Neuroprotección conferida por agonistas PPARs E IGF-1 y su impacto en vías de supervivencia en dos modelos in vitro de la enfermedad de Krabbe

Abstract

La enfermedad de Krabbe (KD, del inglés Krabbe disease) es un desorden neurodegenerativo fatal, causado por mutaciones en el gen para la enzima lisosomal galactocerebrosidasa (GALC), con la consecuente acumulación de galactosilesfingosina (psicosina), esfingolípido altamente tóxico, que genera muerte severa de oligodendrocitos y otros tipos celulares. Los Receptores Activados por el Proliferador Peroxisomal (PPARs), son receptores nucleares conformados por al menos tres tipos: PPARα PPARγ y PPARβ, todos ellos expresados en el oligodendrocito donde no es completamente clara su función. Los receptores PPARs regulan la expresión génica a través del reconocimiento y unión a los denominados "Elementos reguladores de Respuesta a PPAR" (PPREs) presentes en la región promotora de los genes diana. Han sido intensamente documentados por cumplir un importante papel en la regulación de la expresión de genes implicados en el metabolismo de lípidos, aumentar la sensibilidad a la insulina, y recientemente estudiados por mitigar la inflamación en patologías neurológicas y asociados a algunos tipos de cáncer entre otros. Por otro lado, se ha demostrado que la acumulación de psicosina en las neuronas provoca severos daños en los axones, que pueden ser causados por alteraciones en los mecanismos de transporte axonal, y que se presentan incluso antes de la muerte celular y la desmielinización. Con el presente trabajo, se pretende estudiar los mecanismos moleculares involucrados en el desencadenamiento de la muerte celular mediados por la acumulación de psicosina y los efectos del factor de crecimiento IGF-1 y de los agonistas de PPARs sobre la supervivencia de una línea celular oligodendroglial, en dos modelos distintos de KD. Se estudió la regulación a la baja de la proteína GALC, y su efecto sobre la supervivencia de oligodendrocitos, las vías de supervivencia celular PI3K/AKT y ERK1/2. Adicionalmente, se estudió la distribución y movilización axonal de la psicosina para determinar su relación con la axonopatía y muerte neuronal. Aunque se ha avanzado en la comprensión de ésta enfermedad, se conoce poco acerca del mecanismo molecular que dispara la activación de las vías de apoptosis y por ende el desarrollo/progresión de la enfermedad sigue siendo poco entendido. Los resultados obtenidos en la presente investigación sugieren que la muerte celular producida por la psicosina puede ser atenuada mediante la activación de las vías de neuroprotección mediadas por IGF-1 y la regulación transcripcional de los PPARs. Conjuntamente, se propone un modelo de acumulación de la psicosina en la mielina y las neuronas.

Abstrct. Krabbe disease (KD), also known as globoid cell leukodystrophy, is an autosomal recessive neurodegenerative disease caused by the genetic deficiency of galactocerebrosidase (GALC), a lysosomal enzyme responsible for the degradation of several glycosphingolipids like galactosylsphingosine (psychosine) and galactosylceramide. The resulting accumulation of psychosine generates severe cell death, neurodegeneration and demyelination. Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)α, β, and γ are members of the nuclear receptor family of ligand-dependent transcription factors that regulate diverse aspects of energy homeostasis, lipid and lipoprotein metabolism, and glucose homeostasis through binding to PPAR-response elements (PPRE),which are located in the promoter region of target genes. All of them are expressed in oligodendrocytes but their function is not fully understood. PPARs have also emerged as key regulators of inflammatory and immune responses, opening a new area for the development of therapeutic drugs useful in the treatment of some types of cancer and chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis, obesity-induced insulin resistance, and neurodegenerative diseases. In addition, it has been shown that the accumulation of psychosine in neurons causes severe damage to axons, which can be caused by alterations in axonal transport mechanisms, and this axonophathy is generated even before cell death and demyelination. This work aims to study the molecular mechanisms involved in triggering cell death mediated by the accumulation of psychosine in two in vitro models of KD. Istudied the downregulation of GALC protein and its effect on survival of oligodendrocytes and the survival pathways PI3K/AKT and ERK1/2.I also evaluated pharmacological alternatives such as PPAR agonists and IGF-1.Finally, I analyzed the distribution and axonal mobilization of psychosine to determine their relationship with axonopathy and neuronal death. Although some progress has been made in the understanding of this disease, little is known about the molecular mechanism that generates the activation of apoptotic pathways and thus the development / progression of the disease remains poorly understood. The results obtained in this investigation suggests that cell death triggered by psychosine accumulation can be attenuated by activation of neuroprotective pathways associated with IGF-1 and transcriptional regulation of PPARs. Further, a model of accumulation of psychosine in myelin and neurons is proposed.