Papel de beta-neurexinas en la formación y maduración del circuito sináptico y su disfunción en enfermedades mentales

Resumen

Las Neurexinas (Nrxn1-3) son proteinas de membrana presinapticas con un papel fundamental en el establecimiento, maduracion y funcion de las sinapsis. Mediante interacciones transinapticas con ligandos del terminal postsinaptico, como las Neuroliguinas (NLs), las Nrxns contribuyen a la formacion y funcion de los circuitos sinapticos. Alteraciones geneticas identificadas en pacientes con Trastornos del Espectro Autista (TEA) sugieren una hipofuncion de βNrxn1 en la etiopatologia del autismo. Los criterios diagnosticos del TEA se basan en la aparicion durante la infancia de un comportamiento repetitivo y de deficits en la interaccion y comunicacion social que se mantienen durante toda la vida. El origen espacio-temporal del autismo no se conoce por completo y podria derivar de una perturbacion temprana en el desarrollo con manifestaciones postnatales duraderas o, alternativamente, resultar de una disfuncion cronica de circuitos sinapticos postnatales desde la aparicion de los sintomas. Debido a la expresion de las Nrxns durante las etapas pre- y postnatales, en esta Tesis decidimos estudiar la implicacion de la disfuncion postnatal cronica de βNrxn1 en la presentacion de sintomas relacionados al autismo. Para ello, nuestro laboratorio genero el raton transgenico βNrx1ΔC, que expresa de forma inducible el dominante negativo HA-βNrx1ΔC en circuitos cortico-estriatales postnatales. Mediante experimentos de comportamiento, demostramos que el modelo βNrx1ΔC presenta un comportamiento asociado al autismo que se mantiene durante toda la etapa adulta, caracterizado por un incremento del comportamiento repetitivo, una perdida de la preferencia por la interaccion social y la novedad social y defectos en la comunicacion social mediada por el olfato. De manera interesante, estos patrones de comportamiento se revierten completamente tras el apagado del mutante de βNrx1, incluso en edades avanzadas. El dominante negativo HA-βNrx1ΔC interacciona especificamente con NL1 in vivo y provoca una acusada reduccion en la frecuencia de mEPSCs, acompanado de un descenso de menor magnitud en la frecuencia de mIPSCs. Este desbalance E/I genera cambios en la expresion de genes regulados por actividad, sin afectar al numero o composicion general de las sinapsis. Mediante el registro de LFP in vivo hemos estudiado el patron de actividad neuronal en los circuitos cortico-estriatales durante los eventos de interaccion social. La interaccion social genera patrones de actividad especificos en la corteza prefrontal y el estriado en ratones control, que no se producen en el modelo de autismo βNrx1ΔC. La expresion local del dominante negativo HA-βNrx1ΔC en el estriado mediante inyeccion lentiviral estereotaxica no desencadena comportamientos asociados con el autismo, indicando la disfuncion de circuitos corticales como posible mediador del comportamiento asociado al autismo. Los resultados de esta Tesis Doctoral demuestran que la disfuncion postnatal cronica de βNrxn1 en circuitos cortico-estriatales es suficiente para desarrollar un fenotipo asociado al autismo en ratones. La reversibilidad del comportamiento asociado a autismo en ratones adultos sugiere una oportunidad terapeutica en pacientes con TEA, incluso tras la manifestacion de los sintomas. Las aproximaciones desarrolladas en esta Tesis, basadas en la identificacion de los efectos electrofisiologicos y de comportamiento resultantes de la manipulacion de circuitos locales, permitiran caracterizar en mayor detalle los sustratos neuronales responsables del comportamiento relacionado al autismo, que pueden contribuir a la identificacion de dianas terapeuticas efectivas.