Papel de la autofagia y sir-2.3/SIRT4 como moduladores de la agregación de proteínas con poliglutaminas en C. elegans

Abstract

[ES] La enfermedad de Huntington (EH) es una enfermedad neurodegenerativa rara de herencia genética autosómica dominante. Los pacientes de esta enfermedad sufren un declive progresivo motor, cognitivo y psiquiátrico. Los primeros síntomas motores se manifiestan con la aparición de movimientos involuntarios moderados y severos. La aparición de los síntomas motores característicos de la enfermedad, entre los que destacan la corea y la distonía, suele darse en la edad adulta. Sin embargo, en la mayoría de los casos los pacientes presentan síntomas psiquiátricos y cognitivos, así como síntomas motores sutiles, años antes de haber sido diagnosticados. La enfermedad de Huntington está causada por la presencia de una expansión de repeticiones del triplete CAG anormalmente larga, en el primer exón del gen de la huntingtina que codifica un tándem de poliglutaminas (poliQ). Este gen adquiere una función tóxica cuando contiene un número de repeticiones del triplete igual o superior a 36, alterando numerosos procesos y funciones celulares y desencadenando la enfermedad. Los pacientes que tienen entre 36 y 39 codones CAG presentan penetrancia incompleta, mientras que con 40 o más, presentan penetrancia completa. Asimismo, la edad de inicio de la enfermedad se ve altamente influenciada por el número de tripletes presentes, disminuyendo con el aumento de la longitud de la expansión. Los mecanismos patogénicos que conducen a la EH no están aún definidos, ya que la huntingtina mutante (mHtt), molécula propensa a la agregación, induce diversos tipos de toxicidad y fenotipos en la enfermedad de Huntington. La dinámica de agregación de mHtt, o de cualquier proteína con poliglutaminas (poliQs), es un proceso modulado por diversas rutas, como la autofagia, cuyas moléculas integrantes son potenciales dianas terapéuticas. Caenorhabditis elegans (C. elegans) se ha utilizado ampliamente como modelo animal en campos como la neurobiología o la genética, debido a sus numerosas ventajas. En este laboratorio se ha caracterizado una mutación localizada en una sirtuína mitocondrial, sir-2.3, que reduce los niveles de agregación de proteínas con poliglutaminas en gusanos de la cepa AM141 que expresan 40 tripletes CAG fusionados a la proteína amarilla fluorescente (40Q::YFP) en las células musculares. En nuestro laboratorio, se ha confirmado previamente que la mutación en sir-2.3 es capaz de aliviar el estrés neuronal en un entorno de toxicidad inducida por poliglutaminas, puesto que reduce notoriamente el número de cuerpos de inclusión encontrados en C. elegans. La reducción de cuerpos de inclusión que se observa en nematodos mutantes sir-2.3 puede deberse a la eliminación de agregados de poliQs, lo que resulta en una reducción de sus efectos tóxicos. Puesto que los cuerpos de inclusión son macroscópicos y visibles, es posible contarlos en un microscopio de disección equipado con fluorescencia, obteniendo una medida indirecta de la presencia de agregados de poliQs, que no son visibles en el microscopio. La autofagia es un mecanismo catabólico intracelular mediado por lisosomas para la degradación de proteínas de larga vida, como los agregados de mHtt. Por tanto, en este trabajo se va a utilizar C. elegans como organismo modelo de EH para identificar si la autofagia modula la dinámica de agregación de proteínas con poliglutaminas mediante experimentos de inhibición farmacológica de la autofagia, de silenciamiento génico y de cuantificación de expresión de proteínas implicadas en la autofagia

[EN] Huntington's disease (HD) is a rare neurodegenerative disease of autosomal dominant genetic inheritance. The patients of this disease suffer a progressive motor, cognitive and psychiatric decline. The first motor symptoms are manifested with the appearance of moderate and severe involuntary movements. The appearance of its characteristic motor symptoms, such as chorea and dystonia, usually occurs in adulthood. However, in most cases, patients present psychiatric and cognitive symptoms, as well as subtle motor symptoms, years before being diagnosed with HD. Huntington's disease is caused by the presence of an abnormally long CAG triplet repeat expansion, in the first exon of the huntingtin gene encoding a polyglutamine (polyQ) tandem. This gene acquires a toxic function when it contains a number of repetitions equal to or greater than 36, altering numerous processes and cellular functions and triggering the disease. Patients with 36 to 39 CAG codons have incomplete penetrance, while patients with 40 or more have full penetrance. Likewise, the age of onset of the disease is highly influenced by the number of triplets present, decreasing with increasing expansion length. The pathogenic mechanisms leading to the disease are not yet defined, since mutant huntingtin (mHtt), a molecule prone to aggregation, induces various types of toxicity and phenotypes in Huntington's disease. The aggregation dynamics of mHtt, or any protein with polyglutamines (polyQs), is modulated by various pathways, such as autophagy, whose integrating molecules are potential therapeutic targets. Caenorhabditis elegans (C. elegans) has been widely used as an animal model in fields such as neurobiology or genetics, due to its numerous advantages. In this laboratory, a localized mutation in a mitochondrial sirtuin, sir-2.3, has been identified to reduce the levels of protein containing polyQ aggregation in worms of the AM141 strain, which express 40 CAG triplets fused to the yellow fluorescent protein (40Q::YFP) in muscle cells. Moreover, it has been previously confirmed in our laboratory that the mutation on sir-2.3 can reduce neuronal stress in an environment of polyQ-induced toxicity, since it reduces the number of inclusion bodies found in C. elegans. The reduction of inclusion bodies observed in sir-2.3 mutant nematodes may be due to the elimination of aggregates of polyQs, resulting in a reduction of their toxic effects. Since the inclusion bodies are macroscopic and visible, it is possible to count them in a microscope equipped with fluorescence, obtaining an indirect measure of the polyQ-aggregates, which are not visible. Autophagy is a lysosome-mediated intracellular catabolic mechanism for the degradation of long-lived proteins, such as mHtt aggregates. Therefore, in this study, C. elegans will be used as a model organism for HD to identify whether autophagy modulates the dynamics of polyQ containing proteins aggregation by pharmacological inhibition of autophagy, gene silencing, and expression quantification of proteins involved in autophagy assays.