Temas
Realizamos investigación básica y aplicada sobre procesos neurodegenerativos asociadas al envejecimiento cerebral, con foco en la enfermedad de Alzheimer (EA) por su importancia como la principal forma de demencia. Estos abarcan estudios metabólicos en modelos celulares y animales, el análisis del impacto de factores nutricionales y genéticos en cohortes de pacientes con EA de la población argentina y la validación de biomarcadores periféricos con utilidad diagnóstica.
La acumulación progresiva de proteínas mal plegadas en el cerebro (amiloide beta y tau) es uno de los procesos anormales más relevantes en la EA. Nuestra hipótesis es que con el envejecimiento se afectan mecanismos fundamentales de eliminación y prevención de agregados proteicos en ciertas poblaciones neuronales. Además proponemos que una vez iniciada la acumulación de agregados de amiloide beta y proteína tau,  estos desencadenan una cascada de retroalimentación irreversible que impacta de manera lenta y negativa sobre procesos básicos de la función neuronal. Entre ellos, nos interesa caracterizar alteraciones del metabolismo energético incluyendo la utilización de glucosa y la función mitocondrial. En una línea de trabajo aplicado, nos interesa definir las correlaciones entre dieta, nutrición y deterioro cognitivo en estadios tempranos del proceso patológico en un modelo animal y en pacientes con EA leve. Estas correlaciones incluyen la determinación de biomarcadores periféricos con posible valor predictivo de evolución de la enfermedad. En la misma dirección, interrogamos cuáles vías metabólicas cerebrales relacionadas con dicho deterioro podrían ser moduladas a través de intervenciones sobre la microbiota intestinal. Finalmente, exploramos la optimización del valor predictivo de polimorfismos genéticos de EA asociados a efectos de ancestría en la población argentina comparado con otros estudios en poblaciones caucásicas.

Enfoque
Para nuestro proyecto básico utilizamos tres modelos: Drosophila melanogaster transgénica que expresa amiloide beta (Aβ) humano en la vía secretoria de neuronas, ratas transgénicas que expresan en neuronas del SNC una mutante de proteína precursora de amiloide (Mc Gill R-Thy1 APP K670N, K670N, M671L) y líneas neuronales transfectadas con Aβ. En Drosophila, estudiamos la respuesta a proteínas mal plegadas de retículo endoplásmico (ER-UPR, siglas en inglés) mediante inmunoquímica de proteínas, geotaxis negativa y expresión génica por PCR cuantitativa frente a las variables independientes de envejecimiento y expresión de Aβ. Utilizando esta línea de Drosophila, realizamos un rastrillaje genético con 200 líneas conteniendo deleciones cromosómicas pequeñas para la identificación de “moduladores” que potencian o reducen el efecto neurotóxico de Aβ y su impacto sobre vías metabólicas específicas mediante resonancia magnética nuclear (RMN) . En ratas Mc Gill y en neuronas primarias cultivadas de estos animales investigamos la correlación entre acumulación de Aβ, defectos de memoria y alteraciones básicas de la función mitocondrial incluyendo la interacción de esta organela con el ER. Utilizamos una combinación de oximetría con Seahorse Xfe24, FRET en tiempo real de constructos proteicos fluorescentes de “cross linking” de organelas activables por rifampicina y lipidómica mitocondrial en neuronas primarias. Para el estudio preclínico de correlaciones entre nutrición, vías metabólicas y progresión del deterioro cognitivo se utilizan ratas McGill en estadios tempranos y tardíos del proceso patológico. Analizamos el efecto de una dieta definida rica en grasas sobre el comportamiento y su correlación con citoquinas pro-inflamatorias en plasma, cerebro y tejido graso, marcadores de estrés oxidativo/nitrosativo en plasma y cerebro, señalización de insulina cerebral y cambios de la microbiota/metaboloma fecal mediante secuenciación de ARNr 16S y espectrometría de masa. Estas y otras variables con potencial validez como biomarcadores serán posteriormente estudiados en pacientes con EA.  Los estudios sobre polimorfismos genéticos, ancestría y validación predictiva se realizan con más de 1000 muestras obtenidas de pacientes con EA probable y controles mediante el consorcio AGA-ALZAR-PRONADIAL constituído en Argentina. La secuenciación de ADN de alto rendimiento y el análisis bioinformático-estadístico se realiza en colaboración con  consorcios e instituciones académicas de la Unión Europea.

Avances
Demostramos que en Drosophila,  la protección sobre toxicidad cerebral de Aβ y el retraso en su acumulación dependen de la señalización de la vía IRE1-XBP1 y del balance con la vía PERK de la ER-UPR, que tienen efectos antagónicos. Mientras XBP1 es fuertemente protectora, PERK promueve de la neurotoxicidad inducida por Aβ. También establecimos que con el envejecimiento se produce una progresiva declinación en la respuesta de la vía XBP1 a nivel de la transcripción de chaperonas proteicas efectoras cuyos mecanismos moleculares quedan aún por especificar. El rastrillaje genético nos permitió identificar moduladores de la toxicidad de Aβ, evaluada mediante geotaxis negativa y confirmados con líneas expresando ARN de interferencia específicos. La deficiencia parcial del gen que codifica la enzima 4-hidroxi-fenil-piruvato-dioxigenasa (HPD) se asoció con una mayor acumulación de Aβ y un incremento de la neurotoxicidad con el envejecimiento. HPD es la segunda enzima en la degradación de tirosina y su defecto provoca la enfermedad hereditaria tirosinemia tipo III en humanos. Sin embargo, nuestros resultados de metabolómica por RMN en una línea neuronal humana sugieren que el efecto de la deficiencia de HPD sobre la toxicidad de Aβ estaría mediado por una desregulación de la vía de pentosas y un consecuente aumento de estrés oxidativo que podrían ser independientes del metabolismo de tirosina (no publicados). Los estudios de función mitocondrial en la rata McGill mostraron que la acumulación de APP/Aβ en neuronas indujo la disminución de la capacidad respiratoria de reserva y déficit en la actividad enzimática de complejo I  en sinaptosomas cerebrales. En cultivos primarios de neuronas de este modelo animal demostramos además una reducción de los contactos estrechos (≤10 nm) entre la membrana mitocondrial externa y el ER que podría afectar el transporte de lípidos entre estas organelas y que son esenciales para la óptima función mitocondrial. Las ratas McGill alimentadas con una dieta rica en grasas y azúcares mostraron un mayor empeoramiento cognitivo, la acumulación de especies tóxicas de Aβ en el hipocampo, la disminución de vías metabólicas neuroprotectoras y un aumento del daño nitrosativo. 

En el proyecto de aplicación clínica, hemos consolidado la mayor  cohorte de pacientes con EA probable de Latinoamérica y desarrollado un modelo predictivo de riesgo genético para la enfermedad en individuos de ancestría mixta que podría superar a los existentes basados en la población caucásica.