A. C. elegans model for X-linked adrenoleukodystrophy : roles of pmp-4 fatty acid transporter in the nervous system

Abstract

X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) is an inherited neurodegenerative disorder. The genetic bases for all its different phenotypic variants are mutation in the gene encoding the peroxisomal ATP-binding cassette (ABC) transporter ABCD1, which transports very long chain fatty acids from the cytosol into the peroxisome for its degradation. The default manifestation of mutation in ABCD1 is adreno myeloneuropathy (AMN), a slow, progressive dying-back axonopathy affecting both ascending and descending spinal cord tracts as well as in some cases, peripheral neuropathy. In the present study, we use the invertebrate model organism Caenorhabditis elegans to generate a new nematode model of X-ALD. We reveal that the pmp-4(ok396) deletion mutant reproduces the main features of X-ALD such as lipid accumulation, increased mitochondrial oxidative stress, axonopathy and altered locomotion. Given the evidence that oxidative stress plays an important role in VLCFA-induced pathogenesis of ALD, therapeutic efforts aimed at the removal of free-radicals, prevention of their formation, or restoration of ETC function seem promising. Indeed, here we describe the mitochondria-specific pharmacological effects of MitoQ in protecting against VLCFA-induced toxicity and oxidative stress and its ability to rescue the observed X-ALD phenotypes on pmp-4(ok396) mutant worms.

La adrenoleucodistrofia ligada al cromosoma X (ALD-X) es un trastorno neurodegenerativo hereditario, causado por mutaciones en ABCD1. Este gen codifica para un transportador peroxisomal que importa ácidos grasos de cadena muy larga (AGCML) del citosol hacia el peroxisoma para su posterior degradación. La adrenomieloneuropatía (AMN) es la variante fenotípica en adultos y se manifiesta como un axonopatia de progresión lenta en la médula espinal. En este estudio utilizamos el gusano Caenorhabditis elegans para generar un nuevo modelo de ALD-X. Observamos que el mutante pmp-4(ok396) reproduce las principales características de la ALD-X (acumulación de lípidos, incremento del estrés oxidativo mitocondrial, axonopatía y locomoción alterada). Basándonos en evidencias que el estrés oxidativo inducido por acumulación de AGCML juega un papel importante en la patogénesis, estrategias enfocadas en la eliminación de radicales libres, prevención de su formación o normalización de la función de la cadena de transporte de electrones mitocondrial, poseen un prometedor potencial terapéutico. Aquí demostramos que el compuesto MitoQ actua a nivel mitocondrial protegiendo en contra del estrés oxidativo y rescata los fenotipos ALD-X en los gusanos pmp-4(ok396).

La adrenoleucodistròfia lligada al cromosoma X (ALD-X) és un trastorn neurodegeneratiu hereditari, causat per mutacions en ABCD1. Aquest gen codifica per un transportador peroxisomal que importa àcids grassos de cadena molt llarga (AGCML) del citosol cap al peroxisoma per a la seva posterior degradació. La adrenomieloneuropatía (AMN) és la variant fenotípica en adults i es manifesta com una axonopatia de progressió lenta en la medul•la espinal. En aquest estudi utilitzem el cuc Caenorhabditis elegans per generar un nou model d'ALD-X. Observem que el mutant pmp-4 (ok396) reprodueix les principals característiques de l'ALD-X (acumulació de lípids, increment d'estrès oxidatiu mitocondrial, axonopatia i locomoció alterada). Basant-nos en les evidències que l'estrès oxidatiu induït per acumulació d’AGCML juga un paper important en la patogènesi, estratègies enfocades en eliminar radicals lliures, prevenirla seva formació o normalitzar la funció de la cadena de transport d'electrons mitocondrial, posseeixen un prometedor potencial terapèutic. Aquí, demostrem que el compost MitoQ actua a nivell mitocondrial protegint en contra de l'estrès oxidatiu i rescatant els fenotips ALD-X en els cucs pmp-4 (ok396).