Enriquecimiento ambiental en ratones 3xTgAD (modelo de Alzheimer): perfiles cognitivos y emotivos

Abstract

La enfermedad de Alzheimer (AD) es un desorden neurodegenerativo relacionado con la edad que representa la causa de demencia senil más común. Este desorden se caracteriza por la pérdida de memoria acelerada e incrementada respecto al envejecimiento normal, y el deterioro de otras habilidades cognitivas que interfieren con el estado de ánimo, la razón, el juicio y el lenguaje. Existen varios modelos animales que reproducen los principales marcadores patológicos del desorden: las placas extracelulares de β‐amiloide (βA) y los ovillos neurofibrilares de proteina Tau. Este es el caso del modelo de ratón triple transgénico 3xTgAD, portador de los transgenes humanos PS1M146V, APPSwe y TauP301L, que desarrolla de manera progresiva las patologías βA y Tau, con un perfil temporal y anatómico específico que reproduce el patrón que tiene lugar en el cerebro humano con Alzheimer. Diversos trabajos han demostrado que el tratamiento de enriquecimiento ambiental en ratones es capaz de inducir cambios conductuales y de reactividad emocional frente al estrés. La estimulación cognitiva aumenta la conectividad neuronal en áreas responsables del aprendizaje y la memoria, creando una reserva cognitiva, de manera que los animales enriquecidos desarrollan redes neuronales más fuertes, soportando un mayor número de daños antes de mostrar signos de declive. Basándonos en estas teorías, la presente Tesis tiene como objetivos: 1. La caracterización conductual del modelo de ratón 3xTgAD en diversas etapas del desarrollo de la neuropatología. Extendiendo el conocimiento sobre las alteraciones del perfil cognitivo (de aprendizaje y memoria), y ampliándolo con la caracterización de las alteraciones a nivel no cognitivo. La caracterización de los ratones machos 3xTgAD se llevó a cabo a los 2.5 y 6 meses de edad (Estudio I), y en etapas más avanzadas de la enfermedad, cuando las placas de βA y los ovillos de Tau ya están ampliamente extendidos por la corteza y el hipocampo, a los 12 y 15 meses de ratones 3xTgAD de ambos sexos (Estudio II). 2. El estudio de los efectos presumiblemente beneficiosos del enriquecimiento ambiental en el modelo 3xTgAD. Se realizó un tratamiento de enriquecimiento ambiental a los 6 meses de edad, hasta la posterior evaluación conductual de los animales 3xTgAD de ambos sexos a los 12 y 15 meses de edad (Estudio II). Los resultados obtenidos muestran, por primera vez a los 2.5 meses de edad (en las fases iniciales de la neuropatología), que los ratones 3xTgAD presentan leves déficits cognitivos, detectados en la memoria espacial a corto plazo. Dicho déficit cognitivo va acompañado de una ligera alteración a nivel no cognitivo/emocional, reflejada por una reducción en los niveles de actividad exploratoria, probablemente resultado de un incremento del nivel de ansiedad/temerosidad. A los 6 meses, cuando ya se detectan depósitos amiloides extracelulares difusos por la corteza, dichas alteraciones cognitivas (de aprendizaje y memoria espacial) y emocionales (de los niveles de ansiedad/temerosidad) se ven incrementadas en los ratones 3xTgAD. Los resultados obtenidos a edades más avanzadas indican que los ratones 3xTgAD de 12 y 15 meses de edad presentan déficits cognitivos de aprendizaje y memoria espacial, de memoria de trabajo y a corto plazo, de transferencia de información entre las dos edades, y los mayores niveles de ansiedad/temerosidad. Asimismo los ratones 3xTgAD presentan dimorfismo sexual, reflejado en mayores déficits cognitivos de las hembras respecto a los machos, y mayores niveles de inhibición conductual de los machos respecto a las hembras. El enriquecimiento ambiental ejerce efectos positivos, aunque moderados, principalmente de mejora de los déficits de aprendizaje/memoria de referencia, de memoria de trabajo y de transferencia de información entre ambas edades en animales 3xTgAD de 12 meses. Dichos efectos del enriquecimiento ambiental varían en función del género.

Alzheimer disease (AD) is a neurodegenerative disorder associated with age which represents the most common cause of dementia. This disorder is characterized by an increased and accelerated memory loss compared to normal aging, and deterioration of other cognitive abilities that interfere with mood, reason, judgment and language. There are several animal models that reproduce the main pathological hallmarks of the disorder: extracellular β‐amyloid (βA) plaques and neurofibrillary tangles of Tau protein. This is the case of the triple tansgenic 3xTgAD mouse model, harvouring human trangenes PS1M146V, APPSwe y TauP301L, which developes in a progressive manner βA and Tau pathologies, with a specific temporal and anathomic profile that mimics the pattern that takes place in the human brain with Alzheimer’s disease. 3xTgAD model shows neuropathological and cognitive profile alterations characteristic of the disease, showing βA plaques widely extended through the cortex and the hippocampus at the age of 12 month old, and neurofibrillary tangles from 15 months of age onwards. Environmental enrichment in mice induces behavioural and emotional reactivity changes. It is thought that cognitive stimulation increases neuronal connectivity in areas responsible for learning and memory, creating a cognitive reserve, so that the enriched animals develope stronger neuronal networks and therefore can handle increased amounts of neural damage before showing signs of decline. Based on these theories, the main aims of this Thesis were: 1. Behavioural caracterization of 3xTgAD mouse model at various stages of the neuropathology development. Extending the knowledge about the alterations in the cognitive profile, upgrading it with the caracterization of the non cognitive alterations of the model. To achieve it, we carried out the caracterization of 3xTgAD male mice at 2.5 and 6 months old (Study I). Moreover, a longitudinal study at advanced stages of the disease, when βA plaques and neurofibrillary tangles are already widely extended through the cortex and hippocampus, was also carried out in 12 and 15‐month‐old 3xTgAD mice of both sexes (Study II). 2. The study of the presumably beneficial effects of environmental enrichment in the 3xTgAD model. For this study an environmental enrichment treatment was administered, from the age of 6 month old until the behavioural evaluation (emotional reactivity/fearfulness, learning and memory) of 3xTgAD animals of both sexes at 12 and 15 months of age (Study II). Results show, for first time at the age of 2.5 months (i.e. at early stages of AD pathology), that 3xTgAD mice show minor cognitive decline, detected in the short term spatial memory. This cognitive deficit is accompained with minor non cognitive/emotional alterations, reflected by reduced levels of exploratory activity in the Open Field test, probably resulting from an increase in anxiety/fearfulness (as shows the number of defecation boluses in several tests). When 6 months old, when diffuse extracellular amyloid deposits are detected through the cortex, the cognitive deficits (spatial learning and memory) and emotional (anxiety/fearfulness levels) alterations are increased in 3xTgAD mice. Results obtained at later stages demonstrate that 3xTgAD mice show no sensory‐motor deficits. Cognitive deficits of spatial learning and memory, working memory and short term memory, information “transfer” between both ages, and the increased levels of anxiety/fearfulness, are present at 12 and 15 months of age in the 3xTgAD model. 3xTgAD mice also show sexual dimorphism, reflected by higher cognitive deficits in females compared to males, and higher levels of novelty‐induced behavioural inhibition in males compared to females. Environmental enrichment exerts positive effects, although moderate, by mainly improving deficits in spatial learning/memory and working memory in 12‐month‐old 3xTgAD mice, as well as by improving information “transfer” between both ages in 3xTgAD animals. These environmental enrichment effects vary depending on the gender.