Characterization of lysosomal dysfunction in Parkinson’s disease associated with GBA1 mutations and development of new therapeutic strategies using pharmacological chaperones

Resum

La malaltia de Parkinson (MP) és la segona malaltia neurodegenerativa més comuna, amb una rellevància creixent en una societat envellida. Els trets histopatològics característics de la MP inclouen la neurodegeneració de les neurones dopaminèrgiques en la via nigroestriatal i la presència d’inclusions proteiques que contenen α-sinucleïna. Actualment, el factor de risc genètic més alt per desenvolupar la MP és la presència de mutacions en el gen GBA1, que codifica l'enzim lisosomal glucocerebrosidasa (GCase). S'ha demostrat una relació entre la pèrdua d’activitat de GCase i l’acumulació d’α-sinucleïna en diversos models de la MP, tant in vivo com in vitro, així com en mostres obtingudes de pacients amb MP. Tot i que s'han proposat alguns mecanismes per explicar aquesta relació, el coneixement sobre les mutacions en GBA1 i el desenvolupament de la MP encara és incomplet, apuntant cap a efectes deguts tant a la pèrdua de funció de l'enzim com al guany de funció de les proteïnes mutants. Sembla que la disfunció en les vies lisosomals autofàgiques, que també ha estat descrita en el context de la MP, juga un paper clau en el procés de neurodegeneració. La nostra hipòtesi és que la restauració de l'activitat lisosomal la modulació de la GCase podria ser una estratègia terapèutica prometedora en pacients amb MP. En els darrers anys, la modulació de la GCase en el context de models de MP ha mostrat resultats prometedors a l’hora de revertir l’acumulació d’α-sinucleïna i prevenir la mort de les cèl·lules dopaminèrgiques. Utilitzant un model de MP amb neurones dopaminèrgiques que expressen formes salvatges o mutants de GCase, proposem l'ús de petites molècules com a xaperones al·lostèriques per estabilitzar la GCase mutant retinguda al reticle endoplasmàtic (RE) i ajudar el seu trànsit cap al lisosoma per restaurar l'activitat enzimàtica de la GCase. Això podria ajudar a millorar la funció global dels lisosomes i de l’autofàgia, promovent la eliminació de l’α-sinucleïna i reduint l'estrès del RE causat per la presència de GCase mutant mal plegada. Un conjunt de xaperones de GCase van ser generades per Gain Therapeutics i avaluades en el nostre model neuronal, en funció de la seva capacitat per restaurar els nivells de proteïna GCase i la seva activitat enzimàtica. Les molècules més prometedores van ser seleccionades per a una caracterització exhaustiva dels seus efectes en l'estat global de les cèl·lules, incloent-hi la funció i localització subcel·lular de la GCase, l'acumulació d’α-sinucleïna i substrats de la GCase, i la funció lisosomal i autofàgica. Es van provar dos compostos in vivo per a la validació dels potencials efectes terapèutics de les molècules. La caracterització exhaustiva dels dos compostos va identificar una molècula amb resultats prometedors, especialment pel que fa a la restauració de la presència i activitat de la proteïna GCase, així com en la millora de la viabilitat cel·lular. No obstant això, no es van observar millores significatives en la funció lisosomal i autofàgica, l'estrès del RE ni l'estrès oxidatiu. Els estudis preliminars in vivo en un model tòxic de MP van revelar el potencial del compost per augmentar l'activitat enzimàtica de la GCase i reduir l'acumulació dels seus substrats en àrees cerebrals rellevants per a la MP i òrgans perifèrics, alhora que es va observar una protecció lleu contra la neurodegeneració de la via nigroestriatal. Es necessiten estudis addicionals per confirmar el potencial terapèutic del compost en el context de la MP.

Data del Ajut	15 de nov. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Marta Martinez Vicente (Director/a)