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Ruiz Pérez, Gonzalo

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Ruiz Pérez

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    Potentiation of amyloid beta phagocytosis and amelioration of synaptic dysfunction upon FAAH deletion in a mouse model of Alzheimer’s disease.
    (Journal of Neuroinflammation, 2021) Ruiz Pérez, Gonzalo; Ruiz de Martín Esteban, Samuel; Marqués, Sharai; Aparicio, Noelia; Grande Rodríguez, Mª Teresa; Benito Cuesta, Irene; Martínez Relimpio, Ana María; Arnanz, M. Andrea; Tolón, Rosa María; Posada Ayala, María; Cravatt, Benjamin F.; Esteban, José A.; Romero, Julián; Palenzuela Muñoz, Rocío
    Background: The complex pathophysiology of Alzheimer’s disease (AD) hampers the development of effective treatments. Attempts to prevent neurodegeneration in AD have failed so far, highlighting the need for further clarification of the underlying cellular and molecular mechanisms. Neuroinflammation seems to play a crucial role in disease progression, although its specific contribution to AD pathogenesis remains elusive. We have previously shown that the modulation of the endocannabinoid system (ECS) renders beneficial effects in a context of amyloidosis, which triggers neuroinflammation. In the 5xFAD model, the genetic inactivation of the enzyme that degrades anandamide (AEA), the fatty acid amide hydrolase (FAAH), was associated with a significant amelioration of the memory deficit. Methods: In this work, we use electrophysiology, flow cytometry and molecular analysis to evaluate the cellular and molecular mechanisms underlying the improvement associated to the increased endocannabinoid tone in the 5xFAD mouse− model. Results: We demonstrate that the chronic enhancement of the endocannabinoid tone rescues hippocampal synaptic plasticity in the 5xFAD mouse model. At the CA3–CA1 synapse, both basal synaptic transmission and longterm potentiation (LTP) of synaptic transmission are normalized upon FAAH genetic inactivation, in a CB1 receptor (CB1R)- and TRPV1 receptor-independent manner. Dendritic spine density in CA1 pyramidal neurons, which is notably decreased in 6-month-old 5xFAD animals, is also restored. Importantly, we reveal that the expression of microglial factors linked to phagocytic activity, such as TREM2 and CTSD, and other factors related to amyloid beta clearance and involved in neuron–glia crosstalk, such as complement component C3 and complement receptor C3AR, are specifically upregulated in 5xFAD/FAAH−/− animals. Conclusion: In summary, our findings support the therapeutic potential of modulating, rather than suppressing, neuroinflammation in Alzheimer’s disease. In our model, the long-term enhancement of the endocannabinoid tone triggered augmented microglial activation and amyloid beta phagocytosis, and a consequent reversal in the neuronal phenotype associated to the disease
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    Role of interleukin 1-beta in the inflammatory response in a fatty acid amide hydrolase-knockout mouse model of Alzheimer’s disease.
    (Biochemical Pharmacology, 2018) Aparicio, Noelia; Grande Rodríguez, Mª Teresa; Ruiz de Martín Esteban, Samuel; López, Alicia; Ruiz Pérez, Gonzalo; Amores, Mario; Vázquez, Carmen; Martínez Relimpio, Ana María; Ruth Pazos, M.; Cravatt, Benjamin F.; Tolón, Rosa María; Romero, Julián
    The search for novel therapies for the treatment of Alzheimer’s disease is an urgent need, due to the current paucity of available pharmacological tools and the recent failures obtained in clinical trials. Among other strategies, the modulation of amyloid-triggered neuroinflammation by the endocannabinoid system seems of relevance. Previous data indicate that the enhancement of the endocannabinoid tone through the inhibition of the enzymes responsible for the degradation of their main endogenous ligands may render beneficial effects. Based on previously reported data, in which we described a paradoxical effect of the genetic deletion of the fatty acid amide hydrolase, we here aimed to expand our knowledge on the role of the endocannabinoid system in the context of Alzheimer’s disease. To that end, we inhibited the production of interleukin-1, one of the main inflammatory cytokines involved in the neuroinflammation triggered by amyloid peptides, in a transgenic mouse model of this disease by using minocycline, a drug known to impair the synthesis of this cytokine. Our data suggest that interleukin-1 may be instrumental in order to achieve the beneficial effects derived of fatty acid amide hydrolase genetic inactivation. This could be appreciated at the molecular (cytokine expression, amyloid production, plaque deposition) as well as behavioral levels (memory impairment). We here describe a previously unknown link between the endocannabinoid system and interleukin-1 in the context of Alzheimer’s disease that open new possibilities for the development of novel therapeutics.
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    Cannabinoid CB2 receptors in the mouse brain: relevance for Alzheimer’s disease.
    (Journal of Neuroinflammation, 2018) López, Alicia; Aparicio, Noelia; Pazos, M. Ruth; Grande Rodríguez, Mª Teresa; Barreda Manso, Mª Asunción; Benito Cuesta, Irene; Vázquez, Carmen; Amores, Mario; Ruiz Pérez, Gonzalo; García García, Elena; Beatka, Margaret; Tolón, Rosa María; Dittel, Bonnie N.; Hillard, Cecilia J.; Romero, Julián
    Background: Because of their low levels of expression and the inadequacy of current research tools, CB2 cannabinoid receptors (CB2R) have been difficult to study, particularly in the brain. This receptor is especially relevant in the context of neuroinflammation, so novel tools are needed to unveil its pathophysiological role(s). Methods: We have generated a transgenic mouse model in which the expression of enhanced green fluorescent protein (EGFP) is under the control of the cnr2 gene promoter through the insertion of an Internal Ribosomal Entry Site followed by the EGFP coding region immediately 3′ of the cnr2 gene and crossed these mice with mice expressing five familial Alzheimer’s disease (AD) mutations (5xFAD). Results: Expression of EGFP in control mice was below the level of detection in all regions of the central nervous system (CNS) that we examined. CB2R-dependent-EGFP expression was detected in the CNS of 3-month-old AD mice in areas of intense inflammation and amyloid deposition; expression was coincident with the appearance of plaques in the cortex, hippocampus, brain stem, and thalamus. The expression of EGFP increased as a function of plaque formation and subsequent microgliosis and was restricted to microglial cells located in close proximity to neuritic plaques. AD mice with CB2R deletion exhibited decreased neuritic plaques with no changes in IL1β expression. Conclusions: Using a novel reporter mouse line, we found no evidence for CB2R expression in the healthy CNS but clear up-regulation in the context of amyloid-triggered neuroinflammation. Data from CB2R null mice indicate that they play a complex role in the response to plaque formation.
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    El sistema endocannabinoide en la enfermedad de Alzheimer: implicación de la enzima amidohidrolasa de ácidos grasos.
    (2021) Ruiz Pérez, Gonzalo; Romero, Julián; Palenzuela Muñoz, Rocío; Doctorado en Biotecnología, Medicina y Ciencias Biosanitarias
    La planta Cannabis sativa ha sido utilizada desde la antigüedad por la humanidad con fines terapéuticos y recreativos. El interés por esclarecer los efectos derivados de su uso llevó al descubrimiento de los principales componentes naturales presentes en la planta, el Δ9 – tetrahidrocannabinol (Δ9-THC) y el cannabidiol (CBD). Esto permitió la caracterización posterior de un conjunto de receptores específicos, ligandos endógenos (endocannabinoides, eCBs) y enzimas implicadas en su metabolismo que constituyen el sistema endocannabinoide (SEC). La identificación de los dos primeros endocannabinoides, 2-araquidonoilglicerol (2-AG) y N-araquidonoil etanolamina o anandamida (AEA), así como los principales receptores cannabinoides CB1 y CB2 permitió establecer la implicación de este sistema de señalización en múltiples procesos fisiológicos y patológicos. Debido a sus propiedades antiinflamatorias e inmunomoduladoras, se ha descrito que un mantenimiento adecuado del tono cannabinoide puede resultar beneficioso en diversas patologías como la enfermedad de Alzheimer. El Alzheimer es la principal causa de demencia suponiendo un 60-70% de los casos. El procesamiento aberrante del péptido APP, así como la hiperfosforilación de la proteína tau desencadenan la aparición de placas neuríticas y ovillos neurofibrilares, respectivamente, siendo los dos rasgos histopatológicos característicos de dicha patología. La aparición de un estímulo neurotóxico genera una activación glial y neuroinflamación que repercute negativamente sobre la transmisión sináptica provocando, en última instancia, la pérdida de sinapsis y muerte neuronal. En este contexto, el SEC, mediante la modulación de la función sináptica, de la activación glial o de la respuesta inflamatoria, ha mostrado efectos beneficiosos en la patología. Diversos estudios han descrito una desregulación de los componentes del SEC en la patología de Alzheimer como, por ejemplo, la sobreexpresión de la enzima FAAH en astrocitos asociados a placas neuríticas. Nuestro grupo documentó que la deleción genética de dicha enzima y, por consiguiente, la elevación de los niveles de AEA, resultaba beneficiosa en un modelo transgénico de Alzheimer (5xFAD). Se apreció que la inactivación genética de FAAH (y no el bloqueo farmacológico con URB597) ocasionaba una reducción de las placas neuríticas y de los fragmentos tóxicos Aβ40 y Aβ42 en el parénquima cerebral mejorando la memoria espacial de estos animales a pesar de incrementarse la respuesta inflamatoria. Además, se describió una mayor activación astrocitaria con aumento de actividad de los hemicanales de conexinas, así como una mayor activación microglial, predominando el fenotipo proinflamatorio M1 y mostrando una mayor capacidad fagocítica. Debido a ello se decidió realizar una caracterización del estado neuronal en este modelo (5xFAD/FAAH-/-) para dilucidar un posible mecanismo para la mejora cognitiva, así como evaluar el impacto que presenta la glía en este contexto, hipotetizando que la elevación crónica de los niveles de AEA posee un papel neuroprotector en la enfermedad de Alzheimer. Los resultados obtenidos revelaron que la deleción de FAAH en el modelo 5xFAD recuperaba la transmisión sináptica basal y la plasticidad sináptica preservando la densidad de espinas de las neuronas piramidales de CA1, sin mostrar ninguna alteración en animales WT. A su vez, el bloqueo de los receptores CB1, TRPV1 o de la señalización mediante IL-1β no revertían esta mejoría. Además, los animales 5xFAD/FAAH-/- mostraron unos niveles de proteína similares de diferentes marcadores (GluA1, BDNF y P-p38 MAPK) sugiriendo así que la mejoría de la transmisión sináptica podría ser debida a la eliminación de placas neuríticas a través de las células gliales. Asimismo, tras la caracterización microglíal se observó que todos los marcadores de fagocitosis de Aβ estudiados (Cd200r1, Cx3cr1, Cd33 y Trem2) se sobreexpresaban en animales 5xFAD, pero solo Trem2 incrementaba su expresión tras la deleción de FAAH. De esta manera, sugerimos que la microglía estaba adquiriendo un fenotipo DAM (disease-associated microglia) mediante la expresión de diferentes genes dependientes de TREM2 que favorecen la fagocitosis y limitan la progresión de la patología. Además, el borrado selectivo de la microglía parece ser beneficioso en animales 5xFAD y 5xFAD/FAAH-/- incrementando la densidad de espinas sugiriendo un papel relevante de la microglía en el refinamiento de espinas. Paralelamente, evaluando la implicación de los astrocitos en este contexto observamos que se produjo un incremento de la expresión del componente C3 del sistema del complemento tras la inactivación de FAAH en el contexto patológico. Así, parece que los astrocitos también pueden estar ejerciendo efectos sobre la fagocitosis microglial y la morfología neuronal mediante la secreción de C3. Poniendo todo en contexto, los resultados presentados parecen sugerir una comunicación entre microglía, astrocitos y neuronas mediada por eCBs, en concreto por AEA, cuya elevación favorece la expresión de Trem2 y C3 que provocaría un incremento en la fagocitosis de Aβ, lo cual eliminaría parcialmente el estímulo neurotóxico, preservando así la morfología de espinas y recuperando la plasticidad sináptica en los animales 5xFAD/FAAH-/-. De esta forma se pone nuevamente de manifiesto la regulación del SEC como posible diana terapéutica en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.