Sahún Abizanda, Ignasi

Hemeroteca Cientifica Catalana

0 Omnis cellula núm. 13, juny del 2007Les malalties neurodegeneratives han estat probablement, du-rant molts anys, un dels reptes més importants de la patologia neurològica. Totes elles tenen en comú el seu curs progressiu i irreversible i, tanmateix, difereixen en les seves manifestacions clíniques, com per exemple en la demència precoç de la malal-tia d’Alzheimer (Krigman i col., 1965), les alteracions motores de la malaltia de Parkinson (Effron, 1951) o l’atròfia muscular de l’esclerosi lateral amiotròfica (ELA, Friedman i Freedman, 1950). Un dels abordatges experimentals més recents i que s’ha revelat com una forma excel·lent d’enfocar l’estudi de les cau-ses i els mecanismes d’aquest tipus de malalties són els models murins genèticament modificats. Aquests models permeten re-alitzar aproximacions experimentals a l’etiologia de diverses malalties humanes a causa de la seva conservació filogenètica i l’homologia relativa amb el model humà. Però probablement un dels motius més sòlids per a justificar el seu ús és l’auge en els darrers anys de l’aplicació de tècniques com l’enginyeria genètica, que permeten fabricar literalment models modificats genèticament a la carta. Tot i que aquestes modificacions ge-nètiques podrien aplicar-se a les rates i fins i tot a mamífers superiors, se solen utilitzar ratolins per aquest tipus d’abordat-ge amb l’argument principal del millor coneixement del seu genoma, la seva facilitat de reproducció (Figura 1) i la seva mida, que permet la seva estabulació en grans grups. A això se li afegeix el fet que el seu metabolisme és ràpid i el seu cicle vital és de dos anys, cosa que permet fer estudis longitudinals en espais de temps relativament curts.En concret, en l’estudi de les malalties neurodegeneratives s’han utilitzat diversos tipus de ratolins modificats genètica-Models Murins per a l’estudi de Malalties neurodegenerativeswwEscrit per: Ignasi Sahún Abizanda CRG, PRBB, BarcelonaFigura 1. Embrions de ratolí. Omnis cellula núm. 13, juny del 2007ment. D’una banda hi ha els models mu-rins generats per transgènesi, amb sobrex-pressió o silenciament d’un gen específic, models produïts per la supressió d’un tipus cel·lular determinat, mitjançant la incorpo-ració de material genètic humà o de grans fragments de DNA mitjançant l’ús de cro-mosomes artificials de llevat (YACs) o bacterians (BACs). També hi ha models murins amb mutacions espontànies  o in-duïdes per encreuaments selectius, models generats in vitro mitjançant la manipulació de cèl·lules pluripotencials i, potser els més interessants, models de transgènesi condicional.  Mitjançant aquestes tècni-ques obtenim ratolins que sobrexpressen un gen o un grup de gens (models de so-brexpressió), que els tenen silenciats (mo-dels knock-out) o que només tenen afectat un al·lel (models heterozigots), o bé que simplement contenen mutacions en un o diversos gens concrets que seran respon-sables del fenotip observat. Actualment hi ha un gran nombre de ra-tolins mutants utilitzats com a models ex-perimentals per a l’estudi de les malalties neurodegeneratives. L’etiologia de la ma-laltia d’Alzheimer rau en la formació de plaques senils en què s’acumula la proteï-na β-amiloide després d’un processament anormal de la mateixa (Mileusnic i col., 2005), essent un dels principals causants del deteriorament cognitiu característic en el curs de la malaltia. Així doncs, s’han generat diversos models de ratolí que so-brexpressen el gen que codifica la prote-ïna precursora de l’amiloide, anomenada APP (‘amiloid precurdor protein’), que ha permès aprofundir en els mecanismes subjacents a aquesta patologia (Lim i col., 2005; Singer i col., 2005). Un altre mo-del important és el del silenciament del gen BACE-1, que codifica una proteïna encarregada de processar l’APP tot for-mant dipòsits d’amiloide (Domínguez i col., 2005). També hi ha models de mu-tacions per a les proteïnes presinilina-1 i 2 (Dewachter i col, 2002; Jankowsky i col., 2004) i de la lipoproteïna transporta-dora de colesterol, l’apolipoproteïna E o APOE (Harris i col., 2003). Un dels punts importants en enginyeria genètica és que es poden observar variacions en la inci-dència de la malaltia mitjançant combi-nació, en un sol model murí, de diverses modificacions genètiques com en el cas del transgènic BACE/APP (Willem i col., 2004). Un altre exemple és el doble mu-tant de BACE/Tau (Perez i col., 2005) o el PS2/APP (Richards i col., 2003). En el cas del Parkinson, s’ha identificat el gen de la α-sinucleïna (Giasson i col., 2002), per al qual s’han generat ratolins de so-brexpressió i de silenciament, ambdós relacionats per una altra banda amb la malaltia d’Alzheimer. En aquesta pato-logia s’han identificat altres gens com a possibles candidats. Així s’ha generat el mutant knock-out per a parkina (PARK2) i el mutant per al gen DJ-1, així com el mutant heterozigot per al gen Nurr1. En altres tipus de malalties neurodegenati-ves, com l’esclerosi lateral amiotròfica s’han des-crit models d’expressió de mu-tacions de l’enzim SOD1, estretament relacionat amb l’aparició d’ELA fami-liar (Teng i col., 2006; Amendola i col., 2004). En aquest model murí s’ha obser-vat una degeneració motora similar a la que presenten els pacients que se’ls ha diagnosticat ELA. De fet, aquests models murins presenten un fenotip similar a l’observat en pacients humans, malgrat que, òbviament, els rato-lins no són humans en miniatura. No obs-tant això, la severitat amb què fan aparició les malalties d’aquest tipus en humans no s’observa massa vegades en models mu-Models Murins per a l’estudi de Malalties neurodegenerativeswwrins, en ocasions essent els símptomes en aquests més suaus. Sumat a aquest factor interespecífic, hom troba que en l’abor-datge de la fenotipació conductual apa-reixen certes dificultats tècniques (Figura 2). La primera, tot i que sembli jocosa, és que els ratolins no llegeixen les nostres publicacions científiques, cosa per la qual no saben què esperem d’ells. I la segona és que no ens poden explicar com se sen-ten o què estan experimentant durant un test conductual. Per això hom ha hagut de construir al voltant de la fenotipació conductual uns criteris de validesa que ens permetin acceptar l’homologia d’un model amb la malaltia humana a diferents nivells, a més de considerar uns criteris estanda-ritzats per acceptar certes proves com a vàlides per estudiar un determinat fenotip. Aquests criteris es poden establir gràcies al fet que, si bé el repertori con-ductual o ecograma del ratolí és diferent al de l’humà, part de les conductes que es poden observar estan conservades evo-lutivament a través de les espècies i de-penen d’estructures i processos similars. És precisament l’observació d’aquestes conductes el que ens permetrà registrar els efectes produïts per una modificació genètica en un model murí d’una malaltia i extrapolar-los d’aquesta espècie a la hu-mana. Com s’ha comentat anteriorment, per arribar a això els investigadors de la Figura 2. Ratolí control sotmès a cirurgia d’implantació d’elèctrodes per avaluar els canvis sinàptics in vivo durant l’aprenentatge. Omnis cellula núm. 13, juny del 2007laltia hi haurà una bateria especial com-posta de proves conductuals específiques. Posant com a exemple les tres malalties citades anteriorment, en una bateria per estudiar la malaltia d’Alzheimer  haurem de posar èmfasi en l’anàlisi del compor-tament relacionat amb aspectes cognitius alterats, que són els que caracteritzen pre-cisament aquesta patologia. Entre ells hi ha el laberint aquàtic de Morris (Morris, 1984; Wilcoxon i col., 2007), una prova que ja s’ha convertit en clàssica per ava-luar l’aprenentatge visual i espacial en models murins, que consisteix en analit-zar la latència d’escapament d’un ratolí quan aquest és introduït en un tanc ple d’aigua amb una plataforma  amagada al seu interior (Figura 3). Un ratolí amb ca-pacitat cognitiva conservada reduirà dia a dia la latència d’arribada a la plataforma, mentre que els models murins de malaltia d’Alzheimer probablement mostrin latèn-cies molt més elevades degut al deteriora-ment cognitiu associat a aquesta patologia conducta, etòlegs o especialistes de la fe-notipació, es van posar d’acord en una sè-rie de criteris per a determinar paràmetres de l’estudi fenotípic de malal-ties neu-ropsiquiàtriques   (McKinney i Bunney, 1969; Griebel i col., 1996). Un d’ells és el criteri de validesa aparent, que fa referèn-cia al fet que la resposta conductual obser-vada en els ratolins ha de tenir la mateixa estructura que les respostes conductuals observades en pacients. Una altra n’és la validesa predictiva, que fa referència a la similitud de l’eficàcia farmacològica existent entre el model murí i la malaltia a l’humà. I per últim, l’anomenada vali-desa de cons-trucció, que exigeix que la patogènia i els substrats neurobiològics subjacents al trastorn han de ser iguals en ratolins i humans. Aplicant aquests criteris i basant-nos en l’estudi de malalties neurodegeneratives, per a avaluar el fenotip hem de dissenyar una bateria conductual que permeti deter-minar aquests criteris de validesa i que avaluï paràmetres extrapolables a la ma-laltia en humans. Per tant, per cada ma-(Zhang i col., 2006). Una versió d’aquest protocol és el laberint aquàtic radial, que permet avaluar amb eficàcia paràmetres com la memòria de referència i la memò-ria de treball (Lovasic i col., 2005) o el test de reconeixement d’objectes, basat en l’avaluació de la reacció d’un ratolí a l’exposició a objectes tant nous com co-neguts. En aquest cas, en un animal amb problemes cognitius s’observaran alte-racions en el reconeixement d’objectes familiars (Zhang i col., 2006). Quan hem d’abordar altres patologies neurodegene-atives amb components motors, com la malaltia de Parkinson, les bateries con-ductuals han d’enfocar-se precisament a l’estudi de paràmetres relacionats amb la conducta motora. Amb aquest propòsit podem utilitzar proves conductuals com el rotarod, en què el ratolí ha de tenir una coordinació motora adequada amb les potes anteriors i posteriors per tal de no caure de la roda giratòria.  Un model murí per aquesta malaltia probablement mostri una menor capacitat per aguantar-se so-bre una roda giratòria que el seu homòleg control (Colebrooke i col., 2006). Un al-tre test interessant per formar part d’una bateria d’estudi de la malaltia de Parkin-son és la cinta sense fi, aparell en què el ratolí ha de caminar/córrer per una cinta mecànica per evitar una lleugera descàr-rega elèctrica a les potes. Un ratolí model de Parkinson realitzarà pitjor la tasca que un ratolí sense modificacions genètiques (Amende i col., 2005). Finalment, en el cas de l’ELA, pràcticament qualsevol test que avaluï components motors grollers Figura 3. Laberint Aquàtic de Morris. Ratolí que arriba  a la plataforma en una sessió de plataforma visible.Figura 4. Camp Obert. Ens permet estudiar el patró basal de locomoció.Omnis cellula núm. 13, juny del 2007referènCiesAmende I., Kale A., McCue S., Glazier S., Morgan J. P. and Hampton T. G. (2005) Gait dynamics in mouse models of Parkinson’s disease and Huntington’s disease. J Neuroengineering Rehabil 2, 20.Amendola J., Verrier B., Roubertoux P. and Durand J. (2004) Altered sensorimotor development in a transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Eur J Neurosci 20, 2822-2826.Colebrooke R. E., Humby T., Lynch P. J., McGowan D. P., Xia J. and Emson P. C. (2006) Age-related decline in striatal dopamine content and motor performance occurs in the absence of nigral cell loss in a genetic mouse model of Parkinson’s disease. Eur J Neurosci 24, 2622-2630.Dewachter I., Reverse D., Caluwaerts N., Ris L., Kuiperi C., Van den Haute C., Spittaels K., Umans L., Serneels L., Thiry E., Moechars D., Mercken M., Godaux E. and Van Leuven F. (2002) Neuronal deficiency of presenilin 1 inhibits amyloid plaque formation and corrects hippocampal long-term potentiation but not a cognitive defect of amyloid precursor protein [V717I] transgenic mice. J Neurosci 22, 3445-3453.Dominguez D., Tournoy J., Hartmann D., Huth T., Cryns K., Deforce S., Serneels L., Camacho I. E., Marjaux E., Craessaerts K., Roebroek A. J., Schwake M., D’Hooge R., Bach P., Kalinke U., Moechars D., Alzheimer C., Reiss K., Saftig P. and De Strooper B. (2005) Phenotypic and biochemical analyses of BACE1- and BACE2-deficient mice. J Biol Chem 280, 30797-30806.Effron A. S. (1951) How to treat parkinsonism. Gp 4, 61-63.Friedman A. P. and Freedman D. (1950) Amyotrophic lateral sclerosis. J Nerv Ment Dis 111, 1-18.Giasson B. I., Ischiropoulos H., Lee V. M. and Trojanowski J. Q. (2002) The relationship between oxidative/nitrative stress and pathological inclusions in Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. Free Radic Biol Med 32, 1264-1275.Griebel G., Blanchard D. C. and Blanchard R. J. (1996) Predator-elicited flight responses in Swiss-Webster mice: an experimental model of panic attacks. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 20, 185-205.Harris F. M., Brecht W. J., Xu Q., Tesseur I., Kekonius L., Wyss-Coray T., Fish J. D., Masliah E., Hopkins P. C., Scearce-Levie K., Weisgraber K. H., Mucke L., Mahley R. W. and Huang Y. (2003) Carboxyl-terminal-truncat-ed apolipoprotein E4 causes Alzheimer’s disease-like neurodegeneration and behavioral deficits in transgenic mice. Proc Natl Acad Sci U S A 100, 10966-10971.Jankowsky J. L., Fadale D. J., Anderson J., Xu G. M., Gonzales V., Jenkins N. A., Copeland N. G., Lee M. K., Younkin L. H., Wagner S. L., Younkin S. G. and Borchelt D. R. (2004) Mutant presenilins specifically elevate the levels of the 42 residue beta-amyloid peptide in vivo: evidence for augmentation of a 42-specific gamma secretase. Hum Mol Genet 13, 159-170.Krigman M. R., Feldman R. G. and Bensch K. (1965) Alzheimer’s Presenile Dementia. A Histochemical and Electron Microscopic Study. Lab Invest 14, 381-396.Lim H. J., Cho J. S., Oh J. H., Shim S. B., Hwang D. Y., Jee S. W., Lee S. H., Sheen Y. Y. and Kim Y. K. (2005) NSE-controlled carboxyl-terminus of APP gene over-expressing in transgenic mice induces altered expressions in behavior, Abeta-42, and GSK3beta binding proteins. Cell Mol Neurobiol 25, 833-850.Lovasic L., Bauschke H. and Janus C. (2005) Working memory impairment in a transgenic amyloid precursor protein TgCRND8 mouse model of Alzheimer’s disease. Genes Brain Behav 4, 197-208.Mileusnic R., Lancashire C. L. and Rose S. P. (2005) Amyloid precursor protein: from synaptic plasticity to Alzheimer’s disease. Ann N Y Acad Sci 1048, 149-165.Morris R. (1984) Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci Methods 11, 47-60.Perez M., Ribe E., Rubio A., Lim F., Moran M. A., Ramos P. G., Ferrer I., Isla M. T. and Avila J. (2005) Char-acterization of a double (amyloid precursor protein-tau) transgenic: tau phosphorylation and aggregation. Neu-roscience 130, 339-347.Richards J. G., Higgins G. A., Ouagazzal A. M., Ozmen L., Kew J. N., Bohrmann B., Malherbe P., Brockhaus M., Loetscher H., Czech C., Huber G., Bluethmann H., Jacobsen H. and Kemp J. A. (2003) PS2APP transgenic mice, coexpressing hPS2mut and hAPPswe, show age-related cognitive deficits associated with discrete brain amyloid deposition and inflammation. J Neurosci 23, 8989-9003.Singer O., Marr R. A., Rockenstein E., Crews L., Coufal N. G., Gage F. H., Verma I. M. and Masliah E. (2005) Targeting BACE1 with siRNAs ameliorates Alzheimer disease neuropathology in a transgenic model. Nat Neu-rosci 8, 1343-1349.Teng Y. D., Choi H., Huang W., Onario R. C., Frontera W. R., Snyder E. Y. and Sabharwal S. (2006) Therapeutic effects of clenbuterol in a murine model of amyotrophic lateral sclerosis. Neurosci Lett 397, 155-158.Willem M., Dewachter I., Smyth N., Van Dooren T., Borghgraef P., Haass C. and Van Leuven F. (2004) beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 increases amyloid deposition in brain parenchyma but reduces cerebrovascular amyloid angiopathy in aging BACE x APP[V717I] double-transgenic mice. Am J Pathol 165, 1621-1631.Zhang L., Xing Y., Ye C. F., Ai H. X., Wei H. F. and Li L. (2006) Learning-memory deficit with aging in APP transgenic mice of Alzheimer’s disease and intervention by using tetrahydroxystilbene glucoside. Behav Brain Res 173, 246-254.serà útil per a determinar el fenotip de la malaltia en models murins. Des d’un test de camp obert, que ens permet determinar el patró de locomoció basal dels ratolins, fins a un test de força prèmsil, amb el qual podem avaluar de manera objectiva la for-ça i el to muscular en les extremitats su-periors dels ratolins. Ambdós paràmetres estan alterats en pacients diagnosticats amb ELA i, per tant, ambdós protocols experimentals són eines útils per avaluar la incidència de la malaltia en els models modificats genèticament.  Així doncs, dissenyar una bateria de pro-ves conductals adequada depèn únicament de la correcta identificació dels símptomes característics de les patologies que volem estudiar i de l’adequada definició dels pa-ràmetres avaluables en els nostres models murins, complint amb el criteri de validesa aparent. Tot i la complexitat de l’etiologia dels trastorns neurodegeneraius, la feno-tipació conductual ens permet abordar-la mitjançant models vàlids. En aquest con-text, tant la investigació en biologia mo-lecular bàsica com la dirigida a l’elabora-ció de fàrmacs necessiten aquests models murins de malalties humanes i, sobretot, la seva correcta fenotipació per poder diluci-dar els seus mecanismes subjacents i, con-següentment, generar teràpies dirigides a la seva prevenció o potser a la reversió de part dels seus fenotips.L’Ignasi Sahún Abi-zanda va néixer a Barcelona el 1973. Va estudiar Crimino-logia i Psicologia i va treballar durant 5 anys en un centre de justícia juvenil. Va acon-seguir una beca FI de la Generalitat i va endinsar-se en el món de la ciència de la mà de la Dra. Mara Dierssen. Va estar un any a l’IRO de Bellvitge i després el grup es va mudar al CRG, tot canviant les vis-tes al tanatori per les vistes a la platja. Es va doctorar el desembre del 2006, amb un estudi de la relació entre gens i malalties neuropsiquiàtriques, concretament amb la caracterització d’un model murí transgènic per al pànic i l’ansietat. Actualment treba-lla com a tècnic de fenotipació al CRG-UPF-PRBB.

Catalan

Models murins per a l'estudi de malalties neurodegeneratives

Revistes Catalanes amb Accés Obert

0 Omnis cellula núm. 13, juny del 2007
Les malalties neurodegeneratives han estat probablement, du-
rant molts anys, un dels reptes més importants de la patologia 
neurològica. Totes elles tenen en comú el seu curs progressiu i 
irreversible i, tanmateix, difereixen en les seves manifestacions 
clíniques, com per exemple en la demència precoç de la malal-
tia d’Alzheimer (Krigman i col., 1965), les alteracions motores 
de la malaltia de Parkinson (Effron, 1951) o l’atròfia muscular 
de l’esclerosi lateral amiotròfica (ELA, Friedman i Freedman, 
1950). Un dels abordatges experimentals més recents i que s’ha 
revelat com una forma excel·lent d’enfocar l’estudi de les cau-
ses i els mecanismes d’aquest tipus de malalties són els models 
murins genèticament modificats. Aquests models permeten re-
alitzar aproximacions experimentals a l’etiologia de diverses 
malalties humanes a causa de la seva conservació filogenètica 
i l’homologia relativa amb el model humà. Però probablement 
un dels motius més sòlids per a justificar el seu ús és l’auge en 
els darrers anys de l’aplicació de tècniques com l’enginyeria 
genètica, que permeten fabricar literalment models modificats 
genèticament a la carta. Tot i que aquestes modificacions ge-
nètiques podrien aplicar-se a les rates i fins i tot a mamífers 
superiors, se solen utilitzar ratolins per aquest tipus d’abordat-
ge amb l’argument principal del millor coneixement del seu 
genoma, la seva facilitat de reproducció (Figura 1) i la seva 
mida, que permet la seva estabulació en grans grups. A això se 
li afegeix el fet que el seu metabolisme és ràpid i el seu cicle 
vital és de dos anys, cosa que permet fer estudis longitudinals 
en espais de temps relativament curts.
En concret, en l’estudi de les malalties neurodegeneratives 
s’han utilitzat diversos tipus de ratolins modificats genètica-
Models Murins per a l’estudi de 
Malalties neurodegenerativesww
Escrit per: 
Ignasi Sahún Abizanda 
CRG, PRBB, Barcelona
Figura 1. Embrions de ratolí. 
Omnis cellula núm. 13, juny del 2007
ment. D’una banda hi ha els models mu-
rins generats per transgènesi, amb sobrex-
pressió o silenciament d’un gen específic, 
models produïts per la supressió d’un tipus 
cel·lular determinat, mitjançant la incorpo-
ració de material genètic humà o de grans 
fragments de DNA mitjançant l’ús de cro-
mosomes artificials de llevat (YACs) o 
bacterians (BACs). També hi ha models 
murins amb mutacions espontànies  o in-
duïdes per encreuaments selectius, models 
generats in vitro mitjançant la manipulació 
de cèl·lules pluripotencials i, potser els 
més interessants, models de transgènesi 
condicional.  Mitjançant aquestes tècni-
ques obtenim ratolins que sobrexpressen 
un gen o un grup de gens (models de so-
brexpressió), que els tenen silenciats (mo-
dels knock-out) o que només tenen afectat 
un al·lel (models heterozigots), o bé que 
simplement contenen mutacions en un o 
diversos gens concrets que seran respon-
sables del fenotip observat. 
Actualment hi ha un gran nombre de ra-
tolins mutants utilitzats com a models ex-
perimentals per a l’estudi de les malalties 
neurodegeneratives. L’etiologia de la ma-
laltia d’Alzheimer rau en la formació de 
plaques senils en què s’acumula la proteï-
na β-amiloide després d’un processament 
anormal de la mateixa (Mileusnic i col., 
2005), essent un dels principals causants 
del deteriorament cognitiu característic 
en el curs de la malaltia. Així doncs, s’han 
generat diversos models de ratolí que so-
brexpressen el gen que codifica la prote-
ïna precursora de l’amiloide, anomenada 
APP (‘amiloid precurdor protein’), que 
ha permès aprofundir en els mecanismes 
subjacents a aquesta patologia (Lim i col., 
2005; Singer i col., 2005). Un altre mo-
del important és el del silenciament del 
gen BACE-1, que codifica una proteïna 
encarregada de processar l’APP tot for-
mant dipòsits d’amiloide (Domínguez i 
col., 2005). També hi ha models de mu-
tacions per a les proteïnes presinilina-1 
i 2 (Dewachter i col, 2002; Jankowsky i 
col., 2004) i de la lipoproteïna transporta-
dora de colesterol, l’apolipoproteïna E o 
APOE (Harris i col., 2003). Un dels punts 
importants en enginyeria genètica és que 
es poden observar variacions en la inci-
dència de la malaltia mitjançant combi-
nació, en un sol model murí, de diverses 
modificacions genètiques com en el cas 
del transgènic BACE/APP (Willem i col., 
2004). Un altre exemple és el doble mu-
tant de BACE/Tau (Perez i col., 2005) o 
el PS2/APP (Richards i col., 2003). En el 
cas del Parkinson, s’ha identificat el gen 
de la α-sinucleïna (Giasson i col., 2002), 
per al qual s’han generat ratolins de so-
brexpressió i de silenciament, ambdós 
relacionats per una altra banda amb la 
malaltia d’Alzheimer. En aquesta pato-
logia s’han identificat altres gens com a 
possibles candidats. Així s’ha generat el 
mutant knock-out per a parkina (PARK2) 
i el mutant per al gen DJ-1, així com el 
mutant heterozigot per al gen Nurr1. En 
altres tipus de malalties neurodegenati-
ves, com l’esclerosi lateral amiotròfica 
s’han des-crit models d’expressió de mu-
tacions de l’enzim SOD1, estretament 
relacionat amb l’aparició d’ELA fami-
liar (Teng i col., 2006; Amendola i col., 
2004). En aquest model murí s’ha obser-
vat una degeneració motora similar a la 
que presenten els pacients que se’ls ha 
diagnosticat ELA. 
De fet, aquests models murins presenten 
un fenotip similar a l’observat en pacients 
humans, malgrat que, òbviament, els rato-
lins no són humans en miniatura. No obs-
tant això, la severitat amb què fan aparició 
les malalties d’aquest tipus en humans no 
s’observa massa vegades en models mu-
Models Murins per a l’estudi de 
Malalties neurodegenerativesww
rins, en ocasions essent els símptomes en 
aquests més suaus. Sumat a aquest factor 
interespecífic, hom troba que en l’abor-
datge de la fenotipació conductual apa-
reixen certes dificultats tècniques (Figura 
2). La primera, tot i que sembli jocosa, és 
que els ratolins no llegeixen les nostres 
publicacions científiques, cosa per la qual 
no saben què esperem d’ells. I la segona 
és que no ens poden explicar com se sen-
ten o què estan experimentant durant un 
test conductual. Per això hom ha hagut 
de construir al voltant de la fenotipació 
conductual uns criteris de validesa que 
ens permetin acceptar l’homologia d’un 
model amb la malaltia humana a diferents 
nivells, a més de considerar uns criteris 
estanda-ritzats per acceptar certes proves 
com a vàlides per estudiar un determinat 
fenotip. Aquests criteris es poden establir 
gràcies al fet que, si bé el repertori con-
ductual o ecograma del ratolí és diferent 
al de l’humà, part de les conductes que 
es poden observar estan conservades evo-
lutivament a través de les espècies i de-
penen d’estructures i processos similars. 
És precisament l’observació d’aquestes 
conductes el que ens permetrà registrar 
els efectes produïts per una modificació 
genètica en un model murí d’una malaltia 
i extrapolar-los d’aquesta espècie a la hu-
mana. Com s’ha comentat anteriorment, 
per arribar a això els investigadors de la 
Figura 2. Ratolí control sotmès a cirurgia d’implantació d’elèctrodes per avaluar els canvis sinàptics 
in vivo durant l’aprenentatge.
 Omnis cellula núm. 13, juny del 2007
laltia hi haurà una bateria especial com-
posta de proves conductuals específiques. 
Posant com a exemple les tres malalties 
citades anteriorment, en una bateria per 
estudiar la malaltia d’Alzheimer  haurem 
de posar èmfasi en l’anàlisi del compor-
tament relacionat amb aspectes cognitius 
alterats, que són els que caracteritzen pre-
cisament aquesta patologia. Entre ells hi 
ha el laberint aquàtic de Morris (Morris, 
1984; Wilcoxon i col., 2007), una prova 
que ja s’ha convertit en clàssica per ava-
luar l’aprenentatge visual i espacial en 
models murins, que consisteix en analit-
zar la latència d’escapament d’un ratolí 
quan aquest és introduït en un tanc ple 
d’aigua amb una plataforma  amagada al 
seu interior (Figura 3). Un ratolí amb ca-
pacitat cognitiva conservada reduirà dia a 
dia la latència d’arribada a la plataforma, 
mentre que els models murins de malaltia 
d’Alzheimer probablement mostrin latèn-
cies molt més elevades degut al deteriora-
ment cognitiu associat a aquesta patologia 
conducta, etòlegs o especialistes de la fe-
notipació, es van posar d’acord en una sè-
rie de criteris per a determinar paràmetres 
de l’estudi fenotípic de malal-ties neu-
ropsiquiàtriques   (McKinney i Bunney, 
1969; Griebel i col., 1996). Un d’ells és el 
criteri de validesa aparent, que fa referèn-
cia al fet que la resposta conductual obser-
vada en els ratolins ha de tenir la mateixa 
estructura que les respostes conductuals 
observades en pacients. Una altra n’és 
la validesa predictiva, que fa referència 
a la similitud de l’eficàcia farmacològica 
existent entre el model murí i la malaltia 
a l’humà. I per últim, l’anomenada vali-
desa de cons-trucció, que exigeix que la 
patogènia i els substrats neurobiològics 
subjacents al trastorn han de ser iguals en 
ratolins i humans. 
Aplicant aquests criteris i basant-nos en 
l’estudi de malalties neurodegeneratives, 
per a avaluar el fenotip hem de dissenyar 
una bateria conductual que permeti deter-
minar aquests criteris de validesa i que 
avaluï paràmetres extrapolables a la ma-
laltia en humans. Per tant, per cada ma-
(Zhang i col., 2006). Una versió d’aquest 
protocol és el laberint aquàtic radial, que 
permet avaluar amb eficàcia paràmetres 
com la memòria de referència i la memò-
ria de treball (Lovasic i col., 2005) o el 
test de reconeixement d’objectes, basat 
en l’avaluació de la reacció d’un ratolí a 
l’exposició a objectes tant nous com co-
neguts. En aquest cas, en un animal amb 
problemes cognitius s’observaran alte-
racions en el reconeixement d’objectes 
familiars (Zhang i col., 2006). Quan hem 
d’abordar altres patologies neurodegene-
atives amb components motors, com la 
malaltia de Parkinson, les bateries con-
ductuals han d’enfocar-se precisament a 
l’estudi de paràmetres relacionats amb la 
conducta motora. Amb aquest propòsit 
podem utilitzar proves conductuals com 
el rotarod, en què el ratolí ha de tenir una 
coordinació motora adequada amb les 
potes anteriors i posteriors per tal de no 
caure de la roda giratòria.  Un model murí 
per aquesta malaltia probablement mostri 
una menor capacitat per aguantar-se so-
bre una roda giratòria que el seu homòleg 
control (Colebrooke i col., 2006). Un al-
tre test interessant per formar part d’una 
bateria d’estudi de la malaltia de Parkin-
son és la cinta sense fi, aparell en què el 
ratolí ha de caminar/córrer per una cinta 
mecànica per evitar una lleugera descàr-
rega elèctrica a les potes. Un ratolí model 
de Parkinson realitzarà pitjor la tasca que 
un ratolí sense modificacions genètiques 
(Amende i col., 2005). Finalment, en el 
cas de l’ELA, pràcticament qualsevol test 
que avaluï components motors grollers 
Figura 3. Laberint Aquàtic de Morris. Ratolí 
que arriba  a la plataforma en una sessió de 
plataforma visible.
Figura 4. Camp Obert. Ens permet estudiar el patró basal de locomoció.
Omnis cellula núm. 13, juny del 2007
referènCies
Amende I., Kale A., McCue S., Glazier S., Morgan J. P. and Hampton T. G. (2005) Gait dynamics in mouse 
models of Parkinson’s disease and Huntington’s disease. J Neuroengineering Rehabil 2, 20.
Amendola J., Verrier B., Roubertoux P. and Durand J. (2004) Altered sensorimotor development in a transgenic 
mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Eur J Neurosci 20, 2822-2826.
Colebrooke R. E., Humby T., Lynch P. J., McGowan D. P., Xia J. and Emson P. C. (2006) Age-related decline 
in striatal dopamine content and motor performance occurs in the absence of nigral cell loss in a genetic mouse 
model of Parkinson’s disease. Eur J Neurosci 24, 2622-2630.
Dewachter I., Reverse D., Caluwaerts N., Ris L., Kuiperi C., Van den Haute C., Spittaels K., Umans L., Serneels 
L., Thiry E., Moechars D., Mercken M., Godaux E. and Van Leuven F. (2002) Neuronal deficiency of presenilin 
1 inhibits amyloid plaque formation and corrects hippocampal long-term potentiation but not a cognitive defect 
of amyloid precursor protein [V717I] transgenic mice. J Neurosci 22, 3445-3453.
Dominguez D., Tournoy J., Hartmann D., Huth T., Cryns K., Deforce S., Serneels L., Camacho I. E., Marjaux 
E., Craessaerts K., Roebroek A. J., Schwake M., D’Hooge R., Bach P., Kalinke U., Moechars D., Alzheimer C., 
Reiss K., Saftig P. and De Strooper B. (2005) Phenotypic and biochemical analyses of BACE1- and BACE2-
deficient mice. J Biol Chem 280, 30797-30806.
Effron A. S. (1951) How to treat parkinsonism. Gp 4, 61-63.
Friedman A. P. and Freedman D. (1950) Amyotrophic lateral sclerosis. J Nerv Ment Dis 111, 1-18.
Giasson B. I., Ischiropoulos H., Lee V. M. and Trojanowski J. Q. (2002) The relationship between oxidative/
nitrative stress and pathological inclusions in Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. Free Radic Biol Med 32, 
1264-1275.
Griebel G., Blanchard D. C. and Blanchard R. J. (1996) Predator-elicited flight responses in Swiss-Webster mice: 
an experimental model of panic attacks. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 20, 185-205.
Harris F. M., Brecht W. J., Xu Q., Tesseur I., Kekonius L., Wyss-Coray T., Fish J. D., Masliah E., Hopkins P. C., 
Scearce-Levie K., Weisgraber K. H., Mucke L., Mahley R. W. and Huang Y. (2003) Carboxyl-terminal-truncat-
ed apolipoprotein E4 causes Alzheimer’s disease-like neurodegeneration and behavioral deficits in transgenic 
mice. Proc Natl Acad Sci U S A 100, 10966-10971.
Jankowsky J. L., Fadale D. J., Anderson J., Xu G. M., Gonzales V., Jenkins N. A., Copeland N. G., Lee M. K., 
Younkin L. H., Wagner S. L., Younkin S. G. and Borchelt D. R. (2004) Mutant presenilins specifically elevate 
the levels of the 42 residue beta-amyloid peptide in vivo: evidence for augmentation of a 42-specific gamma 
secretase. Hum Mol Genet 13, 159-170.
Krigman M. R., Feldman R. G. and Bensch K. (1965) Alzheimer’s Presenile Dementia. A Histochemical and 
Electron Microscopic Study. Lab Invest 14, 381-396.
Lim H. J., Cho J. S., Oh J. H., Shim S. B., Hwang D. Y., Jee S. W., Lee S. H., Sheen Y. Y. and Kim Y. K. (2005) 
NSE-controlled carboxyl-terminus of APP gene over-expressing in transgenic mice induces altered expressions 
in behavior, Abeta-42, and GSK3beta binding proteins. Cell Mol Neurobiol 25, 833-850.
Lovasic L., Bauschke H. and Janus C. (2005) Working memory impairment in a transgenic amyloid precursor 
protein TgCRND8 mouse model of Alzheimer’s disease. Genes Brain Behav 4, 197-208.
Mileusnic R., Lancashire C. L. and Rose S. P. (2005) Amyloid precursor protein: from synaptic plasticity to 
Alzheimer’s disease. Ann N Y Acad Sci 1048, 149-165.
Morris R. (1984) Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci 
Methods 11, 47-60.
Perez M., Ribe E., Rubio A., Lim F., Moran M. A., Ramos P. G., Ferrer I., Isla M. T. and Avila J. (2005) Char-
acterization of a double (amyloid precursor protein-tau) transgenic: tau phosphorylation and aggregation. Neu-
roscience 130, 339-347.
Richards J. G., Higgins G. A., Ouagazzal A. M., Ozmen L., Kew J. N., Bohrmann B., Malherbe P., Brockhaus 
M., Loetscher H., Czech C., Huber G., Bluethmann H., Jacobsen H. and Kemp J. A. (2003) PS2APP transgenic 
mice, coexpressing hPS2mut and hAPPswe, show age-related cognitive deficits associated with discrete brain 
amyloid deposition and inflammation. J Neurosci 23, 8989-9003.
Singer O., Marr R. A., Rockenstein E., Crews L., Coufal N. G., Gage F. H., Verma I. M. and Masliah E. (2005) 
Targeting BACE1 with siRNAs ameliorates Alzheimer disease neuropathology in a transgenic model. Nat Neu-
rosci 8, 1343-1349.
Teng Y. D., Choi H., Huang W., Onario R. C., Frontera W. R., Snyder E. Y. and Sabharwal S. (2006) Therapeutic 
effects of clenbuterol in a murine model of amyotrophic lateral sclerosis. Neurosci Lett 397, 155-158.
Willem M., Dewachter I., Smyth N., Van Dooren T., Borghgraef P., Haass C. and Van Leuven F. (2004) beta-site 
amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 increases amyloid deposition in brain parenchyma but reduces 
cerebrovascular amyloid angiopathy in aging BACE x APP[V717I] double-transgenic mice. Am J Pathol 165, 
1621-1631.
Zhang L., Xing Y., Ye C. F., Ai H. X., Wei H. F. and Li L. (2006) Learning-memory deficit with aging in APP 
transgenic mice of Alzheimer’s disease and intervention by using tetrahydroxystilbene glucoside. Behav Brain 
Res 173, 246-254.
serà útil per a determinar el fenotip de la 
malaltia en models murins. Des d’un test 
de camp obert, que ens permet determinar 
el patró de locomoció basal dels ratolins, 
fins a un test de força prèmsil, amb el qual 
podem avaluar de manera objectiva la for-
ça i el to muscular en les extremitats su-
periors dels ratolins. Ambdós paràmetres 
estan alterats en pacients diagnosticats 
amb ELA i, per tant, ambdós protocols 
experimentals són eines útils per avaluar 
la incidència de la malaltia en els models 
modificats genèticament.  
Així doncs, dissenyar una bateria de pro-
ves conductals adequada depèn únicament 
de la correcta identificació dels símptomes 
característics de les patologies que volem 
estudiar i de l’adequada definició dels pa-
ràmetres avaluables en els nostres models 
murins, complint amb el criteri de validesa 
aparent. Tot i la complexitat de l’etiologia 
dels trastorns neurodegeneraius, la feno-
tipació conductual ens permet abordar-la 
mitjançant models vàlids. En aquest con-
text, tant la investigació en biologia mo-
lecular bàsica com la dirigida a l’elabora-
ció de fàrmacs necessiten aquests models 
murins de malalties humanes i, sobretot, la 
seva correcta fenotipació per poder diluci-
dar els seus mecanismes subjacents i, con-
següentment, generar teràpies dirigides a la 
seva prevenció o potser a la reversió de part 
dels seus fenotips.
L’Ignasi Sahún Abi-
zanda va néixer a 
Barcelona el 1973. 
Va estudiar Crimino-
logia i Psicologia i va 
treballar durant 5 anys 
en un centre de justícia juvenil. Va acon-
seguir una beca FI de la Generalitat i va 
endinsar-se en el món de la ciència de la 
mà de la Dra. Mara Dierssen. Va estar un 
any a l’IRO de Bellvitge i després el grup 
es va mudar al CRG, tot canviant les vis-
tes al tanatori per les vistes a la platja. Es 
va doctorar el desembre del 2006, amb un 
estudi de la relació entre gens i malalties 
neuropsiquiàtriques, concretament amb la 
caracterització d’un model murí transgènic 
per al pànic i l’ansietat. Actualment treba-
lla com a tècnic de fenotipació al CRG-
UPF-PRBB.


Models murins per a l'estudi de malalties neurodegeneratives

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hemeroteca Cientifica Catalana

Revistes Catalanes amb Accés Obert