Successful therapies for Alzheimer's disease: why so many in animal models and none in humans?

Peering into the field of Alzheimer's disease (AD), the outsider realizes that many of the therapeutic strategies tested (in animal models) have been successful. One also may notice that there is a deficit in translational research, i.e., to take a successful drug in mice and translate it to the patient. Efforts are still focused on novel projects to expand the therapeutic arsenal to 'cure mice.' Scientific reasons behind so many successful strategies are not obvious. This article aims to review the current approaches to combat AD and to open a debate on common mechanisms of cognitive enhancement and neuroprotection. In short, either the rodent models are not good and should be discontinued, or we should extract the most useful information from those models. An example of a question that may be debated for the advancement in AD therapy is: In addition to reducing amyloid and tau pathologies, would it be necessary to boost synaptic strength and cognition? The debate could provide clues to turn around the current negative output in generating effective drugs for patients. Furthermore, discovery of biomarkers in human body fluids, and a clear distinction between cognitive enhancers and disease modifying strategies, should be instrumental for advancing in anti-AD drug discovery.

Cannabinoid addiction: behavioral models and neural correlates

The use of cannabis sativa preparations as recreational drugs can be traced back to the earliest civilizations. However, animal models of cannabinoid addiction allowing the exploration of neural correlates of cannabinoid abuse have been developed only recently. We review these models and the role of the CB1 cannabinoid receptor, the main target of natural cannabinoids, and its interaction with opioid and dopamine transmission in reward circuits. Extensive reviews on the molecular basis of cannabinoid action are available elsewhere (Piomelli et al., 2000;Schlicker and Kathmann, 2001).

An expression of mixed animal model equations to account for different means and variances in the base population

This paper presents a general expression to predict breeding values using animal models when the base population is selected, i.e. the means and variances of breeding values in the base generation differ among individuals. Rules for forming the mixed model equations are also presented. A numerical example illustrates the procedure.

Estructura de les xarxes tròfiques i mecanisme de selecció de preses

Les xarxes tròfiques o alimentàries subministren una representació gràfica de quina espècie menja a quina altra en un ecosistema. Les xarxes tròfiques empíriques publicades són cada vegada més complexes, i es fa més patent la qüestió de si hi ha trets comuns a totes elles. En els darrers anys s’ha realitzat un gran esforç per modelitzar l’arquitectura d’aquestes xarxes. En particular, dos models han rebut especial atenció: el model de nínxol i el de jerarquies. Tots dos models reprodueixen satisfactòriament un bon nombre de propietats estadístiques globals de les xarxes empíriques més completes. Hipotèticament però, els diferents mecanismes de selecció de preses en els models de nínxol i de jerarquies haurien de generar estructures locals diferents en les xarxes. Utilitzant un mètode de subxarxes (també subgrafs o motius ) que permet l’anàlisi quantitativa, s’ha analitzat l’arquitectura local de les xarxes amb l’objectiu de poder discernir quin dels dos models és més realista.

Sistema de secreción de tipo III en Aeromonas mesòfilas

Aeromonas hydrophila és un bacil gram-negatiu, patogen oportunista d’animal i humans. La patogènesi d’A. Hydrophila és multifactorial. A fi d'identificar gens implicats en la virulència de la soca PPD134/91 d’A. hydrophila, vam realitzar experiments de substracció gènica, que van dur a la detecció de 22 fragments d’ADN que codificaven 19 potencials factors de virulencia, incloent un gen que codificava una proteïna de sistema de secreció de tipus III (T3SS). La importància creixent del T3SS en la patogènesi de diversos bacteris, ens va dur a identificar i analitzar l'agrupació gènica del T3SS de les soques AH-1 i AH-3 d’A. hydrophila. La inactivació dels gens de T3SS aopB i aopD d’A. hydrophila AH-1, i ascV d’A. hydrophila AH-3, comporta una disminució de la citotoxicitat, un increment de la fagocitosi, i una reducció de la virulència en diferents models animals. Aquests resultats demostren que el T3SS és necessari per a la patogenicitat. També vam clonar i seqüenciar una ADP-ribosiltransferasa (AexT) a la soca AH-3 d’A. hydrophila, i vam demostrar que aquesta toxina és translocada via el T3SS, sistema que al seu torn sembla ser induïble in vitro en condicions de depleció de calci. El mutant en el gen aexT de la soca AH-3 d’A. hydrophila va mostrar una lleugera reducció de la virulència, assajada amb diferents mètodes. Mitjançant l'ús de diferents sondes d’ADN, vam determinar la presència del T3SS en soques tant clíniques com ambientals de diferents espècies del gènere Aeromonas: A. hydrophila, A. veronii, i A. caviae, i la codistribució d'aquesta agrupació gènica i el gen aexT. Finalment, amb la finalitat d'estudiar la regulació transcripcional de l'agrupació gènica de T3SS i de l’efector AexT A. hydrophila AH-3, vam aïllar els promotors predits per l’operó aopN-aopD i el gen aexT, i els vam fusionar amb el gen reporter gfp (Green Fluorescence Protein). A més, vam demostrar que l'expressió d'ambdós promotors depèn de diferents components bacterians, com per exemple el sistema de dos components PhoP/PhoQ, el sistema de quorum sensing AhyI/AhyR, o el complex piruvat deshidrogenasa.

Desarrollo de biomarcadores del grado de exposición y activación para la evaluación de la neurotoxicidad de la MDMA en humanos

La 3,4-Metilendioximetanfetamina (MDMA, éxtasis) es un derivado anfetamínico sintético ampliamente usado como droga recreativa, que produce neurotoxicidad serotonérgica en animales y posiblemente también en humanos. El mecanismo subyacente de neurotoxicidad, incluye la formación de especies reactivas de oxigeno (ROS), pero la fuente de generación de estos es un punto de controversia. Se postula que la neurotoxicidad inducida por la MDMA es mediada por la formación de metabolitos bioreactivos. Específicamente, los metabolitos primarios de tipo catecol, la 3,4- dihidroximetanfetamina (HHMA) y la 3,4-dihidroxianfetamina (HHA), que luego dan lugar a la formación de conjugados con el glutatión y la N-acetilcisteína, y que conservan la capacidad de entrar en el ciclo redox y presentan neurotoxicidad serotonérgica en ratas. Aunque la presencia de dichos metabolitos se demostró recientemente en microdialisados de cerebros de ratas, su formación en humanos no se ha reportado aun. Este trabajo describe la detección de N-acetil-cisteína-HHMA (NAC-HHMA) y N-acetil-cisteína-HHA (NAC-HHA) en orina humana de 15 consumidores recreacionales de MDMA (1.5 mg/kg) en un entorno controlado. Los resultados revelan que en las primeras 4 horas después del consumo de MDMA aproximadamente el 0.002% de la dosis administrada es recuperada como aductos tioéter. Los polimorfismos genéticos en la expresión de las enzimas CYP2D6 y COMT, que en conjunto son las principales determinantes de los niveles estables de HHMA y HHA, posiblemente expliquen la variabilidad interindividual observada en la recuperación de la NAC-HHMA y la NAC-HHA en orina. Resumiendo, por primera vez se demuestra la formación de aductos tioéteres neurotóxicos de la MDMA en humanos. Estos resultados apoyan la hipótesis de que la bioactivación de la MDMA a metabolitos neurotóxicos es el mecanismo relevante para la generación de la neurotoxicidad en humanos.

Desenvolupament d’un nou model murí humanitzat de pemfigoide ampul•lar obtingut a partir de cèl•lules mare humanes fol·liculars

Resum: El pemfigoid ampul•lar és una malaltia cutània autoimmune. La majoria dels pacients presenten autoanticossos contra proteïnes de la membrana basal de la pell, concretament en contra de la col·làgena XVII, específicament envers el epítop immunodominant, l’NC16A. La patogenicitat dels anticossos ha estat demostrada mitjançant experiments in vitro i in vivo. L’escassa homologia existent entre l’NC16A i el seu homòleg murí (NC14A), ha dificultat l’el·laboració de models animals d’aquesta malaltia. En aquest treball demostrem que el sèrum de pacients amb pemfigoid ampul•lar produeix separació dermo-epidèrmica en pell de ratolí humanitzada obtinguda a partir de cèl•lules mare humanes del provinents fol·licle pil·lós

Evaluación del uso de exosomas como aloantígenos para la inducción de tolerancia en trasplante

La consecución de tolerancia aloespecífica es de mucha relevancia en trasplante. Las células dendríticas (DC) son las principales responsables de la inducción de la respuesta inmune frente a las moléculas de histocompatibilidad (MHC) del donante, provocando el rechazo del injerto. Sin embargo las DC son también responsables de la inducción de tolerancia. Diversos modelos animales de alotrasplante han mostrado la tolerización del injerto mediante DC diferenciadas in vitro en condiciones tolerogénicas (tDC). En humanos, las fuentes de aloantígenos potencialmente utilizables en terapia son, entre otras, los cuerpos apoptóticos y los exosomas. Éstos expresan antígenos MHC de forma abundante y su composición es relativamente uniforme, lo que supone una ventaja frente a otras fuentes. En este proyecto, se ha evaluado la obtención de exosomas secretados por una línea de linfocitos T y por células dendríticas derivadas de médula ósea. Se ha caracterizado la captura de exosomas derivados de linfocitos T por células dendríticas humanas derivadas de sangre periférica y su presentación a linfocitos T autólogos. Por otra parte, se ha comenzado a desarrollar los experimentos para estudiar la inducción de tolerancia en un modelo de trasplante renal en rata. Se han generado células dendríticas tolerógenicas derivadas de médula ósea (tolDC), en presencia de dexametasona. Las tolDC expresan menos moléculas de histocompatibilidad y de coestimulación e inducen una menor proliferación en reacciones mixtas leucocitaras, comparadas con las células dendríticas maduras. Por último, se han caracterizado los exosomas de plasma humano con el fin de estudiar su posible uso como aloantígenos. El análisis proteómico revela la presencia de proteínas relacionadas con el sistema inmune, la coagulación, la señalización celular y moléculas implicadas en el transporte y metabolismo de nutrientes. El estudio de la captura por diferentes líneas celulares sugiere que deben existir mecanismos específicos para su internalización.

Association of NTRK3 and its interaction with NGF suggest an altered cross-regulation of the neurotrophin signaling pathway in eating disorders

Eating disorders (EDs) are complex psychiatric diseases that include anorexia nervosa and bulimia nervosa, and have higher than 50% heritability. Previous studies have found association of BDNF and NTRK2 to ED, while animal models suggest that other neurotrophin genes might also be involved in eating behavior. We have performed a family-based association study with 151 TagSNPs covering 10 neurotrophin signaling genes: NGFB, BDNF, NTRK1, NGFR/p75, NTF4/5, NTRK2, NTF3, NTRK3, CNTF and CNTFR in 371 ED trios of Spanish, French and German origin. Besides several nominal associations, we found a strong significant association after correcting for multiple testing (P = 1.04 × 10−4) between ED and rs7180942, located in the NTRK3 gene, which followed an overdominant model of inheritance. Interestingly, HapMap unrelated individuals carrying the rs7180942 risk genotypes for ED showed higher levels of expression of NTRK3 in lymphoblastoid cell lines. Furthermore, higher expression of the orthologous murine Ntrk3 gene was also detected in the hypothalamus of the anx/anx mouse model of anorexia. Finally, variants in NGFB gene appear to modify the risk conferred by the NTRK3 rs7180942 risk genotypes (P = 4.0 × 10−5) showing a synergistic epistatic interaction. The reported data, in addition to the previous reported findings for BDNF and NTRK2, point neurotrophin signaling genes as key regulators of eating behavior and their altered cross-regulation as susceptibility factors for EDs.

Wall motion estimation in intracranial aneurysms

The quantification of wall motion in cerebral aneurysms is becoming important owing to its potential connection to rupture, and as a way to incorporate the effects of vascular compliance in computational fluid dynamics (CFD) simulations.Most of papers report values obtained with experimental phantoms, simulated images, or animal models, but the information for real patients is limited. In this paper, we have combined non-rigid registration (IR) with signal processing techniques to measure pulsation in real patients from high frame rate digital subtraction angiography (DSA). We have obtained physiological meaningful waveforms with amplitudes in therange 0mm-0.3mm for a population of 18 patients including ruptured and unruptured aneurysms. Statistically significant differences in pulsation were found according to the rupture status, in agreement with differences in biomechanical properties reported in the literature.

Calcium homeostasis in the central nervous system: adaptation to neurodegeneration.

Here we review the results of our recent studies on neurodegeneration together with data on cerebral calcium precipitation in animal models and humans. A model that integrates the diversity of mechanisms involved in neurodegeneration is presented and discussed based on the functional relevance of calcium precipitation.

Neuronal nicotinic receptors as new targets foramphetamine-induced oxidative damage and neurotoxicity

Amphetamine derivatives such as methamphetamine (METH) and 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA, ecstasy) are drugs widely abused in a recreational context. This has led to concern because of the evidence that they are neurotoxic in animal models and cognitive impairments have been described in heavy abusers. The main targets of these drugs are plasmalemmal and vesicular monoamine transporters, leading to reverse transport and increased monoamine efflux to the synapse. As far as neurotoxicity is concerned, increased reactive oxygen species (ROS) production seems to be one of the main causes. Recent research has demonstrated that blockade of 7 nicotinic acetylcholine receptors (nAChR) inhibits METH- and MDMA-induced ROS production in striatal synaptosomes which is dependent on calcium and on NO-synthase activation. Moreover, 7 nAChR antagonists (methyllycaconitine and memantine) attenuated in vivo the neurotoxicity induced by METH and MDMA, and memantine prevented the cognitive impairment induced by these drugs. Radioligand binding experiments demonstrated that both drugs have affinity to 7 and heteromeric nAChR, with MDMA showing lower Ki values, while fluorescence calcium experiments indicated that MDMA behaves as a partial agonist on 7 and as an antagonist on heteromeric nAChR. Sustained Ca increase led to calpain and caspase-3 activation. In addition, modulatory effects of MDMA on 7 and heteromeric nAChR populations have been found.

Mephedrone pharmacokinetics after intravenous and oral administration in rats: relation to pharmacodynamics

Rationale Mephedrone (4-methylmethcathinone) is a still poorly known drug of abuse, alternative to ecstasy or cocaine. Objective The major aims were to investigate the pharmacokineticsa and locomotor activity of mephedrone in rats and provide a pharmacokinetic/pharmacodynamic model. Methods Mephedrone was administered to male SpragueDawley rats intravenously (10 mg/kg) and orally (30 and 60 mg/kg). Plasma concentrations and metabolites were characterized using LC/MS and LC-MS/MS fragmentation patterns. Locomotor activity was monitored for 180240 min. Results Mephedrone plasma concentrations after i.v. administration fit a two-compartment model (α=10.23 h−1, β=1.86 h−1). After oral administration, peak mephedrone concentrations were achieved between 0.5 and 1 h and declined to undetectable levels at 9 h. The absolute bioavailability of mephedrone was about 10 % and the percentage of mephedrone protein binding was 21.59±3.67%. We have identified five phase I metabolites in rat blood after oral administration. The relationship between brain levels and free plasma concentration was 1.85±0.08. Mephedrone induced a dose-dependent increase in locomotor activity, which lasted up to 2 h. The pharmacokineticpharmacodynamic model successfully describes the relationship between mephedrone plasma concentrations and its psychostimulant effect. Conclusions We suggest a very important first-pass effect for mephedrone after oral administration and an easy access to the central nervous system. The model described might be useful in the estimation and prediction of the onset, magnitude,and time course of mephedrone pharmacodynamics as well as to design new animal models of mephedrone addiction and toxicity.

Effect of selective recording on estimates of heritability

En este trabajo se analiza el efecto de la selección de datos sobre las estimaciones de heredabilidad. Se estimó el valor de heredabilidad del tamaño de camada en una población porcina en la que los datos correspondientes a las cerdas más viejas eran una muestra seleccionada. Las estimaciones se obtuvieron usando distintos conjuntos de datos derivados de toda la información disponible. Esos conjunto de datos se compararon evaluando su capacidad predictiva. Se vio que las estimaciones de heredabilidad obtenidas utilizando todos los datos disponibles correspondían a valores infraestimados. También se simuló un carácter materno y se generó un conjunto de datos seleccionados eliminando aquellos correspondientes a las hembras sin padres conocidos. Distintos modelos, habitualmente empleados cuando no existe selección de registros, se consideraron para estimar el valor de heredabilidad. Los resultados mostraron que ninguno de esos modelos ofrecía estimaciones insesgadas. Sólo los modelos que tenían en cuenta el efecto de la selección sobre la media residual y la media y varianza genéticas ofrecían estimaciones poco sesgadas. Sin embargo, para poder aplicarlos se debe conocer la selección realizada. El problema de la selección de datos es difícil de abordar cuando se desconoce cual es el proceso de selección que se ha realizado en una población.