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Retraso
en el neurodesarrollo, anomalías motoras y déficits
cognitivos en ratones transgénicos que sobreexpresan
el gen Dyrk1A, un modelo murino de síndrome
de Down
Neurodevelopmental delay, motor abnormalities and
cognitive deficits in transgenic mice overexpressing Dyrk1A
(minibrain), a murine model of Down's syndrome
Xavier
Altafaj, Mara Dierssen, Carmela Baamonde, Eulalia Martí,
Joana Visa, Jordi Guimerà, Marta Oset, Juan Ramón
González, Jesús Flórez, Cristina Fillat,
Xavier Estivill
Human Molecular Genetics 10 (18): 1915-1923, 2001
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Resumen
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El síndrome de Down es una causa importante de retraso mental,
hipotonía y retraso en el desarrollo. Los modelos murinos
de síndrome de Down que portan grandes fragmentos del genoma
murino (del ratón) o del genoma humano muestran alteraciones
motóricas y déficits de memoria. Pero no se han definido
todavía los genes específicos que son responsables
de estas alteraciones del fenotipo. El gen DYRK1A, homólogo
humano del gen minibrain de la mosca Drosophila, se
encuentra en la región denominada "crítica de
síndrome de Down" dentro del cromosoma 21, y se encuentra
sobreexpresado en el cerebro de los fetos con síndrome de
Down. El Dyrk1A codifica una serín-treonín kinasa,
probablemente implicada en la proliferación de neuroblastos.
En las moscas Drosophila en las que está mutado este
gen minibrain se aprecia una reducción de los lóbulos
ópticos y del cerebro, y muestran signos de déficit
en su aprendizaje con hipoactividad. Hemos producido en el laboratorio
ratones transgénicos que sobreexpresan la cadena completa
de cDNA del gen Dyrk1A de ratón. Estos ratones mostraron
un retraso en la maduración cráneo-caudal con consecuencias
funcionales en el desarrollo neuromotor. Mostraron también
alteraciones en la adquisición de las habilidades motoras
e hiperactividad que se mantuvo hasta la edad adulta. En la prueba
del laberinto acuático de Morris, los ratones transgénicos
mostraron una dificultad importante en el aprendizaje espacial y
en lo referente a la flexibilidad cognitiva, lo que indica que puede
haber una disfunción en la actividad del hipocampo y corteza
prefrontal. En paradigmas de aprendizaje más complejo se
apreció que este defecto se debía específicamente
a alteraciones en la memoria de referencia mientras que la memoria
operacional estaba casi inalterada.
Estas alteraciones son comparables a las que se observan en los
modelos de síndrome de Down del ratón con trisomía
parcial del cromosoma 16, y sugieren que el gen Dyrk1A puede tener
una influencia en el retraso mental y en las anomalías motoras
propias del síndrome de Down.
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Comentario
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Está siendo ya objetivo prioritario en la investigación
genética sobre el síndrome de Down el conocer cuál
o cuáles son los genes del cromosoma 21 que puedan ser más
directamente responsables de los problemas cognitivos que presentan
las personas con síndrome de Down. Puesto que este síndrome
es el resultado de una trisomía (3 cromosomas 21 en lugar de
2), la mayoría de los investigadores piensan que los problemas
propios del síndrome se deben a que hay 3 copias de los genes
del cromosoma 21 en lugar de 2.
Cuando decimos que un gen se expresa decimos que está realizando
su función fundamental: dirigir la síntesis de unas
moléculas que se llaman proteínas (ver
Una visión con perspectiva. Conceptos biológicos fundamentales).
Pero el hecho de que un gen esté presente no significa que
se exprese, puede estar callado por razones que no vienen al caso.
En ocasiones, basta una copia del gen (la de uno de la pareja de cromosomas)
para que se exprese; otras veces necesita las dos copias de la pareja
(el gen del cromosoma materno y el gen del cromosoma paterno). Pero
si hay tres copias de un determinado gen, hay más probabilidad
de que se exprese en mayor grado para actuar y a eso se llama sobreexpresión
del gen. El resultado de esta sobreexpresión es un desequilibrio
en la síntesis de proteínas. Es lo que ocurre en el
síndrome de Down, en el que hay tres copias de los genes del
cromosoma 21.
En el cromosoma 16 del ratón hay muchos genes que son idénticos
a otros muchos genes del cromosoma 21 humano. Uno de ellos es el gen
llamado Dyrk1A. Una de las maneras de conocer qué genes
del cromosoma 21 humano, cuando se sobreexpresan, provocan cambios
cerebrales que conducen a la discapacidad intelectual, es introducir
una tercera copia de esos genes en el ratón y estudiar en el
laboratorio el cerebro, el desarrollo y la capacidad de aprendizaje
del ratón. Resulta que este gen Dyrk1A está también
presente en una mosca (la Drosophila, aunque entonces el gen
tiene otro nombre: minibrain), y hace tiempo se demostró
que interviene en el desarrollo del cerebro de esa mosca porque, cuando
el gen se altera por una mutación, aparecen alteraciones en
el cerebro de la mosca. Por eso, los investigadores autores de este
trabajo que comentamos pensaron que quizá este gen fuera uno
de los que influyen sobre el desarrollo normal del cerebro del ratón
y de la especie humana; pero que en situaciones de sobreexpresión
provocaría alteraciones en ese desarrollo. Por eso, introdujeron
copias extra del gen en unos ratones (fabricaron lo que se llama un
ratón transgénico).
Los autores han
comprobado que en estos ratones transgénicos existe una cierta
inmadurez en su desarrollo neuromotor, un retraso en el desarrollo
de la marcha, tardan más tiempo en alcanzar lo que desean,
tienen menor tono muscular, muestran signos de hiperactividad o nerviosismo
en ambientes poco familiares para ellos, muestran una mayor dificultad
para realizar tareas que exigen memoria temporoespacial, o para recordar
sucesos importantes, y una especie de menor flexibilidad cognitiva
a la hora de tener que aprende nuevas tareas.
Si se mira bien,
da la impresión de que, salvadas las distancias entre un ratón
y un ser humano, algunos de los comportamientos de este ratón
transgénico para el gen Dyrk1A recuerdan algunos de
los problemas que observamos en las personas con síndrome de
Down. De acuerdo con ello, parece razonable concluir que este gen
del cromosoma 21, cuando está sobreexpresado por existir 3
copias en lugar de 2, puede ser uno de los responsables de provocar
la discapacidad intelectual propia del síndrome de Down. Esto
no significa que sea el único porque, dada la complejidad del
cerebro humano, lo lógico es pensar que pueda haber otros en
el cromosoma 21 que también regulan la función cerebral.
Pero bueno es empezar a conocerlos, y da toda la impresión
de que éste es uno de ellos.
Canal
Down21
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