El impacto de las toxinas y la genética en la enfermedad de Parkinson

La enfermedad de Parkinson (EP) afecta a millones de personas en todo el mundo. Es un trastorno que lleva a la pérdida gradual de células nerviosas en el cerebro. Esta pérdida resulta en varios síntomas relacionados con el movimiento, como movimientos lentos, rigidez, temblores en reposo y problemas de equilibrio. Además de estos problemas motores, también hay síntomas no motores como falta de motivación, ansiedad, problemas de memoria, tristeza, alucinaciones, problemas para dormir, dolor y problemas digestivos.

Los principales problemas en la EP son la pérdida de neuronas productoras de Dopamina en una parte del cerebro llamada sustancia negra. Esta pérdida lleva a niveles más bajos de dopamina, que es crucial para controlar el movimiento. Otro signo característico de la EP es la acumulación de una proteína llamada Alfa-sinucleína, formando grumos que pueden ser tóxicos para las neuronas, conocidos como cuerpos de Lewy y neuritas de Lewy.

La mayoría de los casos de Parkinson ocurren sin una razón conocida, pero estudios han identificado más de 90 factores genéticos que pueden aumentar el riesgo de desarrollar la enfermedad. Parece que la genética contribuye en aproximadamente un 35% al riesgo de la enfermedad. Aunque algunas mutaciones en el gen de la alfa-sinucleína son comunes en formas genéticas de la EP, ningún modelo animal único replica todos los aspectos de la enfermedad. Esta falta de modelos completos sugiere que los factores ambientales juegan un papel vital en el desarrollo de la EP. Curiosamente, incluso las personas con la misma mutación genética pueden mostrar síntomas muy diferentes, lo que indica una mezcla compleja de factores genéticos, ambientales y relacionados con la edad involucrados en la enfermedad.

Investigaciones recientes han sugerido que ciertas toxinas podrían estar involucradas en el desarrollo de la EP. Por ejemplo, el lipopolisacárido (LPS) se usa a menudo para provocar una respuesta inmune en estudios. Proviene de la capa externa de ciertas bacterias y puede desencadenar Inflamación tanto en el cuerpo como en el cerebro. Varios estudios han mostrado que tratar animales con LPS puede imitar algunos síntomas de la EP. Por ejemplo, inyecciones repetidas de LPS en ratones jóvenes llevaron a una disminución en ciertas células cerebrales 19 días después de la primera dosis, aunque no hubo más pérdida después de un período más prolongado.

#Objetivos de la investigación

Este estudio tenía como objetivo probar la idea de que la EP ocurre a través de un mecanismo de "doble golpe". Esto significa que tanto el aumento de niveles de endotoxinas como el LPS y la presencia de alfa-sinucleína agregada juntos desencadenan la muerte de células cerebrales. Los investigadores utilizaron ratas criadas para sobreexpresar alfa-sinucleína humana. Estas ratas mostraron signos de enfermedad a los cuatro meses de edad, lo que llevó a una pérdida significativa de neuronas productoras de dopamina a un año y cambios en cómo funcionan estas neuronas. Para ver cómo el LPS afectaba a estas ratas, los investigadores inyectaron LPS cuando tenían dos meses y revisaron los cambios en la inflamación y el sistema dopaminérgico tres meses después.

#Comportamiento de enfermedad y cambios de peso

Las inyecciones de LPS causan comportamientos de enfermedad en las ratas, similar a lo que sucede en humanos durante infecciones. Los investigadores midieron signos de enfermedad y cambios en el peso corporal en diferentes momentos tras la inyección de LPS. Las ratas tratadas con solución salina no mostraron signos de enfermedad, con solo una ligera disminución en la actividad observada en algunas ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína. En contraste, las tratadas con LPS mostraron un claro comportamiento de enfermedad, alcanzando su punto máximo 24 horas después de la inyección. Se volvieron menos activas, adoptaron posturas encorvadas y su pelaje se veía descuidado. Mientras que las ratas tratadas con solución salina ganaron peso gradualmente, las tratadas con LPS experimentaron pérdida de peso, perdiendo más de 40 gramos poco después de la inyección pero comenzaron a recuperarse en las semanas siguientes.

#Investigando la inflamación duradera

Los investigadores examinaron si una sola dosis de LPS podría causar inflamación duradera en las regiones cerebrales de interés. Utilizaron técnicas avanzadas de citometría de flujo para identificar las diversas células inmunes involucradas.

Los resultados indicaron que el porcentaje de ciertas células inmunes, llamadas monocitos/macrófagos, aumentó en los cerebros de ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína cuando fueron tratadas con LPS en comparación con las ratas de control. Sin embargo, no hubo cambios significativos en las células inmunes residentes del cerebro (microglía) en el grupo tratado con LPS en comparación con los animales tratados con salina.

A pesar de que el número de microglía no cambió, los investigadores exploraron su estado de activación. Marcadores específicos de inflamación mostraron que las microglías en las ratas tratadas con LPS estaban más activadas en comparación con las tratadas con salina. También hubo evidencia de cambios en la estructura de las microglías que indican una respuesta a la inflamación desencadenada por el LPS.

#Infiltración de células inmunes periféricas

Dado que las células inmunes del cuerpo pueden afectar el cerebro, los investigadores examinaron si la inyección de LPS influía en la entrada de estas células al cerebro. Identificaron diferentes tipos de células inmunes, incluidas células T, células B y células asesinas naturales (NK). Los resultados mostraron que las células T aumentaron significativamente en una región del cerebro de las ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína tratadas con LPS, mientras que no hubo cambios notables en las células B o en las células NK. En otra área del cerebro, también se encontró que las células T aumentaban en ratas WT (tipo salvaje) tras el tratamiento con LPS.

Para entender el panorama completo de las respuestas inmunes, también examinaron la sangre periférica. No se encontraron cambios significativos en los porcentajes de células B, células NK y granulocitos. Sin embargo, hubo un aumento notable en los monocitos en las ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína tratadas con LPS.

#Efectos del LPS en los cambios de las neuronas dopaminérgicas

A continuación, los investigadores investigaron si la toxina podría dañar las neuronas dopaminérgicas en las ratas. Realizaron conteos celulares estereológicos para ver cuántas neuronas productoras de dopamina se perdieron tres meses después de la inyección de LPS. Encontraron que tanto las ratas WT como las que sobreexpresaban alfa-sinucleína experimentaron una pérdida significativa de estas neuronas después de LPS. Sin embargo, la disminución fue más pronunciada en las ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína.

Para determinar si esto se debía a una pérdida real o solo a una regulación a la baja del marcador de dopamina, verificaron otro marcador de dopamina en esas neuronas. La presencia de neuronas negativas para dopamina que todavía expresaban el marcador adicional se observó más en el grupo WT, sugiriendo que algunas de las neuronas dopaminérgicas en el WT aún estaban vivas pero no expresaban dopamina.

#Cambios morfológicos en la sustancia negra

El estudio también miró la estructura de las neuronas dopaminérgicas después del tratamiento con LPS. Hubo un cambio notable en cómo lucían estas neuronas en las ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína. Las proyecciones dendríticas de estas neuronas mostraron alteraciones con menos ramas y cambios en la forma, indicando daño.

#Cambios en el estriado

A pesar de la clara pérdida de neuronas dopaminérgicas en la sustancia negra después del tratamiento con LPS en ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína, los niveles de dopamina en el estriado no mostraron la misma disminución. Hubo una pérdida significativa de liberación de dopamina en el estriado en las ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína tratadas con LPS, pero no se identificó ningún cambio en los niveles de marcador de dopamina en esa área.

#Cambios funcionales y morfológicos

Los investigadores probaron la capacidad funcional del sistema dopaminérgico registrando la liberación de dopamina en el estriado. Los resultados mostraron que la cantidad de dopamina liberada era significativamente menor en las ratas que sobreexpresaban alfa-sinucleína tratadas con LPS en comparación con las tratadas con salina. Sin embargo, la tasa a la que disminuyó la dopamina no cambió entre los dos grupos.

Además, evaluaron cómo los fármacos que influyen en la recaptación y liberación de dopamina afectaban al sistema dopaminérgico. Si bien ambos grupos respondieron a estos medicamentos, no hubo diferencias significativas entre los grupos, lo que indica una similitud en cómo funcionaban sus sistemas dopaminérgicos a pesar de las diferencias subyacentes en la pérdida neuronal.

Adicionalmente, se realizaron pruebas de comportamiento para evaluar las habilidades motoras de los animales y los comportamientos similares a los del estado de ánimo. No se observaron diferencias significativas en la coordinación motora, la actividad de exploración o la preferencia por soluciones dulces en las ratas después de la inyección de LPS.

#Conclusión

Los hallazgos sugieren que la enfermedad de Parkinson está influenciada por una mezcla de factores genéticos y ambientales. Este modelo de doble golpe destaca cómo la combinación de predisposición genética a la EP y factores ambientales como la inflamación puede llevar a la Neurodegeneración. Estos resultados indican que el sistema inmunológico juega un papel crucial tanto en la iniciación como en la progresión de la enfermedad de Parkinson.

En esencia, la inflamación junto con los riesgos genéticos presenta un entorno complejo propicio para el desarrollo de la enfermedad de Parkinson. Se necesitan futuros estudios para explorar los mecanismos exactos y las interacciones en juego, especialmente en etapas posteriores tras la exposición a estos desencadenantes ambientales. Las ideas de esta investigación pueden eventualmente llevar a mejores estrategias para la prevención y tratamiento de esta desafiante condición.

#Resumen de métodos

Para realizar esta investigación, se utilizaron tipos específicos de ratas modificadas genéticamente para sobreexpresar alfa-sinucleína humana. El estudio siguió estrictas pautas éticas en cuanto al cuidado animal. Se inyectó una sola dosis de LPS en las ratas a los dos meses de edad, y se realizaron varias pruebas y mediciones durante los meses siguientes. Se monitorizó el peso corporal y se observaron los comportamientos de enfermedad.

Se emplearon técnicas de citometría de flujo de alta dimensión para analizar los tipos y estados de las células inmunes tanto en sangre periférica como en regiones cerebrales. Se utilizaron conteos estereológicos y métodos inmunohistoquímicos para evaluar la pérdida de neuronas y los cambios en las estructuras cerebrales. Además, se realizaron ensayos funcionales para la liberación de dopamina utilizando técnicas avanzadas de registro, y se llevaron a cabo evaluaciones del comportamiento para evaluar las funciones motoras y las respuestas de estado de ánimo.

Todos los hallazgos se analizaron estadísticamente para determinar las diferencias significativas entre grupos, proporcionando una imagen completa de cómo el LPS y la sobreexpresión de alfa-sinucleína interactúan para influir en la neurodegeneración y la progresión de la enfermedad de Parkinson.