Study of Survival Motor Neuron protein regulation and the role of autophagy in Spinal Muscular Atrophy

Abstract

Spinal muscular atrophy (SMA) is a genetic disorder caused by loss of the Survival motor neuron 1 gene (SMN1), lead to reduced SMN protein level and selective dysfunction of MNs. SMN reduction causes neurite degeneration and cell death without classical apoptotic features, but the direct events leading to MN degeneration in SMA are still unknown. Autophagy is being a primary target for the treatment of many neurodegenerative diseases. The objective of the present study is to analyze the role of autophagy in SMA pathology, the mechanisms that regulate SMN protein degradation and the origin of neurodegeneration in spinal cord MNs. To this end, we have reduced the Smn protein by using the lentivirus knockdown method. In Smn-reduced MNs from lentivirus Smn knockdown and SMA type I transgenic mice models, we have observed the increase of autophagy markers and autophagosome accumulation. Treatment with autophagy activators or inhibitors or proteasome inhibitors or calpain knockdown induce changes of Smn protein level in MNs suggesting the role of autophagy and proteasome in the regulation of Smn protein in these cells. Therefore the results contribute to new insight about Smn protein regulation in MNs and the possible role of autophagy in SMA neurodegeneration.

L'atròfia muscular espinal (SMA) és un trastorn genètic, causada per la pèrdua o la mutació del gen de la supervivencia de les neurones motores 1 (SMN1), cosa que condueix a una reducció dels nivells de la proteïna SMN i una disfunció selectiva de les MN. S’ha descrit que la reducció d’SMN causa la degeneració de les neurites i la mort cel•lular sense les característiques apoptòtiques clàssiques, però els esdeveniments directes que condueixen a la degeneració de les MN en l’SMA encara són desconeguts. L’autofàgia és una diana principal per al tractament de moltes malalties neurodegeneratives. L'objectiu d’aquest estudi és analitzar el paper de l'autofàgia en la patologia de l’SMA, els mecanismes que regulen la degradació de la proteïna SMN i l'origen de la neurodegeneració en les MN de la medul•la espinal. Amb aquesta finalitat, hem reduït la proteïna SMN utilitzant el mètode de silenciament amb lentivirus. Hem analitzat els canvis en els marcadors d’autofàgia en les MN en cultiu amb l’SMN reduïda amb lentivirus i en cultius de MN de models de ratolins transgènics de SMA de tipus I. Hem observat que la reducció de l’SMN provoca un augment dels marcadors d’autofàgia i l'acumulació d’autofagosomes. A més, el tractament amb activadors de l'autofàgia, inhibidors de l'autofàgia o inhibidors del proteasoma o calpaïna indueix canvis en els nivells de la proteïna SMN en les MN, la qual cosa suggereix un paper de l'autofàgia i el proteasoma en la regulació de la proteïna SMN en aquestes cèl•lules. Conjuntament, aquests resultats contribueixen a una nova visió sobre la regulació de la proteïna SMN en les MN i sobre el possible paper de l'autofàgia en la neurodegeneració en l’ SMA.

La atrofia muscular espinal (AME) es un trastorno genético causado por la pérdida de la supervivencia de las neuronas motoras del gen 1 (SMN1) que conduce a la reducción de nivel de proteína SMN y a la disfunción selectiva de los MNs. La reducción de SMN causa la degeneración de axones y la muerte celular sin características apoptóticas clásicas; sin embargo, los motivos directos que conducen a la degeneración del MN en AME aún se desconocen. La autofagia está siendo un objetivo principal para el tratamiento de muchas enfermedades neurodegenerativas. El objetivo del presente estudio es analizar el papel de la autofagia en la patología de la AME, los mecanismos que regulan la degradación de la proteína SMN y el origen de la neurodegeneración de los MNs en la médula espinal. Con este fin, hemos reducido la proteína SMN utilizando un método de reducción lentiviral. En la Smn reducida mediante el método de reducción lentiviral y modelos de ratones transgénicos AME de tipo I, hemos observado el aumento de los marcadores de autofagia y la acumulación de autofagosoma. El tratamiento con activadores o inhibidores de la autofagia o inhibidores del proteasoma o calpaína reducida induce cambios del nivel de la proteína SMN en los MNs que demuestran el papel de la autofagia y del proteasoma en la regulación de la proteína SMN en estas células. Por lo tanto, los resultados contribuyen a una nueva visión sobre la regulación de las proteínas Smn en el MN y el posible papel de la autofagia en la neurodegeneración de AME.