Un método versátil y conductual para investigar los efectos de la hormona tiroidea en la función cerebelosa

La hormona tiroidea (TH) es indispensable para el desarrollo del cerebro¹. En particular, su papel en el cerebelo es crítico, ya que la deficiencia de TH en los primeros años de vida provoca un desarrollo cerebeloso aberrante ^1,2. Por ejemplo, en el hipotiroidismo congénito, los pacientes presentan una serie de retrasos neurológicos que incluyen déficits cognitivos y motores³. Para develar el papel de la TH en el desarrollo funcional cerebeloso, algunos estudios han limitado la deficiencia de TH de una manera específica de las células^{cerebelosas 4}. Sin embargo, en comparación con los ratones con hipotiroidismo congénito generalizado, en los que todos los tejidos y células se ven afectados por la deficiencia de TH, estos modelos específicos de cerebelos muestran una ataxia tan sutil que las pruebas de comportamiento convencionales, como las pruebas de rotarod, huella y barra de equilibrio, apenas detectan las diferencias. Por lo tanto, para investigar a fondo los efectos de la TH en la función cerebelosa, se necesita una nueva herramienta de evaluación para detectar un cambio sutil en la coordinación motora de ratones modelo.

La prueba del rotarod es la herramienta más común para evaluar la coordinación motora, desarrollada originalmente por Dunham y Miya⁵ y posteriormente aplicada a una versión acelerada por Jones y Roberts⁶. La latencia para caer de la varilla giratoria se interpreta como la prueba de coordinación motora, y su simplicidad y concisión hacen que sea comúnmente utilizada entre los investigadores del comportamiento que estudian la función motora⁷. Sin embargo, la facilidad de uso de esta prueba es un arma de doble filo. Debido a que la varilla gira automáticamente, los ratones pueden aferrarse y permanecer en la varilla giratoria sin moverse. Además, los ratones pueden tener la intención de caerse en lugar de mantener el equilibrio en la varilla giratoria. En cualquiera de las dos situaciones, la validez y fiabilidad de la prueba son cuestionables para evaluar la “coordinación motora pura”⁷. En otras palabras, no se dirige con precisión a la función cerebelosa e involucra otros factores como la fuerza muscular para el agarre.

En lugar de las herramientas convencionales para la evaluación de la coordinación motora, aquí presentamos una novedosa prueba de comportamiento llamada “prueba de la viga de la escalera”, que se desarrolló recientemente en nuestro laboratorio. La prueba de marcha de escalera horizontal fue diseñada para evaluar las habilidades motoras complejas relacionadas con el cerebelo: predicción de avance e integración del movimiento⁸. El dispositivo de prueba estaba compuesto por cuatro piezas de plexiglás con agujeros (Figura 1). Las cuatro placas estaban conectadas en paralelo por tornillos y palos insertados en los orificios de las placas. Se utilizaron dos placas exteriores para estabilizar el dispositivo y dos placas interiores para diseñar los distintos tipos de peldaños de la escalera (Figura 2C). El ancho del peldaño se ajustó dependiendo del tamaño del animal para minimizar el movimiento de los animales hacia atrás (Figura 2B). La distancia desde el punto de partida hasta la meta era de 110 cm. El dispositivo se ubicó a 60 cm por encima del banco y se colocó un cojín de seguridad debajo del dispositivo (Figura 2A). La cámara oscura se colocó cerca de la meta para motivar a los animales a avanzar hacia la meta (Figura 2A).

Examinamos los efectos de la TH en el desarrollo funcional cerebeloso mediante el uso de ratones transgénicos que expresan el receptor de TH (TR) dominante negativo en células cerebelosas de Purkinje (ratones Mf-1/FVB). Tanto en las pruebas de rotarod como en las de haz de escalera, observamos fenotipo atáxico cerebeloso en ratones Mf-1/FVB; sin embargo, la prueba de la viga de escalera logró detectar diferencias más significativas que la prueba de la barra de rotación (Figura 3). Además, la capacidad de aprendizaje motor se puede evaluar más a fondo en la prueba de la viga de escalera (Figura 3B, C). Como fondo celular de este fenotipo conductual, se inhibió la inducción de depresión a largo plazo (LTD) y, en su lugar, se indujo la potenciación a largo plazo (LTP) tras una estimulación inductiva de LTD en células de Purkinje Mf-1/FVB⁹. La LTD es esencial para la coordinación motora y el aprendizaje motor en el cerebelo¹⁰. Muchos estudios han reportado déficits motores e inhibición de LTD en ratones knockout o mutados para genes reguladores clave en la función cerebelosa, sin embargo, ningún estudio ha reportado la inducción de LTP después de una estimulación inductiva de LTD^11,12. En conjunto, este fenómeno puede ser exclusivo de los ratones Mf-1/FVB o de los ratones con deficiencia de TH (el mismo fenómeno se observó en ratones hipotiroideos de inicio en la edad adulta), lo que sugiere que la TH regula la función cerebelosa de manera diferente a las otras proteínas clave. Si es así, es plausible que los ratones con una acción anormal de TH no muestren ataxia cerebelosa de la misma manera que otros ratones modelo. Esto enfatiza una vez más la necesidad de un método específico para evaluar los efectos de la TH sobre la función cerebelosa. Este artículo presenta un protocolo novedoso para investigar los efectos de la TH en la función cerebelosa utilizando la prueba de haz de escalera recientemente construida.