La enfermedad de Alzheimer (EA), la mayor causa de demencia mundial, se caracteriza por la pérdida gradual de cognición, especialmente de memoria, y por déficits neuropsiquiátricos y de comportamiento. Las características neuropatológicas de EA incluyen placas formadas por β-amiloide (βA), ovillos neurofibrilares compuestos de proteína tau hiperfosforilada, pérdida neuronal, neuroinflamación y disfunción autofágica, entre otros. Al contrario que EA de aparición tardía, la mayoría de los casos de EA familiar son causados por mutaciones autosómicas dominantes en los genes de Presenilina (PS/PSEN: PS1 y PS2), la subunidad catalítica del complejo γ-secretasa responsable de la generación del βA. Notablemente, mutaciones en PS1 también están ligadas al desarrollo de demencia frontotemporal (DFT), caracterizada por acumulación cerebral de tau agregada y fosforilada sin placas amiloides. Aunque los mecanismos por los que las mutaciones en PS afectan a βA están bien definidos, el papel concreto de PS/γ-secretasa en la patología de tau, independientemente de βA, durante la neurodegeneración es desconocido. La hipótesis de esta tesis doctoral es que, la perdida de función de PS causada por las mutaciones ligadas a demencia contribuye a la hiperfosforilación, agregación y/o propagación de tau mediante la afectación de vías específicas de señalización y autofagia. El objetivo de este estudio era investigar el papel de las PS en la patología de tau durante la neurodegeneración y disfunción sináptica y los mecanismos implicados. Para abordar este objetivo, he realizado análisis proteicos bioquímicos y estructurales, incluyendo microespectroscopía infrarroja de sincrotrón, técnicas histológicas y de comportamiento en un nuevo modelo de ratón condicional de inactivación neuronal (cKO) de PS1 y PS (PS1/PS2) con expresión de tau endógena o sobreexpresión del gen humano de tau con mutación ligada a DFT (P301S). Nuestros resultados muestran que, la pérdida de función de PS provoca una fosforilación de tau dependiente de la edad en la corteza y el hipocampo de los ratones PS cDKO asociada al incremento de la activación de p25/Cdk5, PKA/AMPK y Akt. Como resultado de la inactivación neuronal de PS, tau se acumula en las neuronas excitatorias, astrocitos, microglía y oligodendrocitos. Interesantemente, la inactivación de PS en el ratón transgénico de tau humana causa la fosforilación y agregación de tau anticipada y agravada en circuitos neuronales emocionales y de memoria ligados a la patología de EA, incluyendo la corteza entorrinal y retroesplenial, el hipocampo y la amígdala, un fenotipo asociado a los déficits exacerbados de memoria y aprendizaje. Análisis bioquímicos de sinaptosomas purificados a partir de cerebros de ratón y humano revelaron una acumulación sináptica anormal de tau y una disminución de proteínas sinápticas y factores sinaptonucleares (ej. CRTC1) sugiriendo afectación de mecanismos pre y postsinápticos en cerebro de ratón y humano con EA. Notablemente, la pérdida de función de PS causa la agregación anormal de neurofilamento junto con un incremento de proteínas oligoméricas con estructuras lámina-β en los ratones PS1 cKO;Tau y PS cDKO;Tau. A nivel molecular, encontré que las PS son necesarias para una correcta actividad de mTOR y del flujo autofágico manteniendo la fusión autofagosomal-lisosomal y la degradación de tau. En cambio, la inactivación de PS1 o de PS en el ratón transgénico de tau humana incrementa marcadores autofágicos (LC3-II/I, p62…) y la proteína tau agregada y fosforilada en los autofagosomas. En conjunto, estos resultados aportan evidencias de que la pérdida parcial de la función de PS conduce a incrementos de tau agregada e hiperfosforilada, respuestas inflamatorias y neurodegeneración, y la disfunción sináptica y de memoria causada puede estar mediada por tau sináptica. Nuestros descubrimientos sugieren que la fosforilación y agregación de tau son procesos patológicos clave subyacentes a la neurodegeneración causada por las mutaciones de PS ligadas a EA.
Molecular mechanisms underlying presenilin-dependent tau pathology in neurodegeneration
Soto Faguás, C. M. (Autor/a). 30 sept 2021
Tesis doctoral