Synaptic frailty and mitochondrial dysfunction in familial amyotrophic lateral sclerosis

Abstract

L’Esclerosi Lateral Amiotròfica (ELA) és una malaltia neurodegenerativa de la motoneurona. Totes les neurones del sistema motor es veuen afectades pel flux degeneratiu en aquesta malaltia des de l’escorça motora primària fins a la junta neuromuscular. Al 1993, la descoberta de mutacions en el gen SOD1 va obrir nous horitzons experimentals amb la creació dels primers rosegadors transgènics per aquesta malaltia. Des d’aquell moment i fins a l’actualitat la mutació més estudiada en l’ELA ha estat la SOD1-G93A a tot el món. Els models transgènics per aquesta mutació de la SOD1 han revelat mecanismes essencials de la neurodegeneració en aquesta malaltia incloent l’excitotoxicitat, la disfunció proteica i la degeneració axosinàptica entre altres. En aquest treball hem explorat els canvis moleculars que tenen lloc als terminals-C, uns terminals molt especialitzats en les α-moto neurones, dels rosegadors transgènics SOD1-G93A. A més, també hem focalitzat la nostra atenció a la relació patològica que s’estableix en l’ELA familiar (ELAF) entre la mutació SOD1-G93A i les mitocòndries de les motoneurones. En relació als terminals C en moto neurones durant la ELAF, hem trobat canvis associats a l’aparició dels símptomes com ara expressió incrementada del factor neurotròfic Neuregulina-1 localitzat també per primer cop a la cisterna subsinàptica dels terminals C aposats a les α-moto neurones. La Neuregulina-1 en aquestes estructures de reticle endoplasmàtic va ser observada a dins de vesícules extracel·lulars (VEs), suggerint que l’anàlisi de la Neuregulina-1 en VEs durant ELA és especialment prometedor com a biomarcador potencial en aquesta malaltia. Així nosaltres hem desenvolupat també un nou mètode per tal d’aïllar VEs, donat que aquest és un pas essencial previ a l’estudi de les proteïnes associades amb aquestes estructures. El nostre mètode aplicat a la purificació de VEs en teixits complexos fou capaç de facilitar la identificació de la Neuregulina-1 en VEs provinents de teixits clínics i fluids biològics. En relació a les implicacions de la mitocòndria en la ELA, hem trobat que la mutació SOD1-G93A estabilitza la proteïna PINK1 a la mitocòndria seguidament activant el factor nuclear NFκB en neurones. La interacció seqüencial entre la SOD1 mutant i NFκB crea una clara disfunció en la capacitat proteolítica del proteosoma, el qual promou coagregació de la SOD1 mutant i el PINK1 en aquestes cèl·lules. Aquests resultats afegeixen un substancial coneixement mecanístic sobre els rols de la mitocòndria en els events neurodegeneratius clàssics de l’ELA, com ara en l’agregació de proteïnes disfuncionals en moto neurones. Seguint el nostre estudi de l’afectació mitocondrial en la ELA, hem creat i caracteritzat un nou model de Drosophila que expressa la mutació humana SOD1-G93A exclusivament en fibres musculars toràciques sota el promotor 24B. Aquest model de Drosophila transgènica recapitula amb èxit el fenotip mitocondrial prèviament observat de l’ELA presentant importants avantatges sobretot en l’elecció de nous compostos terapèutics. En definitiva, els resultats generats en aquesta tesi proporcionen evidència experimental, extensa comprensió molecular i insinuen nous horitzons terapèutics sobre els mecanismes moleculars i els events neurodegeneratius associats a la disfunció sinàptica i mitocondrial en l’ELAF.