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La enfermedad de Alzheimer (AD) es una enfermedad neurodegenerativa asociada con el envejecimiento que se caracteriza por el deterioro progresivo de la memoria en los pacientes. El factor causal mayoritario responsable de casos de AD familiar (FAD) son mutaciones de pérdida parcial de función en los genes de Presenilina 1 (PS1) y Presenilina 2 (PS2). Las mutaciones en genes de PS1/2 asociadas a FAD tienen una herencia autosómica dominante y las personas portadoras presentan un inicio precoz de la enfermedad. Las PS forman la subunidad catalítica del complejo γ-secretasa e intervienen en el procesamiento proteolítico de multitud de sustratos. Sin embargo, se desconocen los sustratos concretos de PS con efecto patogénico en AD. En los últimos años, nuestro grupo de investigación ha obtenido datos que apuntan a que el procesamiento impedido de Neurexinas (Nrxs) por PS podría mediar déficits asociados a AD. Las Nrxs son proteínas de membrana presináptica que regulan la función y el mantenimiento de las sinapsis mediante la adhesión con ligandos postsinápticos, como Neuroliguinas (Nlgns). La inhibición farmacológica o genética de la actividad de PS/γ-secretasa da lugar al acúmulo del fragmento C-terminal de Nrxs (NrxCTF) in vitro e in vivo. Mutaciones en PS1 asociadas con FAD impiden el procesamiento normal de Nrxs, resultando en el acúmulo de NrxCTF. In vivo, NrxCTF se acumula en los terminales presinápticos de ratones PS cDKO deficientes en los genes PS1/2 en neuronas principales del prosencéfalo, coincidiendo con la aparición de defectos en la transmisión sináptica y de establecimiento de LTP. Además, el acúmulo selectivo de NrxCTF reproduce los defectos en la liberación de neurotransmisor ocasionados por una falta de función de PS en cultivos de neuronas. Con la finalidad de estudiar in vivo el efecto causado por una falta de procesamiento de Nrxs sin afectar la actividad general de PS hacia el resto de sustratos, en esta Tesis Doctoral se han generado modelos de ratón transgénico que expresan de forma constitutiva o inducible NrxCTF exógena en neuronas principales del prosencéfalo. La caracterización de estos modelos de ratón se ha realizado mediante aproximaciones bioquímicas, celulares y de comportamiento, entre otras. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral apuntan a un efecto deletéreo del acúmulo de Nrx-CTF in vivo y a la aparición de defectos de comportamiento. La posibilidad de poder controlar temporalmente el encendido y apagado de Nrx-CTF ofrece la oportunidad de estudiar los mecanismos responsables de la aparición de los síntomas y su posible reversión.

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. 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. 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.

Tesis descargada de TESEO Las neurexinas son proteínas de membrana sináptica con cientos de isoformas que participan en la formación o establecimiento de las sinapsis. La interacción de neurexinas presinápticas con sus receptores postsinápticos, como las neuroliguinas, media un mecanismo bidireccional de señalización que regula la función de las sinapsis. Se han identificado mutaciones en genes de neurexinas y neuroliguinas en pacientes con autismo, retraso mental y esquizofrenia, sugiriendo que defectos en el sistema de señalización de neurexinas y neuroliguinas podrían subyacer algunas sinaptopatías. Por otro lado, la enfermedad de Alzheimer es un trastorno neurodegenerativo que se caracteriza por déficit sináptico, pérdida progresiva de memoria y neurodegeneración. La mayoría de las formas familiares de la enfermedad de Alzheimer (FAD) son causadas por mutaciones en los genes de presenilinas (PS), subunidades catalíticas del complejo gamma-secretasa. El objetivo de la presente Tesis consistió en indagar si la función de neurexinas está regulada por presenilinas (PS), el componente activo del complejo gamma-secretasa encargado de proteolizar proteínas de membrana. Mutaciones en PS son las responsables de la mayoría de los casos de FAD. Hemos identificado un procesamiento secuencial de neurexinas por metaloproteasas y PS/gamma-secretasa. Tras un primer corte proteolítico en el dominio extracelular mediado por metaloproteasas se libera el ectodominio soluble y se generan los fragmentos C-terminales (CTFs) unidos a membrana. Estos CTFs son posteriormente procesados proteolíticamente por el complejo PS/gamma-secretasa, como muestra el hecho de que la inhibición de la actividad PS/gamma-secretasa induce la acumulación de los CTFs de neurexinas in vivo e in vitro. Posteriormente se demostró que PS se recluta junto con neurexinas a los terminales glutamatérgicos en formación mediados por neuroliguinas en cultivos de neuronas de hipocampo y que los CTFs de neurexinas se acumulan principalmente en las fracciones presinápticas de los ratones dobles knockout condicionales de PS (PS cDKO) que carecen de PS en neuronas glutamatégicas. Por tanto, el procesamiento proteolítico de las neurexinas por PS/gamma-secretasa podría ocurrir en las sinapsis glutamatérgicas. A continuación se demostró que el procesamiento de las neurexinas por metaloproteasas y PS/gamma-secretasa, está estimulado por despolarización a través de una ruta en la que están implicados los receptores de glutamato tipo NMDA y AMPA. Además, hemos observado que el bloqueo de la función de PS disminuye la liberación de neurotransmisores en sinapsis glutamatérgicas mediadas por neurexinas-neuroliguinas. La inhibición de PS afecta tanto a los niveles sinápticos de neurexinas como los de CASK, ligando sináptico de neurexinas. Por último, demostramos que mutaciones en PS asociadas con FAD afectan al procesamiento de neurexinas, sugiriendo que PS podría regular la función sináptica de neurexinas y que defectos en el procesamiento de neurexinas pueden contribuir a los déficits sinápticos y de memoria asociados a la enfermedad de Alzheimer.