Studies on the role of hdac5, sirt2 and vglut1 as pharmacological targets involved in antidepressant action

La depresion sigue siendo una de las enfermedades cronicas con mayor repercusion a nivel mundial, principalmente en los paises desarrollados. Las terapias actuales se basan en el tratamiento con antidepresivos que aumentan los niveles de monoaminas en el cerebro, concretamente, serotonina y/o noradrenalina. La accion antidepresiva se ha relacionado con el aumento de la plasticidad sinaptica en la corteza prefrontal (PFC) en la que diversos mecanismos epigeneticos podrian estar implicados. Mediante estudios previos en nuestro laboratorio, hemos identificado dos dianas epigeneticas, las enzimas histona desacetilasas (HDAC) HDAC5 y SIRT2, cuya expresion se regula opuestamente por el estres cronico y el tratamiento antidepresivo. HDAC5 pertenece a la clase IIa de la superfamilia de HDAC y tiene la capacidad de migrar desde el nucleo hasta el citoplasma a traves de un mecanismo de fosforilacion. La otra enzima, SIRT2, pertenece a la clase III y es dependiente de NAD+. Este trabajo consta de tres objetivos principales. En el primero de ellos se utilizo el modelo in vitro SH-SY5Y, una linea celular proveniente de neuroblastoma humano, para estudiar el efecto de los antidepresivos imipramina, fluoxetina y reboxetina sobre la expresion de las dianas epigeneticas HDAC5 y SIRT2. Tambien se estudio como se ve afectada la acetilacion de las histonas 3 y 4 (AcH3 y AcH4), asi como el factor neurotrofico derivado del cerebro (BDNF) y el trasportador vesicular de glutamato 1 (VGLUT1), considerados marcadores de plasticidad sinaptica. Nuestro estudio mostro que la administracion de imipramina y reboxetina aumento la forma fosforilada de HDAC5 (P-HDAC5) favoreciendo la traslocacion al citoplasma de esta enzima. Sin embargo, la expresion de SIRT2 se vio disminuida por todos los antidepresivos. Ademas, los antidepresivos aumentaron la expresion de BDNF, VGLUT1, AcH3 y AcH4. Finalmente, la inhibicion selectiva de HDAC5 y SIRT2 con los compuestos MC3822 y 33i, respectivamente, aumento los marcadores de neuroplasticidad. Paralelamente se realizaron estudios en ratones a los que se administro de forma cronica estos antidepresivos y se midio la expresion de todas estas proteinas en la PFC obteniendo resultados similares a los ensayos in vitro. En conjunto, se sugiere que la traslocacion nucleocitoplasmatica de HDAC5 y la disminucion de SIRT2 son mecanismos epigeneticos mediante los cuales estos antidepresivos estimulan la neuroplasticidad. En el siguiente objetivo, estudiamos el potencial terapeutico de SIRT2 para el tratamiento de la depresion. Concretamente, el inhibidor selectivo de SIRT2 33i revirtio la anhedonia en ratones heterocigotos para VGLUT1 (VGLUT1+/-), considerado un modelo genetico de depresion. Sin embargo, este modelo no mostro cambios en la expresion de los marcadores epigeneticos seleccionados (HDACs y acetilacion de histonas) ni en los marcadores de la plasticidad sinaptica. Este resultado evidencia que la inhibicion de SIRT2 es capaz de revertir un fenotipo depresivo tambien cuando este no esta asociado a alteraciones epigeneticas. Paralelamente, se llevo a cabo un tercer objetivo. Se sabe que la actividad serotonergica en los nucleos del rafe esta regulada por neuronas glutamatergicas provenientes de la PFC. Utilizando el modelo VGLUT1+/-, se examino el papel de VGLUT1 en la accion antidepresiva. Se demostro que la inyeccion estereotaxica del virus adenoasociado disenado en este trabajo, para expresar el gen Vglut1, dio como resultado un aumento de VGLUT1 tanto en el soma neuronal como en fibras en la PFC, asi como en fibras en el nucleo dorsal del rafe. Ademas, la expresion inducida de esta proteina en la PFC provoco una clara accion antianhedonica. En conjunto, esta es la primera evidencia que relaciona directamente VGLUT1 con la accion antidepresiva. Las enzimas histona desacetilasa HDAC5 y SIRT2 asi como VGLUT1 podrian proponerse como dianas farmacologicas implicadas en la accion antidepresiva.