α-arrestinas como moléculas adaptadoras entre Nedd4-2 y el transportador de glutamato EAAT2/GLT1: papel en la enfermedad de Lafora

Abstract

[ES] La enfermedad de Lafora (LD) es una epilepsia mioclónica progresiva de carácter autosómico recesivo, clasificada como una enfermedad neurodegenerativa rara. Se caracteriza por la presencia de acúmulos de poliglucosanos, inclusiones de glucógeno aberrante, en diversos tipos celulares como neuronas, células del músculo esquelético y músculo cardíaco, células del hígado y células de las glándulas sudoríparas. Estas acumulaciones reciben el nombre de “cuerpos de Lafora” (LB, por sus siglas en inglés) en honor a su descubridor, el neurólogo español Gonzalo Rodríguez Lafora. Además, otro rasgo distintivo de la enfermedad es la epilepsia en aquellos pacientes que la sufren. La base molecular de la enfermedad está relacionada con la aparición de mutaciones en dos genes: el gen EPM2A, que codifica la proteína laforina, una fosfatasa dual, y el gen EPM2B, que codifica la proteína malina, una E3 ubiquitín ligasa. Se ha demostrado que estas dos proteínas forman un complejo funcional implicado en la regulación del metabolismo del glucógeno además de participar en otros procesos relacionados con la homeostasis proteica celular. Estudios recientes han destacado el papel de los astrocitos en la epilepsia. En estas células se encuentra localizado en su membrana el transportador de glutamato encargado de captar el neurotransmisor excitatorio más importante del cerebro, el glutamato. La presencia de glutamato en el espacio sináptico genera un nuevo impulso eléctrico en la neurona postsinápticas. Sin embargo, una vez ejercida su función es necesaria su eliminación con el fin de evitar excitotoxicidad y muerte neuronal. Esta eliminación es llevada a cabo por el transportador de glutamato EAAT2/GLT-1, cuya presencia en la membrana plasmática está regulada por endocitosis. Entre las proteínas que median la internalización del transportador podemos destacar a Nedd4.2. Esta proteína es una E3 ubiquitín ligasa encargada de ubiquitinar a EAAT2/GLT-1. Se ha visto que para que se pueda llevar a cabo esta ubiquitinación es necesario la intervención de moléculas adaptadoras de la familia de las arrestinas: β- y α-arrestinas, que mediarían en la interacción entre Nedd4.2 y EAAT2/GLT-1. En modelos murinos de la enfermedad de Lafora se ha observado una disminución del transportador de glutamato EAAT2/GLT-1 a nivel de la membrana plasmática, aumentándose así el glutamato extracelular. Este hecho podría explicar la presencia de la epilepsia característica en la enfermedad. En este proyecto se pretende, por tanto, estudiar qué mecanismo produce la desregulación de la homeostasis del transportador de glutamato y para ello es necesario comprender como interaccionan las diferentes proteínas que están involucradas en el proceso de internalización del transportador. Una posible interacción entre el complejo laforina/malina y las α-arrestinas podría explicar la disminución del transportador EAAT2/GLT-1 observada en modelos de la enfermedad, ya que su unión podría estar afectando a la actividad de Nedd4.2.

[EN] Lafora disease (LD) is a progressive myoclonic epilepsy of an autosomal recessive inheritance, classified as a rare neurodegenerative disease. It is characterized by the presence of polyglucosans, aberrant glycogen inclusions, in cell types such as neurons, skeletal and cardiac muscle, liver cells and cells from the sweat glands. These accumulations were called "Lafora Bodies" (LB), on behalf of its discoverer, the Spanish neurologist Gonzalo Rodríguez Lafora. In addition, another distinctive feature of the disease is the presence of epilepsy. The molecular basis of the disease could be explained by the mutations produced in the two genes that cause the disease: the EPM2A gene, which encodes the protein laforin, a dual phosphatase and the EPM2B gene, which encodes the malin protein, an E3 ubiquitin ligase. It has been demonstrated that these two proteins form a functional complex involved in the regulation of glycogen metabolism in addition to participating in other processes related to cellular protein homeostasis.Recent studies have highlighted the role of astrocytes in epilepsy. These cells express the glutamate transporter responsible for capturing the most important excitatory neurotransmitter in the brain, glutamate. The presence of glutamate in the synaptic cleft generates a new electrical impulse in the post-synaptic neuron. However, once its function is exercised, its elimination is necessary in order to avoid excitotoxicity and neuronal death. This removal is carried out by the glutamate transporter EAAT2/GLT-1, whose endocytosis is highly regulated. Among the proteins that mediate the internalization of the transporter we can highlight Nedd4.2. This protein is an E3 ubiquitin ligase responsible for ubiquitinating EAAT2/GLT-1. In order to carry out this ubiquitination it is necessary the participation of adapter molecules of the family of the arrestins: β- and α-arrestins, which would mediate the interaction between Nedd4.2 and EAAT2/GLT-1.In murine models of Lafora disease, a decrease in the glutamate transporter EAAT2/GLT-1 has been observed at the level of the plasma membrane, thus increasing extracellular glutamate. This fact could explain the presence of characteristic epilepsy in the disease.In this project, we study the mechanism which produces the deregulation of glutamate transporter homeostasis. With this aim it is necessary to understand how the different proteins that are involved in the internalization process of the transporter interact with eachother. A possible interaction between the laforin/malin complex and the α-arrestins could explain the decrease of the EAAT2/GLT-1 transporter observed in models of the disease, since their interaction could be affecting the activity of Nedd4.2.