The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease

Bibliographic Details
Main Author: Fonseca, Tomás Ribeiro da Silva Lopes da, 1987-
Publication Date: 2015
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/10451/28900
Summary: Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2016
id RCAP_6ffb2545600bb553cd3ec97df5c5f43c
oai_identifier_str oai:repositorio.ulisboa.pt:10451/28900
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s diseaseAlfa-sinucleínaDoença de ParkinsonCorpos de LewyDoenças neurodegenerativasNeurociênciasTeses de doutoramento - 2016Domínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina BásicaTese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2016Parkinson’s disease (PD) is the most common neurodegenerative disorder with motor impairment. While PD is clinically well characterized, the molecular and cellular basis underlying both the onset and progression of the disorder are still unknown. Gaining deeper knowledge on PD pathophysiology has been hindered by the fact that only a minority of PD patients have a defined genetic cause, with the remaining 90% of the cases being classified as sporadic. Thus far, mutations in more than 20 genes are considered risk factors for developing PD. These PDrelated genes are linked to several distinct intracellular pathways, hardening the quest to pinpoint the exact molecular imbalance responsible for PD onset. One of these pathways, the Endolysosomal, has recently gained notoriety due to its importance in alpha-Synuclein homeostasis (α-Syn). α-Syn is a small protein with unknown function and, perhaps, the most extensively studied in PD context. Several point mutations and gene multiplications in α-Syn gene, SNCA, have been linked to PD and the protein is found in Lewy Bodies (LB), the pathological hallmark of the disease. In the Endolysosomal machinery another PD-associated protein has been under the spotlight: ATP13A2. This protein is a transmembrane ATPase located at the late endosomes and lysosomes, with yet unknown function, that is also present in LB. In the last years important steps have been taken towards understanding the interplay between ATP13A2 and α-Syn, with contradictory results reported. Inarguable though is that ATP13A2 can, at least partially, affect the intracellular fate of α-Syn. Our work confirms that the Endolysosomal pathway plays an important role in α-Syn homeostasis. We start by showing that two proteins members of this pathway, Raba8a and ATP13A2, could alter α-Syn aggregation in a well-established cellular model. Nevertheless, while we found that Raba8a exerts its effect by direct binding to α-Syn, the PD-associated protein ATP13A2 may affect specific cellular mechanisms. We describe that, in human cells, a mutation in ATP13A2, a duplication of 22 base pairs (Dup22), enhances α-Syn aggregation and increases its resistance to proteinase K digestion. The mutated protein could also promote the formation of oligomers and higher α-Syn molecular weight species. In addition, the dynamics between α-Syn and ATP13A2 Dup22 can severely impact cellular homeostasis. Here we report that α-Syn and ATP13A2 Dup22 can be found in a reticular, membranar structure, which we found to be composed by endoplasmic reticulum (ER). This alteration in the ER morphology was correlated with an unmitigated increase in ER stress that culminates with the activation of apoptotic pathways and cell death. Besides ER changes we also identified significant alterations in mitochondria morphology, along with increased susceptibility to oxidative stress. Altogether our work provides novel insights into the effect of Endolysosomal proteins on α-Syn. Additionally we describe that the interaction of two PDassociated proteins, ATP13A2 and α-Syn, may trigger a cascade of deleterious intracellular events that involve ER stress and mitochondria alterations, and ultimately lead to cell death. Most importantly, our findings shed new light on the cellular dyshomeostasis that may underlie the development of PD.A doença de Parkinson (PD) é a condição neurodegenerativa com sintomas motores mais comum. Embora o quadro clínico da doença esteja bem caracterizado, os mecanismos moleculares e celulares responsáveis pelo seu aparecimento e progressão são ainda desconhecidos. O estudo aprofundado sobre a patofisiologia de PD tem sido dificultado pelo escasso número de pacientes que apresentam uma causa genética definida, sendo que aproximadamente 90% dos casos são classificados como esporádicos. Atualmente, um total de 20 genes são considerados factores de risco para o aparecimento de PD. O envolvimento desses genes em diferentes mecanismos intracelulares confere complexidade adicional à investigação da causa da doença. Um desses mecanismos é a via endo-lisossomal, a qual tem recentemente ganho relevo devido à sua importância na homeostasia da proteína alpha-sinucleina (α-Syn). A α-Syn é uma proteína com função desconhecida e, provavelmente, a mais estudada no contexto de PD. Várias mutações e multiplicações no gene da α-Syn, SNCA, foram descritas em doentes com PD e a proteína está presente nos Corpos de Lewy (LBs), considerados um dos principais marcos histopatológicos da doença. A via endo-lisossomal é regulada por várias proteínas, sendo que a ATP13A2 tem merecido destaque por estar geneticamente associada a PD. Esta proteína é uma ATPase transmembranar com localização nos endossomas e lisossomas. À semelhança da α-Syn, a ATP13A2 é também encontrada nos LBs e a sua função é ainda desconhecida. Nos últimos anos têm sido dados passos importantes para melhor compreender a interação entre estas duas proteínas, embora resultados contraditórios tenham sido descritos. Apesar de algumas discrepâncias, é indiscutível que a ATP13A2 afecta, pelo menos parcialmente, o destino intracelular da α-Syn. O nosso estudo confirma que a via endo-lisossomal desempenha um papel crucial na homeostasia da α-Syn. Inicialmente, mostramos que duas proteínas que intervêm nesta via, ATP13A2 e Raba8a, têm a capacidade de alterar a formação de inclusões intracelulares de α-Syn. No entanto, embora a Raba8a exerça o seu efeito através de uma interação direta com a α-Syn os nossos resultados indicam que a ATP13A2 afecta mecanismos intracelulares específicos. Em células humanas, uma mutação familiar na ATP13A2, que consiste na duplicação de 22 pares bases no gene (Dup22), aumenta a formação de inclusões de α-Syn e a sua resistência à digestão com proteinase K. Esta proteína mutada é também capaz de promover a formação de oligómeros e espécies de peso molecular superior de α-Syn. Paralelamente, a dinâmica de interação entre α-Syn e ATP13A2 Dup22 tem um efeito severo na homeostasia celular. Neste trabalho reportamos que a α-Syn e a ATP13A2 Dup22 co-localizam em estruturas reticulares membranosas, as quais descobrirmos serem compostas por reticulo endoplasmático (ER). Esta alteração da morfologia do ER está associada a um aumento do stress do ER, que culmina na ativação de mecanismos apoptóticos e morte celular. Para além do ER, também observámos alterações significativas na morfologia da mitocôndria acompanhada por um aumento de susceptibilidade a stress oxidativo. Em resumo, estes resultados oferecem novos conhecimentos sobre o efeito de proteínas associadas à via endo-lisossomal na homeostasis da α-Syn. Adicionalmente descrevemos que a interação de duas proteínas associadas a PD, ATP13A2 e α-Syn, ativa uma cascata perniciosa de eventos intracelulares que envolvem stress do ER e alterações na mitocôndria, e culminam em morte celular. Mais importante, estas descobertas fornecem uma melhor compreensão dos mecanismos celulares que poderão influenciar o aparecimento da doença de PD.Outeiro, Tiago Fleming, 1976-Repositório da Universidade de LisboaFonseca, Tomás Ribeiro da Silva Lopes da, 1987-2019-05-16T00:30:14Z201620152016-01-01T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/28900TID:101386974enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-17T13:42:26Zoai:repositorio.ulisboa.pt:10451/28900Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T02:51:54.082303Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
title The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
spellingShingle The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
Fonseca, Tomás Ribeiro da Silva Lopes da, 1987-
Alfa-sinucleína
Doença de Parkinson
Corpos de Lewy
Doenças neurodegenerativas
Neurociências
Teses de doutoramento - 2016
Domínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina Básica
title_short The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
title_full The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
title_fullStr The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
title_full_unstemmed The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
title_sort The interplay between alpha-synuclein and ATP13A2 : towards the understanding of the molecular basis of Parkinson’s disease
author Fonseca, Tomás Ribeiro da Silva Lopes da, 1987-
author_facet Fonseca, Tomás Ribeiro da Silva Lopes da, 1987-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Outeiro, Tiago Fleming, 1976-
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Fonseca, Tomás Ribeiro da Silva Lopes da, 1987-
dc.subject.por.fl_str_mv Alfa-sinucleína
Doença de Parkinson
Corpos de Lewy
Doenças neurodegenerativas
Neurociências
Teses de doutoramento - 2016
Domínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina Básica
topic Alfa-sinucleína
Doença de Parkinson
Corpos de Lewy
Doenças neurodegenerativas
Neurociências
Teses de doutoramento - 2016
Domínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina Básica
description Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2016
publishDate 2015
dc.date.none.fl_str_mv 2015
2016
2016-01-01T00:00:00Z
2019-05-16T00:30:14Z
dc.type.driver.fl_str_mv doctoral thesis
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/28900
TID:101386974
url http://hdl.handle.net/10451/28900
identifier_str_mv TID:101386974
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833601509510610944

Similar Items