Activación sinérgica de AMPK mediante metformina y salicilato para reducir la toxicidad inducida por poliglutaminas en Caenorhabditis elegans

Abstract

[ES] La enfermedad de Huntington (EH) es una enfermedad rara neurodegenerativa de herencia genética autosómica dominante. Está caracterizada por un declive progresivo motor, comportamental y cognitivo. La EH está causada por la presencia de expansiones anormalmente largas de tripletes de CAG en el primer exón del gen de la huntingtina, que codifican un tándem de poliglutaminas (poliQs). Este gen adquiere una función tóxica cuando los portadores presentan más de 39 tripletes de CAG, alterando numerosas funciones celulares. La huntingtina mutante (mHtt) es una molécula propensa a la agregación, lo cual es causa directa de la toxicidad de mHtt. La dinámica de agregación de mHtt es un proceso modulado por diversas moléculas y rutas, como la autofagia, cuyas moléculas integrantes son potenciales dianas terapéuticas. En los últimos años, se ha visto que la activación de AMPK (adenosine monophosphate activated kinase protein) reduce la toxicidad inducida por poliQs en modelos in vitro e in vivo. La activación se puede dar mediante un estímulo alostérico o por fosforilación directa. Asimismo, se ha descrito que AMPK puede ser activada sinérgicamente por metformina y salicilato. Una vez activada AMPK, fosforila diversas dianas con el fin de regular los niveles de ATP y la homeostasis energética, y otros procesos celulares tales como la autofagia. En este trabajo se han estudiado los efectos de la activación de AMPK por metformina y salicilato en un ambiente de toxicidad inducida por poliQs en Caenorhabditis elegans, organismo modelo utilizado en el laboratorio para el estudio de la EH. Asimismo, se ha indagado en el mecanismo de activación de AMPK mediante el estudio de cepas de C. elegans mutantes para AMPK creadas mediante cruces genéticos y la herramienta de edición genómica CRISPR/Cas9. Por último, se ha recurrido a ensayos de silenciamiento génico mediante ARN interferencia para estudiar la posible participación de la autofagia.

[EN] Huntington¿s disease (HD) is a rare autosomal dominant neurodegenerative disease of genetic inheritance characterised by progressive motor, behavioural and cognitive decline. HD is caused by the presence of an abnormally long CAG triplet, encoding a tandem of glutamines (polyQs), in the first exon of the huntingtin gene. This gene acquires a toxic gain of function when carriers have more than 39 triplets of CAG, producing an impairment of many cellular functions. Mutant huntingtin (mHtt) is a molecule prone to aggregation, which makes mHtt toxic. The aggregation process is modulated by different molecules and pathways, such as autophagy, and components of this pathway are potential therapeutic targets. In recent years, it has been shown that the activation of AMPK (adenosine monophosphate activated kinase protein) reduces the toxicity induced by polyQs in in vitro and in vivo models. The activation can be given by an allosteric stimulus or by direct phosphorylation. Moreover, it has been described elsewhere that AMPK can be synergistically activated by metformin and salicylate. Once AMPK is activated, it phosphorylates a range of targets in order to regulate ATP levels and energy homeostasis, and other processes such as autophagy. In this work, we have studied the effects of AMPK activation by metformin and salicylate in context of polyQ toxicity in Caenorhabditis elegans, model organism used in the laboratory for the study of HD. Furthermore, the mechanism of activation of AMPK has been investigated through the study of C. elegans mutant strains for AMPK created by genetic crosses and by the genomic editing tool CRISPR/Cas9. Finally, gene silencing assays using RNA interference have been used to study the possible participation of autophagy.