La interacción entre sistema nervioso y testosterona en ‘C. elegans’, modelo para estudiar autismo

Ensayos con C. elegans

El grupo de investigación del IMIBIC ha sido pionero en el empleo de Caenorhabditis elegans como sistema experimental para analizar in vivo mecanismos neurobiológicos básicos implicados en el autismo. La principal ventaja que ofrece este gusano es su simplicidad: su organismo mide aproximadamente un milímetro, cuenta con 302 neuronas y 959 células somáticas. “Además, más del 80% de sus proteínas son homólogas a las humanas”, señala el profesor Ruiz.

Explicación Figura*

Para realizar los ensayos han hecho crecer a los gusanos en presencia de testosterona en placas de Petri, donde tiene lugar todo el proceso de desarrollo de los nematodos en experimentación. A partir de ahí, han analizado dos tipos de comportamiento. El primero es de tipo mecanosensor y consiste en ‘golpear’ al gusano con un pelo de ceja, 5 veces en su parte delantera y 5 en su parte trasera. La respuesta ‘normal’ en ausencia de testosterona es retroceder cuando se le golpea delante, y avanzar cuando se le golpea detrás, en el 100% de las ocasiones. En individuos que han crecido en presencia de la hormona masculina se produce una disfunción del sistema nervioso, ya que esta respuesta se reduce entre un 20 y un 30% .En el segundo ensayo se ha analizado una conducta que se produce en el gusano de manera involuntaria: el bombeo faríngeo, que ocurre de manera continua y posibilita su alimentación. “Sería como el funcionamiento de nuestro corazón”, señala el responsable del estudio. En ausencia de testosterona, ocurren casi 300 bombeos por minuto, pero en presencia de la hormona, el número de pulsos disminuye a unos 250.

Cómo actúa la testosterona

Los ensayos realizados permiten establecer un modelo experimental de gran simplicidad para estudiar cómo actúa la testosterona sobre el sistema nervioso. Se sabe que en humanos la hormona masculina interacciona en la célula con un receptor de andrógenos (una proteína) y después entra en el núcleo celular alterando la expresión génica. Por esta razón los investigadores del IMIBIC buscaron en el gusano si existían genes homólogos al receptor de andrógenos humano. Encontraron varios genes en el genoma de C. elegans que tenían homología.

Al utilizar mutantes de C. elegans (‘gusanos’ que carecen funcionalmente de cada uno de estos genes) descubrieron que el gen nhr-69 era necesario para que se observara el efecto de la testosterona en su comportamiento. Por tanto, este gen del nematodo sería el responsable de codificar el receptor capaz de interaccionar con la testosterona. Este resultado abre una vía de investigación para conocer en profundidad qué función cumple este gen para alterar el comportamiento y establecer paralelismos en los mecanismos de acción en el genoma humano.Otra de las conclusiones importantes derivada de este estudio es que la testosterona actúa mediante un mecanismo epigenético, es decir, provoca cambios estables en la expresión génica. Para demostrarlo, los investigadores expusieron a una generación de ejemplares de C.elegans a testosterona. Una vez que los nematodos habían crecido en presencia de la hormona, la siguiente generación se hizo crecer en un medio libre de testosterona. Se observó que el comportamiento de estos gusanos continuaba alterado. Esto ocurría hasta la cuarta generación. Este resultado es interesante porque da una pista de los mecanismos moleculares por los que actuaría la hormona. En humanos también hay indicios de que la testosterona puede estar relacionada con mecanismos epigenéticos.

Sobre el autismo

Según la última versión del Manual Diagnóstico y Estadístico de los Trastornos Mentales (DSM-5), de la Asociación de Psiquiatras Americanos, el autismo se define como un trastorno caracterizado por dos tipos de síntomas: déficits persistentes de comunicación e interacción social y patrones restringidos y repetitivos de comportamiento, actividades o intereses.

No obstante, las personas con TEA presentan otros síntomas, que no son los mismos en todos los casos, ni ocurren con la misma intensidad. También existe una gran variabilidad en el cociente intelectual y en la capacidad de articular el lenguaje.

Respecto de sus causas, aunque los estudios con gemelos monocigóticos apuntan a que son predominantemente de origen genético, pueden existir tanto factores ambientales como factores epigenéticos implicados. “Conocer las causas y los mecanismos a nivel molecular que subyacen en estos trastornos es fundamental para poder encontrar las terapias adecuadas”, concluye el responsable de la investigación.

Referencia Bibliográfica:

Gámez-Del-Estal MM, Contreras I, Prieto-Pérez R, Ruiz-Rubio M. Epigenetic effect of testosterone in the behavior of C. elegans. A clue to explain androgen-dependent autistic traits? Frontiers in Cellular Neuroscience 2014 Mar 4;8:69. doi: 10.3389/fncel.2014.00069.

* Explicación Figura:

A. Comportamiento de un mutante de C. elegans deficiente en el gen que codifica neuroliguina. Las primeras mutaciones que se describieron en genes asociados a autismo codifican neuroliguinas. Izqquierda: C. elegans responde a la presencia de 4M fructosa retrocediendo. https://www.youtube.com/watch?v=v5tLCFdv860. Derecha: Un mutante deficiente en neuroliguina tiene alterada la sinapsis neuronal y pierde esa capacidad. https://www.youtube.com/watch?v=A7gBVzL9kzM. El gen humano es funcional en el nematodo, lo que permite abordar con mayor facilidad el análisis molecular de su funcionamiento. »

B. Izquierda: Neuronas ASHL y ASHR (teñidas de rojo) responsables de la respuesta osmótica. Los cuerpos celulares se indican con un asterisco y las dendritas con una flecha. Localización de algunas neuronas amphid, entre as que se incluyen las ASHL y ASHR, todas ellas con funciones sensoriales.

(Calahorro and Ruiz-Rubio (2012) Invert Neurosc. 11:73-83)