Effects of GluN3A silencing in Huntington's disease and systematic mapping of its expression in the mouse forebrain

Abstract

El desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para tratar enfermedades neurodegenerativas es una prioridad debido a la falta actual de terapias y al enorme coste de la atención médica, el incremento de casos con el envejecimiento de la población y el sufrimiento de los pacientes y sus familiares. Un ejemplo preeminente es la enfermedad de Huntington (EH), una enfermedad neurológica progresiva, rara y hereditaria que normalmente se manifiesta en la edad adulta y se caracteriza por una tríada de síntomas: movimientos involuntarios conocidos como corea causados por la disfunción y posterior degeneración de las neuronas espinosas de tamaño medio (MSNs) del cuerpo estriado, deterioro cognitivo y alteraciones psiquiátricas. Si bien la mutacion causante de la enfermedad, una expansión anormal de una región poliglutaminica en la porción N-terminal de una proteína llamada huntingtina (HTT), se conoce desde hace casi 3 décadas, hasta la fecha no existe cura y los tratamientos sintomáticos ofrecen solo efectos paliativos menores. Nuestro grupo descubrió recientemente un mecanismo patogénico temprano clave en la EH: la expresión sináptica desregulada de los receptores de glutamato de tipo NMDA juveniles que contienen subunidades GluN3A (GluN3A-NMDAR), que produce la poda/eliminacion aberrante de las sinapsis formadas las aferencias corticales en las MSNs. En esta tesis, nos propusimos evaluar un nuevo enfoque de terapia génica para corregir la expresión aberrante de GluN3A. Comenzamos probando la capacidad de los vectores adenoasociados recombinantes (rAAV) que codifican los ARN de interferencia para desencadenar el silenciamiento sostenido de GluN3A en las MSNs, la población vulnerable. Tras una única inyección estereotáxica en el cuerpo estriado del ratón, rAAV9-shGluN3A redujo la expresión de GluN3A con alta eficiencia (silenciamiento > 85%) y selectividad. El silenciamiento se mantuvo durante largos períodos de tiempo, hasta 11 meses después de una sola administración, y mejoró los déficits sinápticos y motores en ratones YAC128, un modelo de EH bien establecido. Es destacable que las inyecciones de rAAV9-shGluN3A fueron efectivas cuando se sincronizaron con el inicio de la enfermedad, pero también cuando se administraron en etapas posteriores de la enfermedad. Nuestros hallazgos proporcionan una validación de prueba de concepto de la efectividad de las terapias génicas dirigidas hacia GluN3A en modelos murinos de EH, un paso necesario para avanzar hacia ámbitos clínicamente relevantes. Cabe esperar que la utilización de subunidades de GluN3A como diana provoque efectos secundarios mínimos debido a su baja expresión en el cerebro adulto en entornos no patológicos, lo cual supondría una clara ventaja frente a otras estrategias dirigidas a otros NMDARs. Sin embargo, la información actualmente disponible es escasa y un trabajo reciente sugiere que GluN3A también opera en cerebros adultos para controlar una variedad de comportamientos. Por lo tanto, para la segunda parte de mi tesis, realicé un análisis sistemático de la expresión de Grin3a en el cerebro de ratón que combina hibridación in situ colorimétrica de alta sensibilidad y fluorescencia con marcaje para subtipos neuronales específicos. Descubrimos que, aunque la expresión de GluN3A alcanza su punto máximo en edades postnatales, niveles significativos permanecen hasta la edad adulta en regiones cerebrales específicas, como la amígdala, la habénula medial, las cortezas asociativas y los núcleos talámicos de alto orden. La aparición y regulación negativa temporal de la expresión de Grin3a varía a lo largo de las regiones del cerebro, la capa cortical de residencia y la modalidad sensorial, en un patrón que correlaciona con gradientes jerárquicos de maduración cerebral y especialización funcional reportados anteriormente. Grin3a se expresa tanto en neuronas excitadoras como inhibidoras, siendo los altos niveles de ARN mensajero un rasgo distintivo de interneuronas de somatostatina. Nuestro estudio proporciona un mapa completo de la distribución de Grin3a murino a lo largo de la vida y allana el camino para analizar las diversas funciones de GluN3A en condiciones fisiológicas y patológicas.