UPRmt activation induced by canonical Wnt signaling: a new protective mechanism against Alzheimer’s Disease
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2024
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La Enfermedad de Alzheimer (EA) es la enfermedad neurodegenerativa más común a nivel mundial, caracterizada por una pérdida de memoria progresiva y la formación de agregados proteicos formados por el péptido beta amiloide (Aβ), y por la proteína tau fosforilada. Estos agregados promueven disfunción sináptica, causada por alteración mitocondrial y por la desregulación de diversas vías de señalización. Dentro de las vías de señalización que se ven afectadas y están disminuidas en la EA está la vía Wnt canónica; de hecho, esta vía de señalización ha sido altamente asociada a su patogénesis. La activación de esta vía de señalización genera la traslocación de β-catenina al núcleo donde induce la transcripción de sus genes blancos al unirse a los factores de transcripción TCF/LEF y a los coactivadores CBP y p300. Además, activar la vía Wnt canónica en modelos de la EA mejora la memoria, disminuye los niveles de Aβ y de tau fosforilada, y mejora la funcionalidad mitocondrial, esto último por un mecanismo que no ha sido bien descrito. En condiciones de estrés, tales como la EA, la respuesta a estrés mitocondrial a proteínas mal plegadas (UPRmt por sus siglas en inglés) se ha visto activada. El UPRmt es una señalización retrógrada mitocondria-núcleo, la cual se activa frente a la acumulación de proteínas mal plegadas en la mitocondria, lo que se ha descrito que activa a la proteasa Oma1, quien lleva la señal hacia el citoplasma e induce la transcripción de chaperonas como Hsp60 y mtHsp70 y proteasas mitocondriales como Clpp y Lonp1 para plegar y/o degradar estas proteínas. Por lo tanto, su activación en la EA es posiblemente una respuesta frente a la acumulación del péptido Aβ y de la proteína tau fosforilada en las mitocondrias, lo que se ha descrito que ocurre en la EA; sin embargo, esta activación pareciera no ser suficiente para atenuar el daño mitocondrial y el progreso de la EA. En contraste, la activación farmacológica del UPRmt en pacientes y modelos animales de la EA disminuye los niveles de Aβ, sugiriendo que la estimulación de las vías de señalización que controlan esta respuesta a estrés podría disminuir los niveles de Aβ y tau fosforilada en la EA al mejorar la función de las mitocondrias. Interesantemente, CBP y p300 son importantes reguladores de la transcripción de genes asociados a UPRmt. Así, la activación tanto de la vía Wnt canónica como de la respuesta UPRmt han sido descritas como una posible forma de reducir la patología de la EA. Sin embargo, la relación entre estas dos vías de señalización ha sido poco descrita. Considerando que CBP y p300 son importantes reguladores del UPRmt y que además son coactivadores transcripcionales de β-catenina en la señalización Wnt canónica, se propone la siguiente hipótesis: “La activación de la vía Wnt canónica induce la expresión de las proteínas asociadas al UPRmt, disminuyendo la patología de Aβ y tau en la EA”. Para evaluar esto se realizaron tratamientos farmacológicos in vitro para modular la vía Wnt canónica y se observó que al aumentar la vía Wnt, tanto con ANDRO como con el ligando recombinante Wnt7a, aumentan los niveles de proteínas asociadas al UPRmt tales como el factor de transcripción ATF5, la chaperona Hsp60 y las proteasas Oma1, Lonp1 y ClpP. Por el contrario, al inhibir la vía Wnt mediante ICG001, los niveles de estas proteínas asociadas al UPRmt disminuyen; efectos que se observan también en los niveles de mRNA. Además, se realizó un enfoque in vivo con el nemátodo Caenorhabditis elegans (C. elegans), donde se utilizó una cepa transgénica reportera para UPRmt, donde la expresión de GFP está ligada a la actividad del promotor de la chaperona Hsp6 (homologo a mtHsp70). En estos nematodos se moduló la vía Wnt mediante la sobreexpresión del ligando Wnt Egl-20 y la expresión de una forma mutante no funcional de este mismo ligando. Mediante microscopía de fluorescencia se observó que los C. elegans que poseían el ligando Wnt mutado tenían menor nivel de fluorescencia al inducir UPRmt, mientras que sobreexpresar el ligando Wnt aumenta los niveles de fluorescencia. Asimismo, la activación de la vía Wnt mediante ANDRO en el ratón SAMP8 genera la acumulación de ATF5 en el núcleo y aumenta los niveles de Lonp1 mitocondrial, lo que coincide con los resultados observados in vitro. Estos resultados sugieren que la activación de la vía Wnt canónica induciría un aumento en la expresión de proteínas mitocondriales asociadas al UPRmt, siendo una de las vías de señalización que regula la expresión de estas proteínas. Además, mediante bioinformática se observó la presencia de elementos TCF/LEF en los promotores (2,000 pb rio arriba del sitio de inicio de la transcripción) de los genes del UPRmt, sugiriendo que estos podrían ser genes blanco de la vía Wnt canónica. Finalmente, se evaluó la contribución de esta regulación mediada por la vía Wnt en los efectos positivos que tiene su activación en la EA. A pesar de que no se observaron efectos positivos asociados a la activación de la vía Wnt canónica contra los efectos del péptido Aβ en una cepa de C. elegans modelo de la EA, se observó que la disminución del UPRmt dada por una deleción en el gen atfs-1 potencia la deficiencia sensorial provocada por Aβ. Sin embargo, en el ratón triple transgénico modelo de la EA, la activación de la vía Wnt disminuyó los niveles de Aβ y tau fosforilada, lo que fue inhibido al estar reducido el UPRmt, dado por una disminución en los niveles de ATF5, sugiriendo que la inducción de la expresión de las proteínas asociadas al UPRmt podría ser un nuevo mecanismo por el cual la vía Wnt canónica mejora la patología de la EA.
Description
Tesis (Ph.D. in Biological Sciences degree with a mention in Cellular and Molecular Biology)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024