Moléculas de origen vegetal y sintético revierten la neuropatología de la enfermedad de Alzheimer familiar inducida por mutaciones PSEN1 I416T, P117A, I143T y H163R en neuronas colinérgicas

La Enfermedad de Alzheimer (EA) es una forma de demencia progresiva que se caracteriza por el deterioro de la memoria, el pensamiento y la conducta. Su etiología se ha vinculado con la pérdida funcional de proyecciones neuronales colinérgicas, sobre todo desde el núcleo basal de Meynert (Ch4) hacia la corteza y desde el núcleo del septum medial (Ch1) hacia el hipocampo. A nivel neuropatológico, la EA se define por la acumulación de placas amiloides, que pueden ser extracelulares o intracelulares, formadas principalmente por péptido beta amiloide (BA), principalmente el Aβ42, la agregación intracelular de TAU hiperfosforilada, la pérdida sináptica y neuronal, y la disfunción mitocondrial. Además, pueden distinguirse variantes de inicio temprano (<65 años) y tardío (>65 años), siendo la EA de inicio temprano en general más agresiva clínica y patológicamente. Las formas familiares (EAF) son causadas por mutaciones altamente penetrantes en genes como el de la Proteína Precursora Amiloide (APP), Presenilina 1 (PSEN1) y Presenilina 2 (PSEN2). En Colombia, la EAF ha sido ampliamente estudiada gracias a la presencia de la mutación PSEN1 E280A, conocida como la “mutación paisa”, la cual ha recibido una atención considerable debido a su prevalencia en el departamento de Antioquia en la comunidad paisa. Desafortunadamente, se han identificado otras mutaciones en PSEN1 en este departamento como la mutación PSEN1 I416T y en otros departamentos del país, como las PSEN1 P117A, I143T y H163R. Interesantemente, la PSEN1 I416T presenta un fenotipo clínico-patológico similar a PSEN1 E280A. Si bien se ha logrado modelar in vitro la neuropatología de la mutación PSEN1 E280A en neuronas colinérgicas derivadas de células mesenquimales estromales de sangre menstrual (CME-SM) y de la Gelatina de Wharton (CME-GW), hasta el presente no se tiene conocimiento de si las mutaciones en PSEN1 I416T, P117A, I143T y H163R presentan un fenotipo patológico molecular en neuronas colinérgicas similar al presentado con la mutación PSEN1 E280A. O si, presentan diferencias fenotípicas patológicas entre ellas. Es más, se desconoce si las neuronas colinérgicas con estas mutaciones responderían al tratamiento de compuestos naturales o sintéticos. Por lo tanto, el propósito fundamental de esta tesis fue establecer modelos neuronales colinérgicos que recapitularan la fisiopatología asociada a las mutaciones PSEN1 I416T, P117A, I143T y H163R, y evaluar la eficacia de diversos compuestos (naturales y sintéticos) para mitigar el daño celular característico de la EAF. En esta investigación, logramos obtener CME de SM con la mutación PSEN1 I416T y obtuvimos, vía edición por la técnica CRISPR Cas9, las mutaciones PSEN1 P117A, I143T y H163R a partir de CME-SM silvestres con una eficiencia del 22%, 6%, 19%, respectivamente. Estas células, mutadas y silvestres para PSEN1, fueron sometidas a un proceso de transdiferenciación a neuronas colinérgicas. Con análisis de inmunofluorescencia y citometría de flujo, logramos demostrar que todas las mutaciones, excepto la H163R, producían significativamente agregados intracelulares de Aβ (iAβ), oxidación de la proteína sensora de estrés oxidativo DJ-1 (DJ-1Cys106-SO3), fosforilación anormal de la proteína TAU (p-Ser202/Ser205 TAU), y activación de la caspasa 3 (CC3) comparados con células silvestres. Estos hallazgos sugieren que las mutaciones en PSEN1 I416T, P117A, y I143T son molecularmente patológicas equivalentes a PSEN1 E280A, y que la H163R presenta un mecanismo patológico distinto al que se ha propuesto para PSEN1 E280A (iAβ > DJ-1Cys106-SO3, p-Ser202/Ser205 TAU > CC3). Con este hallazgo, inicialmente se seleccionó las CME-SM con la mutación PSEN1 I416T y se transdiferenciaron en neuronas colinérgicas con el objetivo de tratarlas con compuestos naturales o sintéticos para mitigar el daño celular asociado a la EAF. Una estrategia clave es el enfoque antiamiloidogénico, orientado a reducir la formación y acumulación de iAβ en sus formas más tóxicas. Logramos demostrar que el Tramiprosato (TM, 50 μM), la curcumina (CU, 10 μM), y el inhibidor SP600125 (SP, 1 μM) individualmente, pero significativamente mezclados, incrementan la viabilidad celular, disminuyen significativamente la iAβ (probablemente al impedir la oligomerización del Aβ42), disminuyen la p-TAU, activación de CC3, componente crítico en el proceso de muerte por apoptosis, y aumentan el ingreso celular de Ca2+ como respuesta al estímulo de la acetilcolina (ACh). También demostramos que otros agentes, como azul de Metileno (AM, 0.1 μM) y ácido 4-fenilbutirato (4-PBA, 1 μM), lograron individualmente o en conjunto mitigar el fenotipo patológico. Notablemente, establecimos por primera vez que la PSEN1 I476T induce una fosforilación anormal de la quinasa LRRK2 en el residuo S935 concomitantemente con fosforilación anormal de la proteína α-sinucleína (αSyn) en el residuo S129, y acumulación anormal de autofagosomas y aumento atípico de lisosomas vesiculares, provocando así una profunda alteración en la autofagia. Dichas observaciones son propias de la patología observada en la enfermedad de Parkinson (PD). Interesantemente, el inhibidor de la quinasa LRRK2 PF-06447475 (PF-475, 1 μM) casi disminuye por completo la proteionopatía (iAβ) inducida por PSEN1 I416T, el estrés oxidativo (OS) y la apoptosis; además, restablece la función mitocondrial y la autofagia a una actividad comparable a las neuronas colinérgicas PSEN1 salvaje. En general, PF475 restableció la supervivencia de las neuronas colinérgicas mutantes PSEN1 I416T. Posterior a estos resultados, logramos demostrar que el tratamiento de neuronas colinérgicas con la mutación PSEN1 P117A, I143T, y H163R con los compuestos TM (50 μM), SP (1 μM), y el potente antioxidante cannabidiol (CBD, 1 μM) individualmente o en combinación (TM+SP; CBD+SP) disminuyeron completamente los marcadores iAβ, DJ-1Cys106-SO3, p-Ser202/Ser205 TAU, & CC3. Tomados en conjunto, nuestros resultados sugieren que el uso de agentes multidiana y multifuncionales en combinación podría ser beneficioso para reducir el daño neuronal colinérgico inducido por las mutaciones I416T, P117A, I143T, & H163R en EAF.

• Autores: Gómez Sequeda, Nicolás Sebastián Emilio
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2024
• Institución: Universidad de Antioquia
• Repositorio: Repositorio UdeA
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/45849
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/10495/45849
• Palabra clave: Enfermedad de Alzheimer; Alzheimer Disease; Neuronas Colinérgicas; Cholinergic Neurons; Azul de metileno; Methylene Blue; Cannabidiol; Curcumina; Curcumin; Células Madre Mesenquimatosas; Mesenchymal Stem Cells; 3. Ciencias Médicas y de la Salud; Fenilbutirato; https://id.nlm.nih.gov/mesh/D000544; https://id.nlm.nih.gov/mesh/D059329; https://id.nlm.nih.gov/mesh/D008751; https://id.nlm.nih.gov/mesh/D002185; https://id.nlm.nih.gov/mesh/D003474; https://id.nlm.nih.gov/mesh/D059630; ODS 3: Salud y bienestar. Garantizar una vida sana y promover el bienestar de todos a todas las edades
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