Paper del canal de clorur CIC-2 en les patologies de la mielina

Abstract

La Leucoencefalopatia Megalencefàlica amb Quists subcorticals (MLC) és un tipus rar de leucodistròfia vacuolitzant de progressió lenta, que presenta com a principals característiques clíniques macrocefàlia acusada durant els primers anys de vida, deteriorament de les funcions motores, epilèpsia i retard mental de grau mig. Actualment encara es desconeix el mecanisme fisiopatològic de la malaltia, i per tant ni hi ha cap tractament possible per als pacients. S’han descrit dos gens implicats en la malaltia MLC. El primer gen descobert s’anomena MLC1 i codifica per una proteïna de membrana que porta el mateix nom. El segon gen s’anomena GLIALCAM i codifica per una proteïna transmembrana de tipus I que també porta el mateix nom. S’ha decrit que la proteïna GlialCAM actua com a subunitat ß de MLC1 ja que es capaç de dirigir-la i concentrar-la a les unions cel·lulars. Per altra banda, GlialCAM també s’ha descrit com a subunitat auxiliar del canal de Cl- ClC-2 ja que és capaç de modificar les propietats d’activació i rectificació del canal. Recentment s’ha descrit mutacions en ClC-2 associades a un tipus de leucodistròfia vacuolitzant. L’objectiu general d’aquesta Tesi és avançar en la comprensió del possible mecanisme d’acció i la funció de la proteïna GlialCAM i ClC-2 i així aprofundir en el coneixement de en el seu paper en les cèl·lules glials així com en la fisiopatologia de les leucoencefalopaties vacuolitzants. Per a realizar aquest objectiu es van realitzar estudis d’estructura-funció de GlialCAM mitjançant la caracterització bioquímica i funcional de noves mutacions en GLIALCAM associades a MLC. S’ha obtingut una classificació de les mutacions en GLIALCAM en funció del defecte que presentaven. S’ha descrit mutacions defectives en la expressió proteica, defectives en la homooligomerització i en el tràfic a les unions cel·lulars, defectives únicament en el tràfic cel·lular, mutacions sensibles a la manca de MLC1 i mutacions defectives en la internalització de la proteïna. Paral·lelament es va aprofundir en la relació bioquímica entre GlialCAM i ClC-2 a partir de l’estudi bioquímic i funcional de mutacions en CLCN2 associades a leucoencefalopaties vacuolitzants. S’ha observat que GlialCAM augmenta la funció del canal ClC-2 a través de la modificació del gating del canal i de la estabilització de ClC-2 a la membrana plasmàtica però no sembla que millori la sortida de ClC-2 del reticle endoplasmàtic. A més, aquesta estabilització requereix de la formació d’homocomplexes de GlialCAM. Per últim, es va generar i caracteritzar un model knock-down de la proteïna ClC-2 per aprofundir el paper de ClC-2 en els astròcits. Així com també es va avançar en la relació bioquímica i funcional entre GlialCAM i ClC-2 en la fisiologia astrocitària. S’ha descrit que en astròcits en cultiu en condicions d’alta concentració de K+, similar al que succeiria en situacions d’alta activitat neuronal, ClC-2 es transloca de l’aparell de Golgi a les membranes cel·lulars, modificant les seves propietats funcionals per l’efecte de GlialCAM. En canvi, en astròcits deficients de MLC1, ClC-2 es troba retinguda citoplasmàticament. Aquest fet, indicaria que aquestes proteïnes podrien tenir un paper en el procés de sifoneig del K+, i per tant, la deslocalització de ClC-2 podria donar lloc a un desordre en l’homeòstasi d’aigua i ions.

Megalencephalic Leukoencephalopathy with subcortical Cysts (MLC) is a rare type of vacuolating leukodystrophy. Currently still unknown pathophysiological mechanism of the disease, and therefore there is no effective treatment possible for patients. There are two genes involved in the MLC disease. Gene was first discovered was MLC1 and this encodes for a membrane protein with the same name. The second gene is called GLIALCAM and encodes for a transmembrane protein type I that also carries the same name. In our group is has been described that GlialCAM acts as a protein ß subunit of MLC1 because it is able to direct and concentrate in the cellular junctions. Moreover, GlialCAM also act as auxiliary subunit of CLC-2 Cl channel as it is capable of modifying the activation and rectification properties of the channel. Recently, mutations in ClC-2 have been associated with a rare type of vacuolating leukodystrophy. The principal aim of this study is to advance in the knowledge of GlialCAM and ClC-2 in the glial cells and into the pathogenesis of vacuolating leukodistrophies. To accomplish the study, the group performed a biochemical and funcional characterization of new mutations in GLIALCAM associated with MLC. We suggest that the HEPACAM mutations described up to now can be classified in several groups. Some mutations can affect GlialCAM protein expression, affect its ability to cis-homooligomerize and consequently reduce their localization in cell–cell junctions. Some mutations can affect specifically only transinteractions between GlialCAM molecules or may be unstable without MLC1 and finally some mutations affect the protein internalization. Parallel progress was made in the biochemical relationship between GlialCAM and ClC-2 from biochemical and functional studies of mutations in CLCN2 associated with vacuolating leukodystrophies. GlialCAM has been observed to increase ClC-2 function by the modification of its gating and the stabilization of ClC-2 in the plasma membrane. In addition, the stabilization requires a previous formation of GlialCAM’s homocomplexes. Finally, a knock-down model of the CLC-2 protein was generated and characterized to deepen the role of CLC -2 astrocytes. As well as progress was made in biochemistry and functional relationship between CLC -2 and GlialCAM in the astrocitic physiology. It has been reported that astrocytes cultured in conditions of high concentrations of K + , similar to what happens in situations of high neuronal activity , CLC -2 translocates from the Golgi apparatus to the cell membrane , changing the its functional properties for the purpose of GlialCAM . However, in MLC1 deficient astrocytes, CLC -2 is retained intracellularly. This would indicate that these proteins could play a role in the potassium siphoning, and therefore the relocation of CLC -2 could lead to disorder in the homeostasis of water and ions.