Download el papel de los receptores dopaminérgicos estriatales en las

EL PAPEL DE LOS RECEPTORES DOPAMINÉRGICOS ESTRIATALES EN LAS
ALTERACIONES CONDUCTUALES EN UN MODELO DE LA ENFERMEDAD DE
HUNTINGTON.
Vázquez I, Giordano M. y Mendoza MS
Departamento de Neurobiología Conductual y Cognitiva, Instituto de Neurobiología, Campus
UNAM Juriquilla. México.
ivmimic@yahoo.com
RESUMEN
La enfermedad de Huntington es un desorden neurodegenerativo que se genera por una pérdida gradual de neuronas
GABAérgicas y gliosis en el núcleo del estriado y en menor medida en la corteza cerebral1. La salida de la información
del estriado se realiza mediante dos vías: en la vía directa, estas neuronas expresan receptores dopaminérgicos tipo D1 y
el otro sistema, conocido como la vía indirecta las neuronas expresan receptores dopaminérgicos tipo D2 2. Las lesiones
excitotóxicas del estriado resultan en un incremento a corto plazo de la actividad locomotora espontánea, esta y otras
alteraciones llevaron a postular el modelo excitotóxico de la enfermedad de Huntington. Con la finalidad de determinar
si el sistema dopaminérgico participa en estos cambios conductuales y la manipulación de los receptores
dopaminérgicos podría reducir estas alteraciones, se utilizaron ratas Sprague-Dawley y mediante cánulas implantadas
previamente, al grupo control se le administró una solución de fosfatos (PBS 0.1M) y al grupo experimental ácido
kaínico (5nmoles). Se evaluó la actividad locomotora de los animales utilizando un sistema Digiscan (AccuScan
Electronics, Columbus OH) a los 7 días post lesión después de haber recibido una inyección bilateral del agonista D1
SKF 38393, de un agonista D2 quinpirol, de un antagonistas D1 SCH 23390 y de un antagonista D2 eticlopride. Todos
los animales recibieron una inyección del vehículo como control. Los resultados muestran que los animales lesionados
fueron más activos que los controles, ambos grupos muestran un incremento en la actividad locomotora cuando se
administra el agonista D1 y disminuye con el antagonista D1. Sin embargo tanto el agonista como el antagonista D2
disminuyen la actividad locomotora en ambos grupos.
INTRODUCCION
Los ganglios basales son núcleos subcorticales que se encuentran dentro de los hemisferios cerebrales localizados en la
base de cada hemisferio. Son núcleos de sustancia gris que forman parte del telencéfalo y están en cercana relación con
el diencéfalo3. Están compuestos principalmente por cuatro núcleos que son: el estriado (caudado y putamen), globo
pálido, núcleo subtalámico y sustancia nigra4; siendo el estriado el núcleo principal, debido a que recibe una importante
inervación glutamatérgica proveniente de la corteza. La información que procesan los ganglios basales fluye a través de
dos sistemas que van hacia el tálamo: una vía directa, formada por los axones de las neuronas estriatales GABAérgicas
que expresan receptores dopaminérgicos tipo D1, y el otro sistema, conocido como la vía indirecta, formado por los
axones de la neuronas GABAérgicas que expresan receptores dopaminérgicos tipo D2 2 ambos sistemas ejercen efectos
opuestos sobre el globo pálido interno y la sustancia nigra (zona reticulada), cuyas proyecciones terminan en varios
núcleos del tálamo de donde fibras eferentes se dirigen selectivamente hacia el lóbulo frontal. Desde éste influyen sobre
el sistema motor y participan en el mantenimiento de la postura, la ejecución coordinada de movimientos, el inicio de la
locomoción y la preparación del movimiento4. Alteraciones en esta circuitería de los ganglios basales, como es la
degeneración de las neuronas estriatales con pérdida selectiva de neuronas GABAérgicas y degeneración de las capas
mas profundas de la corteza (principalmente la corteza frontal) son alteraciones características de la enfermedad de
Huntington 5, que conduce a cambios en el tono muscular y movimientos involuntarios (corea). Una importante
aproximación para tratar de entender esta enfermedad neurodegenerativa ha sido el desarrollo de modelos animales
apropiados que mimeticen las secuelas conductuales y neuroquímicas del trastorno 6. Los modelos animales de la
enfermedad de Huntington se realizan mediante la inducción de la muerte de células estriatales con un neurotóxico,
siendo los más utilizados el ácido kaínico y el ácido quinolínico; los cuales producen muerte celular por excitotoxicidad
y liberación de deshidrogenasa láctica, proceso que al parecer depende del calcio extracelular 7. Estos animales exhiben
una conducta anormal en la actividad locomotora (hiperactividad) 8; presentan un incremento del tiempo de vigilia
durante la fase de descanso de los animales 9 y déficit de aprendizaje10. Dada la importante innervación dopaminérgica
que reciben las neuronas estriatales los efectos psicoestimulantes de los fármacos que inciden sobre este sistema y la
exagerada respuesta a estos fármacos en animales lesionados es de esperar que los receptores dopaminérgicos
intraestriatales estén jugando un papel determinante en la hiperactividad motora que se observa después de la lesión
estriatal con ácido kaínico. El objetivo de este estudio es evaluar el papel de los receptores dopaminérgicos tipo D1 y
D2 en la expresión de la hiperactividad locomotora que se observa en animales con lesiones excitotoxicas del estriado.
MATERIALES Y METODOS
Se utilizaron ratas Sprague-Dawley y mediante cirugía estereotaxica se les implantaron cánulas sobre el estriado en las
coordenadas 1.2 mm antero posterior con respecto a Bregma y ± 2.6 mm medio lateral respecto a la línea media 11.
Mediante una bomba de infusión se les administró un volumen de 0.5 μl, al grupo control de una solución de fosfatos
(PBS 0.1M) y al grupo experimental ácido kaínico (5nmoles). Después de 4 horas a todos los animales se les inyectó el
lado contralateral de la misma manera antes descrita y una vez finalizada esta inyección se les administró vía
intramuscular (i.v) 0.1 ml de diazepam a una concentración de 5mg/ml con la finalidad de prevenir la ocurrencia de
convulsiones y de daño extraestriatal. A los 7 días post lesión se evaluó la actividad locomotora de los animales
utilizando un sistema Digiscan (Digiscan Animal Activity System, AccuScan Electronics, Columbus OH) después de
haber recibido una inyección bilateral del agonista D1 SKF 38393 a una concentración de 15μg/ml, de un agonista D2
quinpirol a una concentración de 5μg/ml, de un antagonistas D1 SCH 23390 a una concentración de 10μg/ml y de un
antagonista D2 eticlopride a una concentración de 10μg/ml; todos los animales recibieron uno de estos fármacos y
recibieron una inyección del vehiculo (solución salina) como control. Finalmente se perfundieron los animales y se
evaluó la lesión bilateral del estriado mediante las técnicas citocromo oxidasa y violeta de cresilo.
RESULTADOS
Los resultados demuestran que el uso del agonista dopaminérgicos D1 SKF38390 induce un incremento en la actividad
locomotora de los animales, para ambos grupos (Tabla 1). Se encontró diferencias significativas entre los fármacos
administrados [SS vs. SKF38390; F(1,22)=6.32; P=0.019] y para las muestras [F(7,154)=1.14; P=0.33] en la variable
distancia total; pero no hay diferencias en el número de movimientos verticales entre fármacos [F(1,22)=2.51; P=0.12]
ni entre las muestras [F(7, 154)=1.96; P=0.063].
Distancia
Total (cm)
SS
SKF38393
Núm. Mov.
Verticales
SS
SKF38393
PBS (n=11)
624.11±73.28
1075.35±202.53
PBS (n=11)
12.28±3.02
15.89±4.55
KA (n=13)
955.77±228.9
1952.52±409.95 *
KA (n=13)
17.07±3.44
27.09± 7.6*
Tabla 1. Promedio ± EEM en distancia total y del número de movimientos verticales registrados después de la
administración de SS o SKF38390 en el estriado en animales control y lesionados. *Diferencias significativas
P<0.05 para el registro con SS vs. el fármaco en el mismo grupo.
En contraste, la administración del antagonista dopaminérgico D1 indujo una disminución en la actividad locomotora
de los animales (Tabla 2), siendo esta diferencia significativa entre los fármacos administrados [SS vs. SCH23390;
F(1,23)=6.68; P=0.01] para distancia total y en el número de movimientos verticales [F(1,23)=6.64; P=0.019]. Además
se encontraron diferencias significativas entre las muestras para ambas variables [F(7,119)=3.51; P=0.001] y [F(7,
119)=3.97; P=0.0001; respectivamente]. En la Fig. 1 se muestra el porcentaje de variación en la actividad motora en
términos de la distancia total recorrida y número de movimientos verticales durante 2 horas de registro de los animales
con vehículo (PBS) y con ácido kaínico (AK).
Distancia
total (cm)
SS
SCH23390
Núm. Mov.
Verticales
SS
SCH23390
PBS
1229.18±295.64
514.79±201.95*
PBS
24.84±10.67
5.89±2.48*
KA
823.86±183.34
269.54±50.76*
KA
18.59±4.34
10.00±4.13
Tabla 2. Promedio ± EEM en distancia total y del número de movimientos verticales registrados después de la
administración de SS o SCH23390 en el estriado en animales control y lesionados. *Diferencias significativas
P<0.05 para el registro con SS vs. el fármaco en el mismo grupo.
% DE VARIACIÓN EN DISTANCIA TOTAL (cm)
EFECTO DEL AGONISTA Y ANTAGONISTA DEL RECEPTOR
DOPAMINÉRGICO D1 SOBRE LA ACTIVIDAD LOCOMOTORA.
150
*
100
PBS
KA
50
0
-50
*
-100
*
% DE VRIACIÓN EN EL NÚM. DE MOV. VERTICALES
SKF38393
SCH23390
EFECTO DEL
AGONISTA Y ANTAGONISTA
DEL RECEPTOR
DOPAMINÉRGICO D1 SOBRE LA ACTIVIDAD LOCOMOTORA
150
100
PBS
KA
*
50
0
-50
*
-100
SKF38393
SCH23390
Fig. 1. Actividad locomotora espontánea. Porcentaje de variación en la distancia total y en el número de movimientos
verticales durante un registro de 2 horas en el ciclo luz / oscuridad. Este porcentaje se obtiene mediante la resta del
valor obtenido en el registro con el fármaco administrado y en el registro con SS. *Diferencias significativas P<0.05
para la corrida con SS vs. el fármaco en el mismo grupo.
La administración de quinpirol (agonista D2) indujo una disminución en la actividad locomotora de los animales (Tabla
3). Se encontraron diferencias significativas entre los fármacos administrados [SS vs. SCH23390, F(1,20)=17.27;
P<0.001] para distancia total así como también en el número de movimientos verticales [F(1,20)=18.83; P<0.001].
También existieron diferencias significativas entre las muestras para ambas variables [F(7,140)=5.26; P<0.0001]
y [F(7,140)=13.93; P<0.0001,respectivamente].
Distancia
Total (cm)
PBS
SS
QNP
686.70±138.10 253.14±15.52*
Núm. Mov.
Verticales
PBS
SS
QNP
17.69±5.08
5.34±1.07*
KA
1396.94±414.28 576.8±15.72*
KA
26.57±6.64
10.6±2.11*
Tabla 3 Promedio ± EEM en distancia total y del número de movimientos verticales registrados después de la
administración de SS o QNP en el estriado en animales control y lesionados. *Diferencias significativas P<0.05
para el registro con SS vs. el fármaco en el mismo grupo.
Contrario a lo esperado en cuanto a los efectos del antagonista D2, la administración de eticlopride indujo igual que el
agonista D2, una disminución en la actividad locomotora de los animales (Tabla 4). Existieron diferencias significativas
entre los fármacos administrados [SS vs. ETICLOP, F(1,14)=16,63; P=0.001] para distancia total así como también en
el número de movimientos verticales [F(1,14)=6.53;P=0.02]. También existieron diferencias significativas entre las
muestras para ambas variables [F(7,98)=3.91; P<0.0001] y [F(7,98)=9.22; P<0.0001, respectivamente]. En la Fig. 2 se
muestra el porcentaje de variación en la actividad motora en términos de la distancia total recorrida y número de
movimientos verticales durante 2 horas de registro de los animales con vehículo (PBS) y con ácido kaínico (AK).
Distancia
total (cm)
PBS
KA
SS
ETICLOP
714.95±138.10
1148.73±414.28
309.76±15.52*
331.08±15.72*
Núm Mov.
Verticales
PBS
KA
SS
ETICLOP
13.40±3.14
22.42±6.34
4.15±1.01
13.48±3.21
Tabla 4 Promedio ± EEM en distancia total y del número de movimientos verticales registrados después de la
administración de SS o ETICLOP en el estriado en animales control y lesionados. *Diferencias significativas
P<0.05 para el registro con SS vs. el fármaco en el mismo grupo.
% DE VARIACIÓN EN LA DISTANCIA TOTAL
EFECTO DE AGONISTAS Y ANTAGONISTAS DEL RECEPTOR
DOPAMINÉRGICO D2 SOBRE LA ACTIVIDAD LOCOMOTORA.
150
100
PBS
KA
50
0
*
-50
*
*
*
-100
QNP
ETICLOP
EFECTO DEL AGONISTA Y ANTAGONISTA DEL RECEPTOR
DOPAMINÉRGICO D2 SOBRE LA ACTIVIDAD LOCOMOTORA
*
% DE VARIACIÓN EN EL NÚM. MOV. VERTICALES
*
150
100
PBS
KA
50
0
*
-50
-100
QNP
*
*
ETICLOP
Fig. 2 Actividad locomotora espontánea. Porcentaje de variación en la distancia total y en el número de movimientos
verticales durante un registro de 2 horas en el ciclo luz / oscuridad. Este porcentaje se obtiene mediante la resta del
valor obtenido en el registro con el fármaco administrado y en el registro con SS. *Diferencias significativas P<0.05
para la corrida con SS vs. el fármaco en el mismo grupo.
CONCLUSIONES
La estimulación de los receptores tipo D1 incrementa la actividad de los animales lesionados de manera
significativa, mientras que su bloqueo reduce la actividad locomotora de animales lesionados como control
de manera significativa. Por otro lado, tanto la activación como el bloqueo de los receptores tipo D2 resulta
en una disminución de la actividad motora en animales control y lesionados.
Nuestros resultados muestran que los efectos de todos los fármacos son resultaron mas evidentes en la
variable de distancia total recorrida que en el número de movimientos verticales, aunque ambas variables son
conductas de exploración ya se ha sugerido que tienen sustratos neuronales diferentes.
Los resultados obtenidos sugieren que la alterada pérdida de neuronas estriatales en el papel regulador de los
receptores dopaminérgicos tipo D1 y D2, para ambos grupos reproducen de manera semejante. Es interesante
que estas respuestas se den, aun cuando haya una pérdida importante de estos receptores en estos modelos
como lo han discutido autores como Tarazi12.
En conclusión podemos decir que nuestros resultados muestran que la actividad locomotora espontánea esta
regulada por los receptores D1de manera primordial, mientras que el papel de los receptores tipo D2 fue
menos claro y requiere de más estudios para deducir el papel que juega en el manejo de la información..
REFERENCIAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Z. D. S. a. A. G. F. Heimer L. "Basal Ganglia", in The Rat Nervous System; (Academic Press, USA, 1995), pp.
579-614.
Y. Smith, M. D. Bevan, E. Shinkand J. P. Bolam, "Microcircuitry of the direct and indirect pathways of the
basal ganglia", Neuroscience, 86, 2, 1998, pp. 353-387.
S. Waxman. "Ganglios Basales", in Neuroanatomía correlativa, México, 2001), pp. 461.
E. Kandel, J. Thomasand S. James. "El movimiento voluntario", in Neurociencia y conducta, España, 1997),
pp. 583-589.
A. M. Graybiel, "The basal ganglia", Curr Biol, 10, 14, 2000, pp. R509-511.
F. Pérezand C. Ríos. "Modelos Experimentales", in Series del Instituto Nacional de Neurología y
Neurocirugía, Manuel Velasco Suarez Enfermedad de Huntington, México, 2000), pp. 67-95.
J. T. Coyle, T. H. Murphy, P. S. Puttfarcken, E. W. Lyonsand J. J. Vornov, "The non-excitatory mechanisms of
glutamate induced neurotoxicity", Epilepsy Res, 10, 1, 1991, pp. 41-48.
M. Giordano and M. C. Mejia-Viggiano, "Gender differences in spontaneous and MK-801-induced activity
after striatal lesions", Brain Res Bull, 56, 6, 2001, pp. 553-561.
J. Mena-Segoviaand M. Giordano, "Striatal dopaminergic stimulation produces c-Fos expression in the PPT
and an increase in wakefulness", Brain Res, 986, 1-2, 2003, pp. 30-38.
M. L. Scattoni, A. Valanzano, P. Popoli, A. Pezzola, R. Reggioand G. Calamandrei, "Progressive behavioural
changes in the spatial open-field in the quinolínic acid rat model of Huntington's disease", Behav Brain Res,
152, 2, 2004, pp. 375-383.
G. Paxinos and C. Watson, The rat brain in stereotaxic coordinates, Academic Press., San Diego, 1986.
F. I. Tarazi, A. Campbelland R. J. Baldessarini, "Effects of hippocampal kainic acid lesions on striatolimbic
dopamine D1-, D2-, and D4-like receptors", Neuroscience, 87, 1, 1998, pp. 1-4.