Bases cronobiológicas y epigenéticas de las funciones cognitivas en un modelo de envejecimiento sometido a restricción calórica

Abstract

RESUMEN El envejecimiento es un proceso multifactorial determinado por factores genéticos y epigenéticos que lleva a un deterioro funcional general, incluyendo la disminución de las capacidades cognitivas. La restricción calórica (RC), es decir, la reducción de la ingesta de calorías sin ocasionar desnutrición es un modelo que ha logrado incrementar la vida media de numerosas especies. A pesar de la creciente evidencia, las bases moleculares de la eficacia de la RC aún no están completamente dilucidadas, así como tampoco se ha estudiado la influencia de este contexto metabólico en la expresión temporal, circadiana, de factores relacionados con la cognición, los sistemas de defensa antioxidante y la regulación epigenética. La Hipótesis de nuestro trabajo fue que el envejecimiento deteriora el desempeño cognitivo y modifica los ritmos circadianos de BDNF y TrkB en hipocampo al promover un estado oxidativo que altera negativamente el funcionamiento del reloj endógeno y/o la expresión de genes relacionados con la regulación epigenética. La RC revierte dichas modificaciones asociadas al envejecimiento mediante el restablecimiento de la organización temporal de las defensas antioxidantes y la regulación circadiana y epigenética. Nuestros Objetivos Específicos fueron: 1) Investigar los patrones temporales de modificaciones epigenéticas en las regiones promotoras de los genes de bdnf y trkB y su impacto potencial en la expresión de dichos factores involucrados en las funciones cognitivas, durante un ciclo de 24 h, en hipocampo, 2) Analizar la expresión circadiana de factores involucrados en el control de las modificaciones epigenéticas, como son las metiltransferasas de ADN (dnmt1, dnmt3a y dnmt3b); la acetiltransferasa de histonas y componente central del reloj circadiano, clock, y la desacetilasa de histonas, sirt1, en dicha área cerebral, 3) Evaluar en qué medida el envejecimiento afecta la expresión circadiana de los factores relacionados con el control epigenético previamente mencionados (dnmts, clock y sirt1) y su impacto final en la modulación epigenética de BDNF y TrkB en hipocampo, 4) Investigar las consecuencias de la restricción calórica sobre: el estado redox celular y la organización temporal de los sistemas de defensa antioxidante, la expresión de los factores cognitivos BDNF y TrkB, y los modificadores epigenéticos sirt1, dnmts y clock, en el hipocampo de ratas de 3 y 22 meses de edad y 5) Estudiar el efecto del envejecimiento y la RC sobre los procesos de memoria y aprendizaje [utilizando el laberinto de Barnes (BM) y la prueba de reconocimiento del objeto novedoso (RON)], evaluar la neofobia o el miedo a la novedad [utilizando el Test de las esquinas (TE)], y evaluar la reacción de los sujetos a un acontecimiento estresante/ansiedad [utilizando el Test del campo abierto (TCA)]. Para cumplir con estos objetivos se utilizaron ratas macho de la cepa Holtzman separadas en tres grupos experimentales: 1) grupo de ratas jóvenes adultas alimentadas ad-libitum (3 meses de edad, J-AL), 2) grupo de ratas viejas alimentadas ad-libitum (22 meses de edad, V-AL) y 3) grupo de ratas viejas en RC (se les administró una dieta de idéntica composición a la administrada a los grupos 1 y 2, pero reducida en un 40 % en calorías, durante los 3 meses previos a cumplirse los 22 meses de edad, V-RC). Quince días antes de cumplirse las edades correspondientes, los animales de los tres grupos experimentales se mantuvieron en condiciones de oscuridad constante. Se realizaron pruebas para evaluar la memoria y el aprendizaje (BM y RON) y el comportamiento (TE y TCA), evaluación de los niveles de ARNm por RT-PCR y proteína por Western Blot, actividad enzimática por métodos espectrofotométricos y pirosecuenciacion con bisulfito. Nuestros resultados evidenciaron la existencia de una organización 10 temporal altamente coordinada de Bmal1, Clock, Bdnf, TrkB, sirt1, pgc-1α, dnmts, nrf2, catalasa y glutatión peroxidasa en el hipocampo de los animales J-AL. Observamos que el envejecimiento provocó un déficit cognitivo en los animales V-AL y una pérdida de las oscilaciones circadianas de todas las variables mencionadas. Interesantemente, la RC restauró la ritmicidad circadiana en todos los casos y, además, logró una mejora en la performance cognitiva de los animales bajo esta intervención. En conjunto, nuestros resultados sugieren que la pérdida de la organización temporal de las moléculas relacionadas con las funciones cognitivas ya sea por la alteración en el funcionamiento del reloj endógeno, su regulación epigenética y/o el sistema de defensa antioxidante podría desempeñar un papel fundamental en el deterioro de la memoria y el aprendizaje en el envejecimiento. Intervenciones dietarias como la RC, podrían ser una alternativa no farmacológica para mantener la salud mental y cognitiva durante el envejecimiento, siendo el restablecimiento de la coordinación temporal una de las bases de la eficiencia de dicha intervención.