Development of therapeutic strategies for amyotrophic lateral sclerosis

Abstract

L’esclerosis lateral amiotròfica (ELA) és una malaltia neurodegenerativa devastadora, per la qual actualment no existeix cap tractament. L’ELA es caracteritza per la pèrdua progressiva de motoneurones (MN) tan superiors com inferiors i la consegüent atrofia muscular. A dia d’avui es desconeix el mecanisme molecular específic que promou la mort de les MN, però s’ha relacionat amb diferents processos que inclouen tant les MN com les cèl·lules del voltant com pot ser l’estrès oxidatiu, la inflamació o l’agregació de proteïnes com la superòxid dismutasa 1 (SOD1). En aquesta tesis nosaltres proposem dues estratègies terapèutiques per L’ELA: incrementar l’eficiència de silenciament de la proteïna mutada SOD1 mitjançant teràpia gènica i estudiar el rol de l’àcid lisofosfatídic (LPA) com a mediador de la inflamació, en la fisiopatologia de l’ELA. En el primer capítol, amb l’objectiu de reduir els nivells de RNA de la proteïna mutada SOD1, nosaltres administrem oligonucleòtids antisentit (ASO) conjugats a lligands específics per tal d’incrementar la seva internalització a les cèl·lules. Els resultats presentats revelen la eficient internalització d’aquesta teràpia a neurones i cèl·lules glials. A més, la conjugació del ASO amb el lligand DCPP redueix de manera més eficient els nivells de RNA de SOD1 que no pas els ASO no conjugats. Tot i això l’administració del ASO conjugat al lligand DCPP en els ratolins SOD1G93A, el model experimental de ALS, no presenten afectes terapèutics. Pel que fa el segon capítol, com que la inflamació és un tret comú de la majoria de les condicions neurològiques i sabent que el receptor LPA2 contribueix en la fisiopatologia de la lesió medul·lar, ens preguntem si l’LPA podria contribuir en la fisiopatologia de l’ELA. Per això vam creuar ratolins nuls pel receptor LPA2 amb ratolins SOD1G93A. Els resultats demostren que l’absència del receptor LPA2 retarda la progressió de la malaltia i evita l’atròfia muscular en ratolins SOD1G93A. Col·lectivament els resultats que presentem en aquesta tesis aporten nova informació que podria servir per desenvolupar estratègies pel tractament de l’ELA.

La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurodegenerativa devastadora, por la cual actualmente no existen ningún tratamiento. La ELA se caracteriza por la pérdida progresiva de motoneuronas (MN) superiores e inferiores y la consiguiente atrofia muscular. Hoy en día se desconocen los mecanismos moleculares específicos que promueven la muerte de estas MN, aunque se han relacionado con múltiples procesos que incluyen tanto las MN como las células subyacentes, tales como el estrés oxidativo, la inflamación o la agregación de proteínas como la superóxido dismutasa 1. En esta tesis nosotros proponemos dos estrategias terapéuticas para el ELA: incrementar la eficiencia del silenciamiento de la proteína mutada SOD1 mediante terapia génica y estudiar el rol del ácido lisofosfatídico (LPA) como mediador de la inflamación, en la fisiopatología del ELA. En el primer capítulo, con el objetivo de reducir los niveles de RNA de la proteína mutada SOD1, administramos oligonucleótidos antisentido (ASO) conjugados a ligandos específicos, por así incrementar su internalización a las células. Los resultados presentados revelan la eficiente internalización de esta terapia en neuronas y células gliales. Además, la conjugación del ASO con el ligando DCPP reduce de manera más eficiente que los ASO no conjugados, los niveles de RNA de SOD1 en los ratones SOD1G93A. Sin embargo, la administración del ASO conjugado con el ligando DCPP en los ratones SOD1G93A no presenta efectos terapéuticos. En el segundo capítulo, como la inflamación es un factor común en varias condiciones neurológicas y sabiendo que el receptor LPA2 contribuye en la fisiopatología de la lesión medular, nos preguntamos si el LPA podría contribuir en la fisiopatología del ELA. Por esto cruzamos ratones nulos por el receptor LPA2 con ratones transgénicos SOD1G93A. Nuestros resultados demuestran que la ausencia del receptor LPA2 retarda la progresión de la enfermedad y evita la atrofia muscular en ratones SOD1G93A. Colectivamente los resultados presentados en esta tesis aportan nueva información que podrían servir para desarrollar estrategias para el tratamiento de la ELA.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devasting neurodegenerative disorder with no effective treatment currently available. ALS is characterized by the progressive loss of both upper and lower motoneuron (MN) and the consequent muscle atrophy. Nowadays the specific molecular mechanism that underline the MN death is unknown, however has been related several dysfunction mechanisms in MNs and the surrounding cells, such: oxidative stress, inflammation or aggregation of aberrant proteins like superoxide dismutase 1 (SOD1). In this thesis we propose two therapeutic strategies for ALS: increase the silencing efficiency of the mutated SOD1, by means of gene therapy and study the role of the lysophosphatidic acid (LPA) in the pathophysiology of ALS.

In the first chapter, with the aim to reduce the RNA levels of the SOD1 mutated, we administrated antisense oligonucleotide (ASO) conjugated to specific ligands to increase the internalization of the molecule. The results present here reveal the efficient internalization of the therapy in neurons and glia cells. Furthermore, the conjugated- ASO with the ligand DCPP reduce more efficiently than the unconjugated ASO, the SOD1 RNA levels in the SOD1G93A mice, an experimental model of ALS. However, the administration of the conjugated-ASO with the ligand DCPP in the SOD1G93A mice, does not present therapeutic effects.

In the second chapter, since inflammation is a hallmark of most neurological conditions and LPA2 has been reported that contribute to the pathophysiology of spinal cord injury, we wonder if LPA could be involved in the pathophysiology of ALS. To assess whether activation of LPA2 contributes to ALS, we crossed LPA2 null with SOD1G93A mice. Our results reveal that the absence of LPA2 delays onset and progression of the disease and prevent the muscle atrophy in ALS mice.

Collectively the results presented here provide more novel data that could underline new therapeutic strategies for ALS.