Mecanismos de neuroprotección mediante la modulación de SIRT1

Abstract

El aumento de la esperanza de vida poblacional que ha tenido lugar en las últimas décadas, previsiblemente conducirá a un incremento de la incidencia de enfermedades asociadas con la edad, incluyendo la demencia. La principal causa de demencia es la enfermedad de Alzheimer (AD) contra la que no existen tratamientos efectivos, por lo que se está convirtiendo en un obstáculo para el envejecimiento saludable. Es de gran interés científico y social la búsqueda de nuevas dianas terapéuticas para disminuir el riesgo de AD y la severidad de la patología una vez desencadenada.

En esta tesis se estudia la vía de longevidad y neuroprotección de SIRT1, una desacetilasa que tiene una actividad antienvejecimiento en cuanto a su contribución al mantenimiento de la fisiología celular. Estudios previos sugieren que puede ser eficaz contra aspectos de la patología neuronal de tipo amiloide y tau que cursa en AD.

El objetivo general es definir la vía de SIRT1 como diana terapéutica en AD. El estudio se ha llevado a cabo en ratones 3xTg-AD y cultivos neuronales de estos ratones, como modelos experimentales in vivo e in vitro, respectivamente, de AD.

La investigación se ha desarrollado en los siguientes tres estudios:

Estudio 1: Se demuestra que la sobreexpresión de SIRT1 mediante la inyección de un vector lentiviral en el hipocampo de ratones 3xTg-AD induce protección de la pérdida cognitiva, ya que los ratones 3xTg- SIRT1 muestran memoria y capacidad de aprender durante los diferentes ensayos de comportamiento. Los análisis muestran que los ratones 3xTg-SIRT1 favorecen la vía no amiloidogénica de la proteína APP mediante el aumento de la expresión de ADAM10. El incremento de los niveles de los factores neurotróficos BDNF y VEGF analizados en el hipocampo también adquiere importancia en la protección cognitiva ya que favorecen la plasticidad neuronal. Es notable el hecho de que el efecto pro-cognitivo inducido por la sobreexpresión de SIRT1 se detecta también en ratones control.

Estudio 2: Mediante los cultivos de neuronas 3xTg-SIRT1 se demuestra un aumento de las vías de degradación por las que disminuye el péptido Aβ, con aumento de la proteína IDE y del sistema ubiquitina- proteasoma. La activación de la vía no amiloidogénica de procesamiento de la APP promovida por SIRT1 contribuye a la disminución de Aβ. La diminución de p-tau se produce a través de la desacetilación de la proteína ac-tau que induce su degradación por el proteasoma. El aumento de los niveles de factores neurotróficos y la mejora de la arborización es otro de los mecanismos implicados en la neuroprotección inducida por SIRT1 y se observa en neuronas 3xTg-AD y en neuronas control. Igualmente destacable es el hecho que la activación de las vías de proteólisis de proteínas anormales se detecta también en las neuronas control.

Estudio 3: El ensayo de dos moléculas activadoras de SIRT1 que pueden ingerirse con la dieta, resveratrol y melatonina, ha demostrado sus efectos neuroprotectores en ratones 3xTg-AD. Los análisis realizados muestran que el tratamiento con melatonina o con resveratrol induce una actividad recuperadora de la capacidad cognitiva y neuroprotectora de la patología AD. Los mecanismos estudiados demuestran la implicación de la vía SIRT1.

En esta tesis se ha demostrado que la activación farmacológica de SIRT1 puede ser una buena estrategia terapéutica para prevenir y proteger contra los procesos neurodegenerativos, ya que los beneficios incluyen: (i) la total preservación de la capacidad cognitiva, (ii) una extraordinaria protección contra la patología amiloide y tau, (iii) activación de las vías de proteólisis de proteínas anormales, y (iv) activación del neurotrofismo.

The progressive gain of human life expectancy has led to an increase of the incidence of age-related neurodegenerative diseases. Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia, so is becoming an obstacle to healthy aging. SIRT1 is a member of the sirtuin family of enzymes that promotes longevity and cell survival through the regulation of the acetylation homeostasis of key proteins. This thesis examines the SIRT1 pathway as a therapeutic target in AD. The study has been carried out in the AD mouse model 3xTg-AD and its control strain, and in neuronal cultures of these mice.

SIRT1 overexpression by injecting a lentiviral vector into the hippocampus of 3xTg-AD mice induced protection against cognitive loss. Results showed that SIRT1 favors the non-amyloidogenic pathway by increasing ADAM10 expression. Also, the increased levels of neurotrophic factors promoted neuronal plasticity and cognitive protection. The pro-cognitive effect induced by SIRT1 overexpression was also detected in the control mice.

SIRT1 overexpression in the 3xTg-AD neuron cultures demonstrated an increase in the Aβ degradation pathways, with an increase in the IDE protein and in the ubiquitin-proteasome system. Activation of the non-amyloidogenic pathway promoted by SIRT1 contributed to the decrease of Aβ. The decrease of p-tau occurs through the deacetylation of the ac-tau protein, which induces its degradation by the proteasome. The activation of abnormal protein proteolysis pathways were also detected in control neurons. Increased levels of neurotrophic factors and improved arborization were induced by SIRT1 in AD-like and in control neurons.

The assay of resveratrol and melatonin, SIRT1 activators that can be ingested with the diet, demonstrated the neuroprotective effects in 3xTg-AD mice. Treatment with melatonin or resveratrol induced an activity that recovered the cognitive function and decreased AD pathology. The mechanisms studied demonstrated the involvement of the SIRT1 pathway.

This thesis has shown that the pharmacological activation of SIRT1 may be a good therapeutic strategy to prevent and protect against neurodegenerative processes, since the benefits include: (i) total preservation of cognitive ability, (ii) protection against amyloid and tau pathology, (iii) enhancement of cell proteostatic mechanisms, and (iv) activation of neurotrophism.