MEDICINA - Volumen 60 - Nº 5/2, 2000
MEDICINA (Buenos Aires) 2000; 60:725

       
     

       
   

SESIÓN ESPECIAL CON INVESTIGADORES FORMADOS:

SOSTÉN TRÓFICO DEL SISTEMA NERVIOSO. IMPLICANCIAS BÁSICAS Y CLÍNICAS 

FACTORES TROFICOS Y ENFERMEDADES NEUROLOGICAS HUMANAS

 

Roberto E.P. Sica

División Neurología, Hospital Ramos Mejía, Facultad de Medicina, UBA.

El factor de crecimiento neuronal (NGF) fué hallado hace ya algunas décadas1 y constituyó la primera mólecula para la que se demostró la capacidad de promover crecimiento, diferenciación y supervivencia neuronal2. De inmediato se intuyó la posibilidad de que este tipo de compuestos fuesen útiles en el tratamiento de enfermedades neurológicas degenerativas humanas.

Los años transcurridos han probado que el avance, en ese aspecto, ha sido lento sin que hasta hoy se produjeran hechos de relevancia en la obtención de ese objetivo.

En los últimos años una serie de factores con propiedades similares a los del NGF fueron descriptos, tales como el derivado del cerebro (BDNF), el de la glia (GDNF), las neurotrofinas (N3 y N4/5), el similar a la insulina (IGF1, IGF2), el neurotrófico ciliar (CNTF), el de crecimiento fibroblástico (FGF), el transformador de crecimiento beta (TGFbeta) y otros, capaces de mantener en salud a diferentes poblaciones neuronales, agrupados en distintas familias según sus características estructurales3.

Teóricamente los factores tróficos podrían actuar como protectores neuronales en diversas alteraciones del sistema nervioso central (SNC) y del periférico (SNP) previniendo la muerte de neuronas y rescatando otras que hubieran ingresado en el estado de enfermedad. Por ejemplo, el IGF1 ha probado ser efectivo en modelos animales de enfermedad de neurona motora, e igual ha sucedido con el CNTF, el BDNF y la NT-3. Por otra parte, el NGF ha exhibido marcado efecto protector sobre neuronas colinérgicas en cultivo, que son las mismas que se comprometen tempranamente en la demencia de Alzheimer4. En la enfermedad de Parkinson experimental se  ha mostrado el beneficio del FGF, del TGFbeta y del GDNF, que son capaces de mantener vivos a los transplantes de células cromafines5. En lo que respecta al SNP, algunos pocos intentos expe-rimentales se ham hecho tratando de proteger a receptores periféricos y a los axones que a ellos llegan mediante el empleo de IGF y de NGF, con resultados variables.

Diversas pruebas terapeúticas han sido completadas ya, y otras estan en vias de ejecución, empleando estas moléculas en enfermedades degenerativas primarias del SNC. El mayor énfasis ha sido puesto en la esclerosis lateral amiotrófica en la que ya se han ensayado el CNTF, el IGF 1 y el BDNT sin que hayan logrado modificar el curso natural de la enfermedad. Sin embargo, en todos esos intentos la via de administración ha sido la subcutanea que, aparentemente, no es la mas apropiada. Muy posiblemente la modificacion de la ruta de aplicacion de estos factores, mediante la introduccion directa de ellos en el SNC a traves de distintos procedimientos, permita obtener resultados mas alentadores para el control de esas dolencias.

 

Bibliografia

 

  1.   Levi-Montalcini R. Sience, 1987, 263: 1154-1162.

  2.   Thoenen H. TINS, 1991, 14: 165-170.

  3.   Lindsay RM, Wiegand SJ, Altar CA, DiStefano PS. TIMS, 1994, 17:182-190.

  4.   Hefti F. J Neurosci, 1986, 6: 2155-2162.

  5.   Oppenheim RW. Nature, 1995, 373: 344-347.

 


El papel del calcio en la protección neuronal

 

Mónica Lidia Fiszman

Laboratorio de Neurociencias, Fundación CIMAE, Argentina.

Es conocido el papel de la actividad neuronal en los fenómenos de plasticidad. También se ha descripto que la interrupción de las sinapsis podría afectar la viabilidad de las neuronas.

En esta comunicación se aportan evidencias sobre los efectos de la actividad neuronal sobre la neurogénesis, diferenciación y supervivencia de las neuronas. Se estudiaron células granulares del cerebelo (CGC) en diferentes estadíos de maduración in vitro, plaqueadas en condiciones que no favorecen el crecimiento glial y en ausencia de factores tróficos (medio químicamente definido). Para recrear la actividad neuronal se trataron las células con ClK 25 mM (25K) que induce despolarización y aumento de las concentraciones del calcio intracelular.

Los parámetros biológicos estudiados fueron neu-rogénesis (24 horas in vitro), neuritogénesis/plasticidad (48 horas in vitro), supervivencia (7 días in vitro).

Los resultados obtenidos en neuroblastos sugieren que los canales de calcio voltaje dependientes (CCVD) se expresan ya en este estadío del desarrollo y son funcionales ya que tras su activación con 25K se produce un influjo de calcio (Fura-2) que es bloqueado con nifedipina. Se produce también un aumento de la proliferación de los neuroblastos que es bloqueado por nifedipina, y magnesio. El efecto sobre la neurogénesis es mediado por la cascada de la MAPK.

Las neuronas inmaduras (48 horas in vitro) crecidas a baja densidad y en ausencia de contactos sinápticos presentan una morfología bipolar simple, sin arboriza-ciones. La actividad neuronal induce en ellas un incre-mento muy significativo de la red neurítica. Este efecto neuritogénico se debe al influjo de calcio a juzgar por los experimentos con Fura-2 y bloqueantes farma-cológicos de CCVD. En este caso la cascada enzimática que se activa es la de la CaMKII.

La población de neuronas maduras que sobrevive en condiciones de reposo (5K) a los 7 días es reducida en número (40% con respecto a las de 25K) con neuritas cortas y escasas. Por el contrario las CGC plaqueadas en medios despolarizantes presentan una densa red neurítica y son mayores en número. Esta situación es independiente de la presencia de suero y glía en las condiciones de cultivo. El efecto depende exclusi-vamente del influjo de calcio y tanto la MAPK como la CaMKII median el efecto neuroprotector que activa el calcio.

Se concluye que los niveles de calcio intracelular juegan un papel determinante regulando el número de neuronas. El calcio ejerce diferentes efectos biológicos dependiendo del estadío de madurez de la célula. En interneuronas (CGC) el calcio parece ser el único deter-minante de la supervivencia a largo plazo.


Función del sistema circadiano en la neuroprotección

D.P. Cardinali, L.I. Brusco, R.A. Cutrera

Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina, UBA.

El organismo sano se caracteriza por un alto grado de orden temporal en sus funciones y las desviaciones de este orden acompañan a numerosas patologías. Los dos grandes tipos de desincronizaciones circadianas en el hombre son: (a) las internas, como consecuencia de alteraciones patológicas crónicas o del proceso normal de envejecimiento; (b) las externas, derivadas de la necesidad del trabajo nocturno o de los vuelos transme-ridianos. A medida que la edad avanza la amplitud de los ritmos disminuye y se modifica la oscilación intrínseca del reloj circadia­no, con adelantos de fase. Ello se agrava en las enfermedades neurodegenerativas de la vejez, como la enfermedad de Alzheimer. En general el sueño del geronte está alterado con aumento en el número y duración de los episodios de desper­tar, abolición del sueño lento y disminución de la latencia del sueño REM. Existe también disminución de la amplitud de los ritmos diarios de secreción de hormonas como la melatonina o el cortisol, participantes en la exportación de la señal circadiana a diversos tejidos. La secreción de hormonas cuya liberación está vinculada con el sueño lento, como la hormona de crecimiento, se suprime, así como numerosos fenómenos anabólicos en el SNC. La razón de estos cambios está en la degeneración celular de los núcleos supraquiasmáticos, con consecuencia directa de disminu­ción de la longitud y amplitud de los ciclos. La reciente incorporación de la melatonina como terapéutica para la reducción de amplitud de ritmos circadianos en gerontes, remarcablemente el sueño, nos ha permitido examinar su eficacia en distintas patologías de la vejez. Se discutirán distintos estudios experi-mentales y clínicos sobre la acción de la melatonina. En un modelo de artritis por adyuvante de Freund en ratas observamos que la melatonina revierte la depresión del ritmo diario en LH y aumenta la amplitud del ritmo en ACTH observadas en animales viejos. En otro estudio se verificó que la melatonina revierte la depresión relacionada con la vejez de los ritmos circadianos en linfocitos T y CD4+. En un estudio polisomnográfico en gerontes con insomnio primario crónico observamos que la administración de melatonina redujo el tiempo despierto durante el sueño y aumentó la duración y eficiencia del sueño, con aumento en el sueño en estadio 2, sin modificaciones en el REM. En una serie de 27 pacientes con enfermedad de Alzheimer tratados con melatonina (9-12 mg/día) se observó reducción significativa de la agitación vesperal (sundowning) acompañada de enlentecimiento en la evolución clínica de la enfermedad. En conjunto, los resultados avalan la hipótesis de que la restauración de la amplitud en el sistema circadiano se acompaña fenómenos reparativos y neurotróficos sig-nificativos.

 

Some steroids, such as progesterone (P4), can be synthesized in the central and peripheral nervous system by neurones and glial cells and thus they have been termed “neurosteoids”. This observation raises the questions of the regulation of neurosteroid synthesis and of its biological significance. We have adressed them by studying the expression, activity, and regulation of the  enzyme 3b-hydroxy-steroid-dehydrogenase (3b-HSD) in both the central and peripheral nervous system. Indeed, the conversion of pregnenolone, a 3b-hydroxy-D5-ene steroid, into P4, a D4-oxo steroid by 3b-HSD is an essential step in the biosynthesis of all steroid hormones. We have also demonstrated an important role of the locally formed P4 in myelination  after sciatic nerve injury.

 In rat brain, 3b-HSD mRNA is expressed in neurones of olfactory bulb, striatum, cortex, thalamus, hypotha-lamus, septum, habenula, hippocampus and cerebellum. Nucleotide sequencing of RT-PCR amplified cDNA fragments indicated that the 4 known isoforms are expressed in the brain, with the isoform 1 being the more abundant.

In the spinal cord, similar patterns of 3b-HSD mRNA expression were observed in the  cervical, thoracic, lumbar and sacral regions. The following gradient of distribution was observed: dorsal horn (layers I-III) > central canal (layer X) ³ ventral horn (layers VIII and IX) >> ventral funiculus and/or lateral funiculus (white matter). The number of grains per cell was higher on moto-neurones than in the neurones of the dorsal horn in all the regions of the spinal cord. To evaluate if neurosteroid levels are influenced by trauma, we measured by a gas-chromatographic/mass-spectrometric method, the levels of P4, its precursor pregnenolone, and its 5a-reduced  derivatives in the spinal cord  after transection  at the thoracic level (T10). 72h after injury the levels of pregnenolone, 5a-progesterone, and 3a,5a-tetrahydro-progesterone increased in the lumbar region as compared to control animals.

In the peripheral nervous system, expression of 3b-HSD mRNA and formation of P4 by rat Schwann cells are dependent on signals produced by dorsal root ganglia sensory neurones. This was shown in vitro and in vivo in the regenerating rat sciatic nerve after different types of injury. The regulation of 3b-HSD mRNA after lesion was similar to the regulation of myelin protein mRNAs, suggesting an important role of locally formed P4 in myelination. This was demonstrated in the regenerating mouse sciatic nerve. Blocking the local synthesis of progesterone by trilostane or its action by RU486 after lesion inhibited the formation of new myelin sheaths. A mechanism by which P4 promotes myelin formation may be the activation of specific myelin protein genes. However, the effects of P4 may be indirect, by increasing the expression of transcription factors, which are involved in myelination. The  transcription factor Krox-20 (Egr-2) that is expressed in Schwann cells plays an important role in the myelination of peripheral nerves and is rapidly induced by P4. This stimulation was observed  within 15 minutes and is specific as other steroids had no effect.

This work was supported by the association Française contre les Myopathies (AFM), by the European community (Biomed 2, contract BMH4-CT97-2359) and ECOS-SECYT program (A98SO1) between the govern-ments of France and Argentina.


PRogesterone : local biosynthesis and trophic effects in the nervous system

R. GUENNOUN1,  H. COIRINI1, 2, F. Labombarda2, Y. BENMESSAHEL1, Ph. Liere1, S. GONZALEZ2, E-E BAULIEU1, A.F. DE NICOLA2, M. SCHUMACHER1

 INSERM U488, 80, rue du général Leclerc, 94276 Bicêtre, France. 2 Instituto de Biologia y Medicina Experimental, Departamento de Bioquimica Humana, Facultad de Medicina, Universidad de Buenos Aires,

Obligado 2490, 1428 Buenos Aires, Argentina


Hormonas esteroideas: nuevas perspectivas para la neurodegeneración

A.F. De Nicola, M.C. Gonzalez Deniselle, S. Gonzalez

Laboratorio de Bioquímica Neuroendocrina, Instituto de Biología y Medicina Experimental, Depto. de Bioquímica Humana, Facultad de Medicina, UBA.

El ratón Wobbler posee una mutación de expresión autosómica recesiva (wr), la cual produce degeneración temprana de las motoneuronas de la médula espinal y del tronco encefálico, además de una pronunciada astrogliosis. Se lo ha empleado como un modelo genético de la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y de la  atrofia muscular espinal infantil. La médula espinal del Wobbler y la de pacientes con ELA presentan diversas patologías en común, que vuelven a este animal un modelo útil para evaluar terapéuticas no convencionales. Entre estas neuropatologías mencionaremos:1) cambios degenera-tivos de motoneuronas grandes y medianas, incluyendo perdida de sustancia de Nissl; 2) cambios axonales que semejan la degeneración Walleriana; 3) hiperplasia de neurofibrillas con alteración del flujo axonal.; d) ausencia de gránulos de lipofucsina en motoneuronas; 4) astrogliosis con aumento de la expresión de la proteina acida fibrilar de la glia (GFAP); 5) aumento de la expresión de la proteína asociada al crecimiento (GAP43) y 6) ma-yor expresión de óxido nítrico sintetasa .

Existen evidencias directas e indirectas sobre el aumento del estrés oxidativo en la medula espinal del ratón Wobbler, lo que ha llevado a considerar la posibilidad del tratamiento con antioxidantes. Los esteroides poseen potencia antioxidante y neuroprotec-tora, ya se trate de estrógenos, glucocorticoides, progesterona y los 21-aminoesteroides. Los últimos, llamados también Lazaroi-des derivan de los glucocorticoides, no poseen efectos secundarios, su potencia antioxidante es 3 veces superior a la vitamina E y 10 veces mayor a la metilprednisolona, y se intercalan en las membranas previniendo la peroxidación lipida. El tratamiento con un 21-aminoes-teroide de ratones Wobbler se efectuó durante 4 dias por implante de un pellet sc de 50 mg. Se escogieron tres parámetros anormalmente elevados en los ratones Wobbler y en pacientes con ELA para evaluar la acción del Lazaroide: número de astrocitos GFAP positivos, expresión del ARNm para  GAP-43 y actividad de la oxido nitrico sintetasa (NADPH-diaforasa). Resultados: a) Los ratones Wobbler presentaron hipertrofia e hiperplasia astrocitaria, la que aumentó post-tratamiento con Lazaroide en el asta ventral y dorsal de la médula espinal. b) En ratones controles la expresión del ARNm de la GAP43 en motoneuronas fue baja o indetectable, mientras que se obtuvo hiperexpresión en Wobbler, la que se atenuó significativamente por tratamiento con el Lazaroide; c) La reacción histoquímica para NADPH-diaforasa mostró una elevación entre 2-3 veces en motoneuronas del Wobbler, la que fue significativamente disminuída por tratamiento con el Lazaroide.

Integrar estos datos en una hipótesis unitaria es una tarea dificil, aunque sugerimos las siguientes posi-bilidades: Primero, dada la función de los astrocitos en el mantenimiento de la función neuronal, la hiperreac-tividad astrocitaria producida por el Lazaroide se podria encuadrar como inductora de la neuroprotección. Segundo, la atenuación de la GAP-43 se deberia en parte a la atenuación de la respuesta neuronal exagerada a la degeneración. Asimismo, la atrofia muscular por desnervación que caracteriza al Wobbler y que provocaria la hiperexpresión de GAP-43 podria mejorarse por el Lazaroide, ya que posee acción miogénica. Tercero, el Lazaroide prevendría la neurotoxicidad por exceso de oxido nitrico y formación de peroxinitritos  al reducir la actividad de la NADPH-diaforasa (oxido nitrico sintetasa). Los datos aportados por el tratamiento con anti-oxidantes en el ratón Wobbler, sugieren que estos compuestos tendrían un potencial valor terapéutico en enfermedades degenerativas de motoneurona (Trabajo subsidiado por CONICET –PIP4103; UBA TM13, FONCYT BID 802 OC AR PICT 97 05-00438) e Instituto Universitario de Ciencias de la Salud, (Fundación Barceló).