You are here

    • You are here:
    • Home > Potential Down’s syndrome treatment may improve cognition through epigenetic activity in brain

Potential Down’s syndrome treatment may improve cognition through epigenetic activity in brain

NewsNEWS

29
Sep
Tue, 29/09/2020 - 11:02

Potential Down’s syndrome treatment may improve cognition through epigenetic activity in brain

Mara Dierssen

EN ESPAÑOL | EN CATALÀ

Down’s syndrome is one of the most common causes of learning disabilities. Caused by the presence of all or part of a third copy of chromosome 21, it is a genetic disorder with no known cure or treatment.

The molecular mechanisms underlying the intellectual disabilities caused by the condition are still unknown. Dyrk1A, a gene located on chromosome 21, has been associated with learning and memory impairments.

Previous studies have shown that Epigallocatechin gallate (EGCG), a polyphenol found in green tea extracts, safely regulates Dyrk1A and can benefit cognition and increase brain functional connectivity in people living with Down’s syndrome.

In a new study published today in Scientific Reports, a journal in the Nature research group, researchers led by Mara Dierssen, principal investigator at the CRG and lead author, describe some of the mechanisms underlying the potential beneficial effects of this treatment.

Using mouse models that replicate Down’s syndrome, the researchers identified five main protein networks that are affected by a triplication of the 21st chromosome, leading to disturbances in protein networks important for neuronal development, chromatin packaging, cell cytoskeleton, enzymatic activity and synaptic activity.

A combined treatment of EGCG and environmental enrichment, which is an experimental method of cognitive stimulation, restored more than 70% of these networks to healthy abundances. The treatment restored protein networks beyond those impaired by the trisomy, which “could be a positive compensatory mechanism that potentiates plasticity related cascades involved in learning and memory”, according to Mara Dierssen.

The researchers also found marked differences in the hippocampus of mouse models with Down’s syndrome, particularly in the activity of histones, proteins that provide structural support to chromosomes and pack them in 3-D space.

“Our findings suggest that the triplication of chromosome 21 could lead to a more repressed chromatin, which in turn might contribute to a reduced expression of memory promoting genes,” says Mara Dierssen. “This would mean that epigenetic regulation is particularly affected in people with Down’s syndrome, whose genome cannot properly express cognitive-related proteins. This is an exciting avenue for new research which we are currently finalising."

“In light of these results, promising combinatorial therapies will boost or prolong current cognitive-enhancement for the treatment of intellectual disabilities,” she concludes.

ABOUT THE CRG

The Centre for Genomic Regulation (CRG) is an international biomedical research institute of excellence, based in Barcelona. The mission of the CRG is to discover and advance knowledge for the benefit of society, public health and economic prosperity. Its interdisciplinary scientific team (over 400 scientists) is focused on understanding the complexity of life from the genome to the cell to a whole organism and its interaction with the environment. The CRG is part of The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) and it is a CERCA centre from the Government of Catalonia.


EN ESPAÑOL

Un posible tratamiento para el síndrome de Down puede mejorar la cognición a través de la actividad epigenética en el cerebro

El síndrome de Down es una de las causas más comunes de discapacidades intelectuales. Causado por la presencia de toda o una parte de una tercera copia del cromosoma 21, es un trastorno genético sin cura o tratamiento actual.

Los mecanismos moleculares que subyacen a las discapacidades intelectuales causadas por el síndrome de Down aún se desconocen. Dyrk1A, un gen localizado en el cromosoma 21, se ha vinculado con problemas de aprendizaje y memoria.

Estudios previos han demostrado que el galato de epigalocatequina (EGCG por sus siglas en inglés), un polifenol que se encuentra en los extractos de té verde, regula de forma segura Dyrk1A, y puede beneficiar la cognición y aumentar la conectividad funcional del cerebro en personas que viven con síndrome de Down.

En un nuevo estudio publicado hoy en Scientific Reports, una revista del grupo Nature, un equipo científico dirigido por Mara Dierssen, investigadora en el CRG y autora principal de estudio, describe algunos de los mecanismos que pueden explicar los posibles efectos beneficiosos de este tratamiento.

Usando modelos de ratón que replican el síndrome de Down, el equipo investigador identificó cinco redes de proteínas principales que se ven afectadas por una triplicación del cromosoma 21, lo que provoca alteraciones en las redes de proteínas importantes para el desarrollo neuronal, el empaquetamiento de la cromatina, el citoesqueleto celular, la actividad enzimática y la actividad sináptica.

Un tratamiento combinado de EGCG y enriquecimiento ambiental, que es un método experimental de estimulación cognitiva, restauró más del 70% de estas redes proteicas. El tratamiento restauró las redes de proteínas más allá de las afectadas por la trisomía, que según Mara Dierssen "podría ser un mecanismo compensatorio positivo que potencia las cascadas relacionadas con la plasticidad involucradas en el aprendizaje y la memoria”.

El equipo científico también encontró diferencias marcadas en el hipocampo de los modelos de ratón con síndrome de Down, particularmente en la actividad de las histonas, proteínas que brindan soporte estructural a los cromosomas y los empaquetan en un espacio tridimensional.

“Nuestros hallazgos sugieren que la triplicación del cromosoma 21 podría conducir a una cromatina más reprimida, lo que a su vez podría contribuir a una expresión reducida de genes promotores de la memoria”, dice Mara Dierssen. “Esto significaría que la regulación epigenética se ve particularmente afectada en personas con síndrome de Down, cuyo genoma no puede expresar adecuadamente las proteínas relacionadas con la cognición. Esta es una vía interesante para nuevas investigaciones que estamos finalizando actualmente."

“Gracias a estos resultados, las terapias combinatorias prometedoras impulsarán o prolongarán la mejora cognitiva actual para el tratamiento de la discapacidad intelectual”, concluye.

SOBRE EL CRG

El Centro de Regulación Genómica (CRG) es un centro internacional de investigación biomédica de excelencia, ubicado en Barcelona. Su misión es descubrir y promover el conocimiento en beneficio de la sociedad, la salud pública y la prosperidad económica. Su equipo científico interdisciplinar (de más de 400 miembros) está centrado en comprender la complejidad de la vida, desde el genoma hasta la célula y un organismo completo, y su interacción con el entorno. El CRG forma parte de The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) y es un centro CERCA de la Generalitat de Catalunya.


EN CATALÀ

Un possible tractament per a la síndrome de Down pot millorar la cognició a través de l’activitat epigenètica al cervell

La síndrome de Down és una de les causes més comunes de discapacitats intel·lectuals. Causada per la presència de tota o una part d’una tercera còpia del cromosoma 21, és un trastorn genètic sense cura o tractament actual.

Els mecanismes moleculars subjacents a les discapacitats intel·lectuals causades per la síndrome de Down encara es desconeixen. Dyrk1A, un gen localitzat al cromosoma 21, s’ha vinculat amb problemes d’aprenentatge i memòria.

Estudis previs han demostrat que el gal·lat d’epigalocatequina (EGCG per les seves  sigles en anglès), un polifenol que es troba als extractes del té verd, regula de manera segura Dyrk1A, i pot beneficiar la cognició i augmentar la connectivitat funcional del cervell en persones que viuen amb síndrome de Down.

En un nou estudi publicat avui a Scientific Reports, una revista del grup Nature, un equip científic dirigit per Mara Dierssen, investigadora al CRG i autora principal de l’estudi, descriu alguns dels mecanismes que poden explicar els possibles efectes beneficiosos d’aquest tractament.

Emprant models de ratolí que repliquen la síndrome de Down, l’equip investigador identificà cinc xarxes de proteïnes principals que es veuen afectades per una triplicació del cromosoma 21, el que provoca alteracions en les xarxes de proteïnes importants per al desenvolupament neuronal, l’empaquetament de la cromatina, el citoesquelet cel·lular, l’activitat enzimàtica i l’activitat sinàptica. 

Un tractament combinat d’EGCG i enriquiment ambiental, que és un mètode experimental d’estimulació cognitiva, restaurà més del 70% d’aquestes xarxes proteiques. El tractament restaurà les xarxes de proteïnes més enllà de les afectades per la trisomia, que segons Mara Dierssen “podria ser un mecanisme compensatori positiu que potencia les cascades relacionades amb la plasticitat involucrades en l’aprenentatge i la memòria”.

L’equip científic també trobà diferències marcades a l’hipocamp dels models de ratolí amb síndrome de Down, particularment en l’activitat de les histones, proteïnes que ofereixen suport estructural als cromosomes i els empaqueten en un espai tridimensional.  

“Les nostres troballes suggereixen que la triplicació del cromosoma 21 podria conduir a una cromatina més reprimida, el que alhora podria contribuir a una expressió reduïda de gens promotors de la memòria”, diu Mara Dierssen. “Això significaria que la regulació epigenètica es veu particularment afectada en persones amb síndrome de Down, els genoma de les quals no pot expressar adequadament les proteïnes relacionades amb la cognició. Aquesta és una via interessant per a noves investigacions que estem finalitzant actualment”.

“Gràcies a aquests resultats, les teràpies combinatòries prometedores impulsaran o perllongaran la millora cognitiva actual per al tractament de la discapacitat intel·lectual”, conclou

SOBRE EL CRG

El Centre de Regulació Genòmica (CRG) és un institut internacional de recerca biomèdica d’excel·lència, ubicat a Barcelona. La seva missió és descobrir i promoure el coneixement en benefici de la societat, la salut pública i la prosperitat econòmica. El seu equip científic interdisciplinari (de més de 400 membres) se centra en comprendre la complexitat de la vida, des del genoma fins a la cèl·lula i un organisme complet, i la seva interacció amb l’entorn. El CRG forma part de The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) i és un centre CERCA de la Generalitat de Catalunya.