Characterization of downstream effectors of synergistic activation of AMPK with metformin and salicylate which reduce polyQ toxicity in C. elegans.

Abstract

[ES] Las enfermedades asociadas a expansiones de poliglutamina (poliQ) son un grupo de trastornos neurodegenerativos causados por repeticiones expandidas de CAG que codifican una larga cadena de poliQs en las proteínas respectivas. La enfermedad de Huntington (EH) es la más prevalente y es un trastorno neurodegenerativo autosómico dominante raro caracterizado por deterioro motor y cognitivo progresivo. Es causada por una expansión anormal de tripletes CAG en el primer exón del gen huntingtina (HTT), lo que provoca agregación y toxicidad de la proteína. Hasta ahora no se ha demostrado que ninguna terapia sea efectiva, pero se ha observado que algunos compuestos, como la metformina, pueden ser beneficiosos en modelos animales de la enfermedad. Hallazgos previos en el laboratorio han mostrado que la activación sinérgica de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK), con metformina y salicilato, reduce la agregación y el daño neuronal en modelos de toxicidad inducida por poliQs en C. elegans. AMPK es un regulador clave de la longevidad y la salud, modulando el metabolismo energético, la resistencia al estrés y la proteostasis celular. Sin embargo, aún no está claro si esta mejora depende exclusivamente de AMPK, o si otras vías de señalización están implicadas, ya que ambos fármacos actúan pleiotrópicamente. Este estudio validó el rescate dependiente de AMPK por el efecto de la metformina y el salicilato en medio sólido, el cual refleja de manera más precisa el efecto sinérgico. Se sugirió que el tratamiento activa la autofagia a través de LGG-1 para promover la eliminación de proteínas y la reducción de agregados de poliglutaminas. Además, se demostró la necesidad de AMPK funcional para poder activar la autofagia. Sin embargo, el estudio de los efectores aguas abajo de la AMPK (HLH-30, SKN-1 y DAF-16) reveló que su localización subcelular era citoplasmática después del tratamiento sinérgico. Por lo tanto, dados los datos recopilados, no se puede afirmar que estos efectores no participen en la respuesta desencadenada por la metformina y el salicilato. Por último, se utilizó la interferencia de ARN como herramienta para silenciar daf-16 y estudiar su posible papel en la protección contra la toxicidad por poliglutaminas inducida por metformina y salicilato. Sin embargo, los resultados obtenidos no son concluyentes debido a que el control no funcionó. Este trabajo se relaciona con los el ODS3 Salud y bienestar de la agenda 2023.

[EN] The diseases induced by polyglutamine expansions (polyQ) are a group of neurodegenerative disorders caused by expanded CAG repeats encoding a long polyQ tract in the respective proteins. Huntington disease (HD) is the most prevalent one and it is a rare autosomal dominant neurodegenerative disorder characterized by progressive motor and cognitive impairments. It is caused by an abnormal expansion of CAG triplets in the huntingtin gene s (HTT) first exon, causing protein aggregation and toxicity. No therapy has yet been proven effective, but some compounds, such as metformin, have been reported as potentially beneficial disease-modifiers of this pathology in animal models. Previous findings in the lab have shown that the synergistic activation of AMP-activated protein kinase (AMPK), with metformin and salicylate, reduces aggregation and neuronal damage in C. elegans models of toxicity induced by polyQs. AMPK is a master regulator of healthspan and lifespan modulating energy metabolism, stress resistance and cellular proteostasis. Nevertheless, it remains unclear whether this alleviation is dependent exclusively on AMPK, or other signalling pathways are implicated, since both drugs act pleiotropically. This study validated the AMPK-dependent rescue by metformin and salicylate in solid media, which reflects more accurately the synergic effect. It was suggested that the treatment activates autophagy through LGG-1 to promote protein clearance and reduction of polyQ aggregates. Moreover, the necessity of functional AMPK to activate autophagy was demonstrated. Nevertheless, the study of AMPK downstream effectors (HLH-30, SKN-1 and DAF-16) revealed their subcellular localization to be cytoplasmatic after synergic treatment. Therefore, given the collected data, it cannot be affirmed that these effectors do not participate in the response triggered by metformin and salicylate. Finally, RNA interference was used as a gene silencing tool to study the possible role the AMPK target DAF-16 in the protection against polyQ toxicity induced by metformin and salicylate. However, the obtained results are not conclusive since the control did not work. This work is related to the SDG3 Good health and well-being from the 2023 Agenda.