Estudo dos efeitos da superexpressão da alfa-sinucleína sobre o tráfego mitocondrial e autofagia em leveduras, células SH-SY5Y e neurônios dopaminérgicos derivados de hiPSC de pacientes com doença de Parkinson

• Main Author: Thaiany Quevedo Melo
• Other Authors: Merari de Fatima Ramires Ferrari
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2016
• Subjects: Autofagia; Degeneração neural; Neurônios; Transporte biológico; Autophagy; Biological trafficking; Neurodegenerative disease; Neurons
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/5/5160/tde-01032017-131637/

A doença de Parkinson é a doença motora neurodegenerativa mais comum do mundo. Agregados proteicos contendo principalmente alfa-sinucleína é a principal marca da doença. Recentemente, tem sido demonstrado que defeitos na dinâmica mitocondrial e da autofagia são causados pelo acúmulo da proteína. No nosso estudo, foram utilizados neurônios derivados de SH-SY5Y ou de hiPSC de pacientes com a doença de Parkinson hereditária, além de leveduras para analisar a dinâmica mitocondrial e da autofagia e o envolvimento de proteínas desses processos na toxicidade da alfa- sinucleína. Foi observado a diminuição do tráfego mitocondrial em neurônios derivados das células SH-SY5Y que expressavam alfa-sinucleína A53T. Além disso a proteína mutante ainda levou ao aumento de espécies reativas de oxigênio, perturbação da autofagia e aumento da sinalização apoptótica. Os neurônios então foram tratados com NAP, um peptídeo neuroprotetor, que preveniu os efeitos tóxicos da alfa-sinucleína mutante. Leveduras contendo deleções nos genes Gem (Miro), Ypt53 (Rab5) e Atg8 (LC3) e expressando alfa-sinucleína dos tipos A30P e A53T, demonstraram que a toxicidade da alfa-sinucleína é dependente das disfunções na mitocôndria e na autofagia. A agregação da alfa-sinucleína A53T foi prevenida na ausência de Gem. Além disso, a toxicidade da proteína envolvendo a disfunção mitocondrial e sinalização apoptótica causada pelo estresse do ER foi dependente dos genes Gem e Atg8, respectivamente. Neurônios derivados de hiPSC de pacientes contendo a triplicação do gene da alfa-sinucleína, mostraram diminuição do transporte de mitocôndrias e do potencial de membrana da mitocôndria. Análises sobre a quantidade de vesículas lisossomais desses neurônios, demonstraram acúmulos dessas vesículas, sugerindo que a autofagia está alterada. Em um ensaio sobre a sensibilidade dos neurônios dopaminérgicos, foi observado que os neurônios contendo a alpha-sinucleína mutante são mais susceptíveis à rotenona, quando comparado com os neurônios dopaminérgicos do controle. A exposição à rotenona também causou mudanças na distribuição de mitocôndrias, sugerindo que o tráfego retrógrado da organela está alterado === Parkinson\'s disease (PD) is the most common motor neurodegenerative disease in the world. Protein aggregates containing mainly alpha-synuclein are a hallmark of disease. Mitochondria and autophagy defects have been suggested to be caused by alpha-synuclein toxicity. In this study, we investigated mitochondria and autophagy dynamics related to alpha-synuclein toxicity in neurons derived form SH-SY5Y cells, hiPSC from patients with familial PD or yeast. We found that SH-SY5Y neuroblastoma cells expressing A53T alfa- synuclein showed significantly inhibited mitochondrial trafficking. A53T alfa- synuclein also caused the highest increase in ROS production in the dysmobilized mitochondria in comparison to wild-type or A30P alfa- synuclein. Treatment with NAP, the 8 amino acid peptide identified as the active component of activity dependent neuroprotective protein (ADNP), completely annihilated the adverse effects of A53T on mitochondrial dynamics. During disruption of retrograde transport, we found disturbed autophagy and increased apoptosis signalization in neurons expressing A53T alpha-synuclein, suggest activation of the apoptosis pathway. Curiously, all groups expressing alpha-synuclein showed decreased levels of BCL-XL, revealing that mitochondria are susceptible to changes in the membrane potential in the presence of alphasynuclein. Nevertheless, treatment with NAP was effective in blocking the apoptosis pathway and restore autophagy. We created a model to study A30P and A53T alpha-synuclein toxicity related to Gem (Miro), Ypt53 (Rab5) and Atg8 (LC3) genes in Saccharomyces cerevisiae in which these genes were knocked down. We found that A30P alpha-synuclein toxicity was dependent on mitochondrial and autophagy dysfunction. A53T alpha-synuclein was more toxic than A30P alpha-synuclein, and its aggregation was dependent on Gem expression. A53T alpha-synuclein toxicity involving damaged mitochondrial and apoptotic signaling caused by ER stress was dependent on Gem and Atg8 genes, respectively. In a study involving dopaminergic neurons derived from hiPSCs from patients containing triplicated alpha-synuclein gene (SNCA3), we reported decreased mitochondrial trafficking and mitochondrial membrane potential, besides accumulation of lysosome vesicles. In a sensitivity assay, SNCA3 neurons demonstrated more susceptibility to rotenone toxicity, which alters intracellular mitochondrial distribution, impairing retrograde transport of the organelle