[eng] Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by early synaptic and
late neuronal loss, affecting more than 26 million people worldwide.
Among patients affected with dementia, more than half suffer from Alzheimer’s disease. The
biggest risk factor for developing Alzheimer's disease is age. β-amyloid (Aβ) plaques and
neurofibrillary p-Tau tangles accumulates in the brains of elderly patients playing a central
role in the pathogenesis of AD. During the last years the fruit fly, Drosophila melanogaster
has increasingly been used as a model for neurodegenerative disease. Although the adult fly
has a simpler nervous system than those of vertebrates, it is capable of higher-order brain
functions, including aversive and appetitive learning, and recalling learned information from
prior experiences.
The advantages of using the Drosophila model are the well-defined genetic characteristics,
the quantity, short life span, simplicity in genetic manipulation and the powerful binary UASGal4
transgenic system. The UAS-Gal4 system allows for rapid generation of individual
strains in which expression of a specific gene of interest can be directed to different tissues or
cell types.
Our transgenic flies expresses human Aβ42 and human Tau fused to a secretion signal for
extracellular localization under the control of UAS/GAL4 dual activation system. The
overexpression of Aβ42 and Tau in the nervous system of Drosophila results in progressive
structural and behavioral phenotypes such as locomotor deficits, age-dependent
neurodegeneration in the brain and reduced lifespan.
This work has been focused on modeling Alzheimer's diseases in Drosophila by expressing
two human genes associated with AD (Aβ42 and Tau) in the fly central nervous system. This
model displays AD-like neuropathological as well as behavioral symptoms. The main goal of
developing such a model is to analyse and study the effect of new synthetic fatty acids
molecules in the pathogenesis of AD. Additionally, the model organisms established in this
study could provide tools that help to understand disease-specific processes resulting in
neuronal loss. This study argues that Drosophila can be used to study the behavioural basis of
human neurodegenerative diseases and may provide a model to identify novel therapeutic
avenues for neurodegenerative diseases as Alzheimer’s disease.
In this work also was studied the effect of membrane lipid therapy on cognitive decline of a
transgenic model of Drosophila. This model overexpresses the human amyloid peptide of 42
amino acids (Aβ42), and human Tau protein that play a key role in the development of this
disease. The treatment has been based on the use of DHA and its hydroxylated derivate
OHDHA, ARA and its hydroxylated form OHARA and EPA and its hydroxylated form
OHEPA at 1, 3, 10, 30, 100 and 250 μg/ml of standard food. After testing the transgenes
expression in the F1 generation by PCR analysis and Western blot it was evaluated the
toxicity of the compounds, and it was demonstrated that food supplementation with OHDHA,
OHARA, OHEPA partially restored the loss of locomotor activity and increased the life-span
of the flies expressing the human transgenes whereas the DHA, ARA, EPA, form had not
significant effects. It has been observed that the concentrations of 30 and 100 μg/ml of
hydroxylated form, including the mixtures of (OHDHA+OHARA), (OHEPA+OHARA), and
30 μg/ml of TGMs, LP183A1, LP183A2, was used, have led to cognitive improvement and
have maintained or increased the lifespan with respect to the control group.
No differences were found in the insert expression either in control group or in the treated
group as expected since the model was designed to over-express the insert without being
influenced by the provided drugs.
In addition it was analyzed the lipid content from Drosophila heads by using gas
chromatography and it was found that the food supplementation with either hydroxylated or
non-hydroxylated compounds induced changes in the fatty acid profile of Drosophila.
Furthermore it was discovered that the amount of short chain fatty acids (SCFA), from the
heads of F1 treated with ARA, EPA and DHA was less than that from untreated F1 flies.
Concerning the hydroxylated fatty acids, the reduction in the levels of short chain fatty acid
(SCFA) was similar to that of the non-hydroxylated fatty acids. All food supplement tested
induced an increase of long chain fatty acids (≥ 18C). ARA, EPA and DHA were present in
the fatty acid profile of flies treated with the respective non-hydroxylated food supplements.
This fact proves the absorption and incorporation of dietary PUFAs into the Drosophila body
tissues.
[spa] La enfermedad de Alzheimer (AD, del inglés Alzheimer's disease) es una patología
neurodegenerativa caracterizada por una pérdida temprana de conexiones sinápticas y, de
manera tardía, de neuronas. Esta enfermedad afecta a unos 40 millones de personas en todo el
mundo. Entre las personas con demencia, más de la mitad sufren AD. El mayor riesgo para
desarrollar la enfermedad de Alzheimer es la edad. De hecho, las placas β-amiloide (Aβ) y
ovillos neurofibrilares de fosfo-Tau se acumulan en los cerebros de pacientes ancianos,
jugando un papel central en la patogénesis de AD. Además, se han encontrado reducciones
significativas en los niveles de los lípidos fosfatidiletanolamina y ácido docosahexaenoico
(DHA) en el cerebro de pacientes con AD. Durante la última década, la mosca de la fruta
(Drosophila melanogaster) se ha utilizado como modelo para enfermedades
neurodegenerativas, debido a que puede ser utilizada para el análisis de conductas como el
aprendizaje aversivo y apetitivo, así como su capacidad de utilizar la información aprendida
de previas experiencias, aunque la mosca adulta presenta un sistema nervioso mucho más
simple que el de vertebrados..
Entre las ventajas de usar el modelo de Drosophila están el conocimiento exhaustivo de sus
características genéticas, la posibilidad de obtener un número de individuos muy elevado, la
corta vida media y la simplicidad en la manipulación genética, incluyendo el sistema utilizado
en el presente estudio (Powerful Binary UAS-Gal4 Transgenic System). El sistema UAS-Gal4
permite una rápida generación de cepas en las que se expresan los genes de interés en
distintos tejidos o tipos celulares. Mediante este sistema se pueden expresar los péptidos
humanos Aβ42 y Tau en el sistema nervioso de Drosophila melanogaster, mostrando un
fenotipo con deterioro progresivo asociado con el AD tanto estructural como comportamental,
con desarrollo de déficit locomotor, neurodegeneración cerebral asociada con la edad y menor
esperanza de vida.
La presente investigación se centra en la utilización de Drosophila como modelo de AD
mediante la sobreexpresión de los genes humanos asociados con AD (Aβ42 y Tau) en el
sistema nervioso central de la mosca. El principal objetivo de desarrollar este modelo es
analizar y estudiar el efecto de ácidos grasos sintéticos novedosos en la terapia de la AD.
Conjuntamente, los organismos modelo establecidos en este trabajo pueden constituir un
sistema que permita la comprensión de los procesos específicos de la enfermedad que
desencadena la pérdida neuronal. Con todo ello, el presente trabajo demuestra que se puede
usar Drosophila para estudiar las bases comportamentales de las enfermedades humanas
neurodegenerativas y puede suponer un modelo para identificar nuevas terapias para dichas
enfermedades, tales como AD.
Además, se ha estudiado el efecto de la terapia lipídica de membrana en el declive cognitivo
del modelo transgénico de AD de Drosophila. Este modelo sobreexpresa el péptido amiloide
humano de 42 aminoácidos (Aβ42) y la proteína humana Tau, ambas con un papel importante
en el desarrollo de esta enfermedad. Los tratamientos empleados se basan en el uso de DHA y
su derivado hidroxilado OHDHA, ARA y su forma hidroxilada OHARA y EPA y su forma
hidroxilada OHEPA, así como derivados de triacilgliceroles (triacilglicerol miméticos, TGM)
a dosis crecientes y añadidos en la comida.
Tras confirmar la expresión de los transgenes en la generación F1 de las moscas por PCR y
western blot, se analizó la toxicidad de los distintos compuestos y se demostró que la
suplementación de comida con OHDHA, OHARA, OHEPA restauró la pérdida de actividad
locomotora, parcialmente, además, aumentó la vida media de las moscas expresando los
transgenes humanos, mientras que DHA, ARA, EPA no presentaron efectos significativos. Se
observó que las concentraciones de 30 y 100 μg/ml de las formas hidroxiladas, incluyendo las
mezclas de (OHDHA+OHARA), (OHEPA+OHARA) y 30 μg/ml de TGMs, LP183A1,
LP183A2, mejoraron la capacidad cognitiva y aumentaron la vida media con respecto al
grupo control no tratado. No se encontraron diferencias en la expresión del inserto entre los
grupos control o tratados, tal y como se esperaba debido a que el modelo se diseñó para
sobreexpresar el inserto independientemente de los compuestos administrados.
También se analizó el contenido lipídico en membranas de la cabeza de moscas mediante
cromatografía de gases y se observó que la suplementación de la comida, tanto con los
compuestos hidroxilados como los no-hidroxilados estudiados, indujo cambios en el perfil de
ácidos grasos de Drosophila melanogaster. Entre ellos, se observó una menor cantidad de
ácidos grasos de cadena corta en cabezas de moscas F1 tratadas con ARA, EPA and DHA en
comparación con moscas no tratadas. En cuanto a los ácidos grasos hidroxilaqdos,
presentaron un nivel similar en la reducción de los niveles de ácidos grasos de cadena corta.
Además, todos los suplementos añadidos a la comida indujeron un aumento de los ácidos
grasos de cadena larga (≥ 18C). Finalmente, se observó la presencia de ARA, EPA y DHA en
el perfil de ácidos grasos de las moscas tratadas con el correspondiente ácido graso nohidroxilado.
Este hecho prueba la absorción e incorporación de los ácidos grasos
poliinsaturados presentes en la dieta en los tejidos de la Drosophila.