el context de les malalties mitocondrials, proporcionant noves perspectives en la recerca de tractaments innovadors i efectius.

Los déficits en la maquinaria de producción de energía mitocondrial causan enfermedades mitocondriales, un grupo de trastornos intratables y generalmente fatales que afectan a 1 de cada 5000 nacimientos. Junto con el retraso en el desarrollo, la ataxia, la insuficiencia respiratoria y la hipotonía, los eventos epilépticos son una presentación neurológica común de las enfermedades mitocondriales. En nuestro laboratorio hemos generado un modelo de ratón de disfunción mitocondrial con una deleción condicional en el alelo de la subunidad Ndufs4 del complejo I mitocondrial en neuronas GABAérgicas (Gad2Cre;Ndufs4lox/lox). Mediante técnicas de inmunofluorescencia se reveló inflamación de los ganglios basales en los ratones. El modelo también muestra ataques epilépticos recurrentes que conducen a la muerte prematura. Para establecer la contribución de los núcleos afectados al desarrollo de eventos epileptogénicos, realizamos la reexpresión de Ndufs4 mediada por un vector viral administrado estereotáxicamente en los núcleos involucrados. Nuestros resultados muestran que el rescate de la expresión de Ndufs4 en el globo pálido externo (GPe) disminuye la microgliosis, reduce y previene los eventos epilépticos y aumenta la supervivencia de los ratones. Además, hemos observado que la inhibición del núcleo subtalámico (área glutamatérgica que recibe las proyecciones de GPe) con quimiogenética reduce los eventos epilépticos en nuestro modelo. Este trabajo identifica un papel clave de GPe en la epileptogénesis en el contexto de las enfermedades mitocondriales, proporcionando nuevas perspectivas en la búsqueda de tratamientos innovadores y efectivos.

Deficits in the mitochondrial energy-generating machinery cause mitochondrial disease, a group of untreatable and usually fatal disorders that affect 1:5,000 births. Together with developmental delay, ataxia, respiratory failure, and hypotonia, epileptic events are a common neurological presentation of mitochondrial disease. We have generated a mouse model of mitochondrial dysfunction with a conditional deletion in the mitochondrial complex I subunit Ndufs4 allele in GABAergic neurons (Gad2Cre;Ndufs4lox/lox). Immunofluorescence analysis revealed an increase in microglial and astroglial reactivity in the basal ganglia of Gad2Cre;Ndufs4lox/lox mice. Furthermore, Gad2Cre;Ndufs4lox/lox also display recurrent epileptic seizures which lead to premature death. To establish the contribution of affected nuclei to the development of epileptogenic events, we performed local stereotaxic viral vector-mediated Ndufs4 re-expression into the nuclei. Our results show that the rescue of Ndufs4 expression in the external globus pallidus (GPe) is sufficient to decrease local microgliosis, reduce and prevent the epileptic events, and increase the survival of mice. In addition, we show that the inhibition of the subthalamic nucleus (a glutamatergic area that receives GPe projections) with chemogenetics reduces the epileptic events in our model. This work identifies a key role of the GPe in epileptogenesis in the context of mitochondrial diseases, providing new leads in the quest to identify novel and effective treatments.