Papel regulador de la proteína priónica celular en la enfermedad de Alzheimer y uso de gamma-péptidos como potenciales agentes terapéuticos

Abstract

La enfermedad de Alzheimer (EA) es la forma más común de demencia. Afecta, actualmente, a más de 30 millones de personas en todo el mundo, causando un gran impacto socioeconómico que aumenta año tras año con unos 7,7 millones de nuevos casos por año. La enfermedad de caracteriza por un deterioro cognitivo y cambios conductuales. A nivel patofisiológico se caracteriza por la acumulación del péptido beta-amiloide (Aß), y la proteína tau.

La proteína tau es una proteína que se une a tubulina, estabilizando los microtúbulos y ayudando a su polimerización. En la enfermedad, la proteína se hiperfosforila, desestabilizando los microtúbulos por un lado, y auto-agregándose para formar filamentos helicoidales pareados y finalmente los ovillos neurofibrilares. La proteína precursora amiloide (APP), en la enfermedad, es procesada por beta- y gamma-secretasas, resultando en la formación del péptido beta-amiloide, en la vía amiloidogénica. Este péptido agrega dando lugar a las placas amiloides. Se ha descrito que los oligómeros, un estadio de agregación intermedio, son las formas más tóxicas, y que PrPC, que sea demostrado que se une con elevada afinidad a los oligómeros de Aß, podría ser un receptor y mediador de la toxicidad causada por éstos.

PrPC es conocida por su participación en las enfermedades espongiformes transmisibles (EETs), en su forma patogénica llamada PrPSc, que se acumula en el cerebro formando agregados, aunque también se han encontrado agregados amiloides en estas enfermedades y una disminución de los niveles de PrPC. Esta proteína participa en procesos como la neuritogénesis o la transmisión sináptica, y hay evidencias de que podría tener una función neuroprotectora en el cerebro.

Esta tesis doctoral aborda la participación de PrPC en la EA, des de diferentes puntos de vista, tanto en la acumulación del péptido Aß, como en la fosforilación de tau. Nuestros datos apuntan a una posible función neuroprotectora por parte de PrPC. Por un lado, hemos observado que PrPC podría regular la fosforilación de tau modulando los niveles de expresión de ésta, que se produce debido a los oligómeros de Aß, de forma específica, y no por los agregados insolubles y fibrilares. También hemos visto que, una sobreexpresión de PrPC correlaciona tanto con un aumento de la fosforilación de tau como con un aumento del depósito de Aß, apuntando a una posible pérdida de esta función neuroprotectora.

También hemos estudiado la relación entre el péptido Aß y PrPC desde la perspectiva de las enfermedades espongiformes. Hay evidencias de PrPC regula los niveles de Aß en la EA, y debido a la presencia de agregados amiloides, y a una disminución de los niveles de PrPC en las EETs, nos planteamos el papel del depósito de Aß en la infectividad del prión. Nuestros resultados apuntan a que estos depósitos no afectan a la infectividad.

Por último, a nivel terapéutico, existen tratamientos paliativos para la EA enfocados en compensar el desequilibrio en diferentes neurotransmisores como la acetilcolina o el glutamato. Estos tratamientos no consiguen frenar el avance de la enfermedad. Aunque muchas alternativas de diferentes clases están ahora en diferentes fases clínicas, algunas de ellas han presentado efectos secundarios como meningoencefalitis, y otras no han conseguido mejorar los síntomas en pacientes respecto a grupos control con placebo.

Esta tesis aborda una posible alternativa a los tratamientos anti-amiloides actuales. A partir del screening de una librería de gamma-péptidos derivados de prolina, hemos identificado un candidato con propiedades relacionadas con la neuritogénesis, y una disminución de los niveles de Aß, por la modulación de la beta-secretasa BACE1.

Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. Nowadays, it affects more than 30 million people worldwide. The disease is characterised by cognitive impairment and behavioural changes. At the pathophysiological level, it is characterised by the accumulation of beta-amyloid peptide (Aß), and tau protein.

Tau protein interacts with tubulin, stabilizing the microtubules and taking part in their polymerization. In the disease, the protein becomes hyperphosphorylated destabilizing the microtubules, and self-aggregates to form paired helical filaments (PHF), and later neurofibrillary tangles (NFT). The amyloid precursor protein (APP), in the disease is processed by beta- and gamma-secretases, resulting in the formation of Aß peptide, in the amyloidogenic pathway, that aggregates forming amyloid plaques. It has been described that oligomeric forms, an intermediate aggregation state, are the most toxic species, and PrPC, that has been described of as having high affinity for Aß oligomers, could be a receptor and a mediator of their toxicity.

PrPC is known for its participation in transmissible spongiform diseases (TSEs), in its pathogenic form called PrPSc, that accumulates in the brain forming aggregates, although amyloid aggregates and a decrease in PrPC levels have also been found. This protein takes part in processes like neuritogenesis or synaptic transmission, and there are evidences that it could have a neuroprotective role in the brain. We have studied the participation of PrPC in AD, in the accumulation Aß, as well as in tau phosphorylation. Our results point to a possible neuroprotective function of PrPC. On the one hand, we have observed that PrPC would regulate tau phosphorylation, caused by oligomeric forms of Aß specifically, and not by insoluble and fibrillary aggregates, by modulating tau expression levels. We have also seen that an overexpression of PrPC correlates with an increase in tau phosphorylation but also with an increase in Aß deposit, pointing to a possible loss of its neuroprotective function.

We have also studied the relation between Aß and PrPC, in TSEs. There are evidences that PrPC regulates Aß levels in AD, and, as there are amyloid aggregates and a decrease in PrPC levels in TSEs, we addressed the role of Aß deposit in prion infectivity. Our results suggest that those deposits do not affect infectivity.

Finally, from a therapeutic point of view, there are only palliative treatments for AD, focused on compensating neurotransmitters that are not well regulated in the brain, like acetylcholine or glutamate. Although there are a lot of alternatives in different clinical phases, some of them showed secondary effects like meningoencephalitis, while others did not improve symptoms in patients. In this work, we suggest an alternative from the screening of a library formed by proline-derived gamma-peptides, from which we have identified a candidate with properties related with neuritogenesis, and a decrease in Aß levels by modulating beta-secretasa BACE1.