Molecular mechanisms of ageing in neurodegeneration role of oxidative and endoplamic reticulum stress in different human diseases

by Vasileva Ilieva, Ekaterina

Resum La hipòtesi de treball daquesta tesi es que les malalties neurodegeneratives poden considerarse formes accelerades de lenvelliment, selectives per a determinades localitzacions anatòmiques del teixit nerviós. Dacord a això, aquells processos subjacents a les bases biològiques de lenvelliment (estrès oxidatiu, accumulació de proteïnes agregades, disfunció mitocondrial) i les seves conseqüències son més intenses i prematures en aquestes poblacions cel.lulars. Lobjectiu daquest treball es investigar la possible relació entre estrès oxidatiu i de retícle (ER) i les vies de senyalització iniciades per ambdós processos, com a mecanisme patogènic en el desenvolupament de les malalties neurodegeneratives, de diferents localitzacions i caracteritzades per la presència dagregats proteics. Així, hem caracteritzat la modificació oxidativa proteica, els seus causants més importants i les seves conseqüències fisiopatològiques en la forma esporàdica de lesclerosi lateral amiotròfica (ELA) amb inici lumbar, en la taupatia frontotemporal malaltia de Pick (MdP) i en la malaltia de granuls argirofílics (MGA). Els resultats dels analisis de mostres de pacients amb ELA shan comparat amb els obtinguts en models in vitro de la malaltia. Desprès de la caracterització anatomopatològica exhaustiva, les mostres de mèdul.la espinal (ME) i descorça frontal (EF) de malalts amb ELA, descorça occipital (EO) i EF de malalts amb MdP, i dhipocamp (HC) de malalts amb MGA, es varen analtizar en comparació amb mostres dindividus sans amb edats comparables. La concentració de marcadors de vies específiques de modificació oxidativa proteica (oxidació directa, glicoxidació i lipoxidació), així com la composició en àcids grasos es va analitzar mitjançant espectrometria de masses combinada amb separació cromotogràfica. Com a factors reguladors doxidació proteica es varen emprar la quantitat de complexes respiratoris mitocondrials, sistemes de defensa antioxidant i sistemes proteolíticis, estimats mitjançant western-blot. A més sestablí, emprant la mateixa metodologia, les conseqüències en forma dER i de resposta a proteïnes desplegades (RPD). Així mateix, sestimà la biogènesi mitcondrial mitjançant anàlisi de la quantitat de factors reguladors de la mateixa, mitjançant western-blot. Les mostres dels pacients amb ELA mostraren increments en els marcadors doxidació directa, glicoxidació i lipoxidació en ME, i, de forma menys important, en mostres dEF. Això sassociava a un increment en peroxidizabilitat lipídica, i a una disminució de respostes neuroprotectores, degut a la disminució en el contingut dàcid docosahexaenoic, i a alteracions proteasomals i en el contingut de complexes respiratoris mitocondrials. Es va evidenciar estrés de reticle en ME, però no a lEF. Així, es va concloure que lELA esporàdica duu a increments en lesió oxidativa proteica i a estrés de reticle en ME, mentres que a EF, hi ha menys afectació, bo i no estar indemne. Daltra banda, en mostres de EF, però no en EO de MdP, es varen detectar evidències compatibles amb estrés de reticle, com la RPD, associada a deplecció de xaperones de reticle. Aquestes troballes es relacionen amb un increment en la ubiquitinització, compatible amb alteracions en lactivitat proteasomal. En EF, es varen trobar increments en lesió oxidativa directa i lipoxidació, afectant a enzims antioxidants, amb disminució en la concentració de marcadors de glicoxidació. Sorprenentment, es varen evidenciar increments a la majoria de marcadors de lesió oxidativa en EO, localització morfològicament preservada a la MdP. Els canvis presents en aquesta malaltia sassociaven a canvis en la dotació de complexes respiratoris mitocondrials, compatibles amb pèrdues de biogenesi mitocondrial i de defensa antioxidant, combinats amb deplecció de làcid docosahexaenoic, considerat un neuroprotector, en EF. En aquest context, el contingut dels factors de transcripció relacionat amb respostes antioxidants i amb biogènesi mitocondrial, mostraren disminucions significatives en EF i de forma menys marcada, a EO. En contrast, mentres que a EO es va veure increment destrés oxidatiu, les cadenes respiratories mitocondrials i la biogenesi no semblaven afectades, de forma conjunta amb un increment dàcid docosahexaenoic, suggerint una resposta apropiada a lestrés oxidatiu. Lanàlisi dels marcadors destrés oxidatiu en HC de MGA revelaren disminucions significatives en marcadors de glicoxidació, de manera similar a MdP, troballes compatibles amb un dèficit glicolitic. Aquests defectes glicolítics, shan descrit previament en altres malalties neurodegeneratives i podrien associarse a modificacions oxidatives denzims glicolítics, també evidenciats aquí. Això suggerreix un paper preferencial daltres modalitats de lesió oxidativa, com la lipoxidació, com evidencien els increments en concentració de malondialdehid-lisina en aquesta malaltia. La medició dels carbonils proteics va reforçar lexistència destrés oxidatiu a HC, atribuible a la disfunció mitocondrial, evidenciada per canvis en complexes i en el nombre de mitocondris. Així mateix, diverses molecules clau en la RPD varen mostrar increments a les mostres procedents de malalts de MGA, causant increments a les xaperones de reticul endoplasmàtic. De forma remarcable, a pesar de les troballes compatibles amb la reducció mitocondrial, els factors transcripcionals implicats en la seva biogènesi no selevaren, suggerint que un defecte en biogènesi mitocondrial podria estar implicat a la patogenesi de la MGA. Els resultats descrits a la present memòria de tesi, indiquen la relació entre estrés oxidatiu i de retícul endoplasmàtic, en ELA, MdP i MGA, suggerint la seva relació recíproca, a travès de disfunció proteolítica, i un paper clau de la funció mitocondrial, o la seva pèrdua, conduint al procès neurodegeneratiu.