"Deciphering the role of αβ-crystallin in huntington’s disease"
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| Publication Date: | 2016 |
| Language: | eng |
| Source: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Download full: | http://hdl.handle.net/10451/28882 |
Summary: | Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2017 |
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"Deciphering the role of αβ-crystallin in huntington’s disease"Cadeia B de alfa-cristalinaDoença de HuntingtonDoenças neurodegenerativasNeurociênciasTeses de doutoramento - 2017Domínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina BásicaTese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2017Huntington's disease (HD) is caused by an expanded polyglutamine (polyQ) tract in the huntingtin (Htt) protein. The polyQ expansion increases the propensity of Htt to aggregate and accumulate, and manipulations that mitigate protein misfolding or facilitate the clearance of misfolded proteins are predicted to slow disease progression based on studies in HD models. αB-crystallin (αBc) or HspB5 is a well-characterized member of the small heat shock protein (sHsp) family that reduces mutant Htt (mHtt) aggregation and toxicity in vitro and in Drosophila models of HD. Here, we determined if overexpressing or diminishing αBc levels in vivo modulates aggregation and the onset and progression of disease in a full-length mouse model of HD known as the BACHD mice. Expression of sHsps in neurodegenerative disease predominantly occurs in non-neuronal cells, and in the brain, αBc is mainly found in astrocytes and oligodendrocytes. In Chapter 3, we show that directed αBc overexpression in astrocytes improves motor performance in rotarod and balance beam tests, and improves cognitive function in the BACHD mice. Improvement in behavioral deficits correlated with mitigation of neuropathological features commonly observed in HD. Interestingly, astrocytic αBc overexpression was neuroprotective against neuronal cell loss in BACHD brains, suggesting αBc might act in a non-cell-autonomous manner. At the protein level, αBc decreased the levels of soluble mHtt and decreased the size of mHtt inclusions in BACHD brain. These results support a model in which elevating astrocytic αBc confers neuroprotection through a putative non-cell-autonomous pathway that modulates mHtt aggregation and protein levels. In Chapter 4, we attempted to elucidate the non-autonomous mechanism by which overexpressing astrocytic αBc confers neuroprotection in the progression of the disease of the BACHD mice. Several essential cellular pathways are impaired in neurological disorders such as HD. Among others, activation of caspase-3 pathways as well as formation of carbonyl species are oxidative stress hallmarks of HD pathology, and αBc has been reported to play a role in these mechanisms. Our studies, looking at mRNA and protein levels from BACHD mice as well as from primary cells (astrocytic and neuronal), found no significant differences in caspase-3 activation, and in expression of several HD markers, e.g., Glucose transporter 1 (Glut1), dopamine receptor 1 (DR1) and dopamine receptor 2 (DR2), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), in this disease context. Despite not finding a significant difference, when looking at the formation of protein carbonyls (derived from oxidative stress), we found a small trend towards a decrease of the levels of these species when αBc was overexpressed in astrocytes, both in brains and primary cultures of BACHD. These data may support the potential antioxidant effect of αBc in the context of HD pathology. In Chapter 5, we hypothesized that αBc deficiency would accelerate HD disease severity and progression, as previously observed in a mouse model of Alzheimer’s Disease (AD). We tested this hypothesis by crossing mice null for αBc (and HspB2) to BACHD mice and monitoring behavioral and neuropathological symptoms of HD during disease progression. Our study showed that genetic deficiency of αBc (and HspB2) did not aggravate disease progression. Taken together, the results presented in this thesis provide novel insight into the role of αBc and its function on essential cellular pathways in the context of HD. This work also supports the emerging significance of non-neuronal cells in chronic diseases such as HD suggesting adaptive and differential responses that might contribute to and/or provide a route to therapy of distinct aspects of neurodegeneration. Ultimately, this knowledge aims to promote and highlight the impact and role of sHsps, specifically αBc, in HD and related disorders in order to help the development of promising therapeutics for these devastating diseases.A doença de Huntington (HD) é causada por uma expansão de poliglutamina (polyQ) na proteína huntingtina (Htt). A expansão de polyQ aumenta a propensão da Htt para se agregar e acumular, e manipulações que mitiguem a mal-formação proteica ou que facilitem a degradação destas proteínas mal-conformadas são capazes de abrandar a progressão da doença em modelos de HD. αB-cristalina (αBc) ou HspB5 é uma proteína bem caracterizada membro da família das “small heat shock protein” (sHsp) que reduz a agregação e toxicidade da huntingtina mutante (mHtt) em estudos in vitro e em modelos Drosophila de HD. Aqui, determinámos se a sobre-expressão ou diminuição dos níveis da αBc in vivo foi capaz de modelar a agregação e atrasar o aparecimento e a progressão da doença num modelo de longo comprimento genético de HD, os ratinhos BACHD. A expressão de sHsps em doenças neurodegenerativas ocorre predominantemente em células não-neuronais, e no cérebro, a αBc é principalmente encontrada em astrócitos e oligodendrócitos. No capítulo 3, demonstrámos que a sobre-expressão da αBc dirigida em astrócitos melhorou a performance motora nos testes de Rotarod e Balancim “Balance Beam” e melhorou a função cognitiva dos ratinhos BACHD. A melhora dos déficits de comportamento esteve relacionado com a mitigação de características neuropatológicas muito comuns observadas em HD. Interessantemente, a sobre-expressão astrocítica da αBc foi neuroprotectora contra a perda neuronal nos cérebros dos BACHD, sugerindo que αBc talvez esteja a actuar de uma forma celular não autónoma. Ao nível proteico, a αBc diminuíu os níveis de mHtt solúvel e diminuíu o tamanho das inclusoes de mHtt nos cérebros dos BACHD. Estes resultados apoiam um modelo no qual elevar a αBc astrocítica confere neuroprotecção através de um potencial mecanismo celular não autónomo que modela os agregados e os níveis proteicos solúveis da mHtt. No capítulo 4, tentámos elucidar o mecanismo celular não autónomo pelo qual a sobre-exressão da αBc confere neuroprotecção na progressão da doença dos ratinhos BACHD. Vários mecanismos celulares essenciais estão debilitados em doenças neurológicas como a HD. Entre muitos, a activação das vias da caspase-3, transporte e sinalização de glutamato e stress oxidativo são marcas moleculares comuns na patologia da HD, e a αBc tem um papel nestes mecanismos. Os nossos estudos baseados no mRNA e níveis proteicos dos BACHD e também em células primárias (astrócitos e neurónios), não mostraram uma diferença significativa na activação da caspase-3, e na expressão do transportador-1 do glutamato neste contexto. No entanto, quando investigámos a formação de grupos proteicos carbonilo (derivados do stresse oxidativo), encontrámos uma pequena tendência para a diminuicão destas espécies de carbonil na presença da sobre-expressão astrocítica da αBc, tanto nos cérebros como nas culturas primárias dos BACHD. Estes dados apoiam o potencial efeito antioxidante da αBc no contexto da patologia de HD. No capítulo 5, hipotetizámos que a deficiência em αBc iria acelerar a severidade e progressão da doença de HD, como tinha sido previamente observado num modelo de Alzheimer. Nós testámos esta hipótese, cruzando animais nulos para αBc (e para HspB2) com os ratinhos BACHD, e monitorizando sintomas comportamentais e neuropatológicos de HD durante a progressão da doença. O nosso estudo mostrou que a eliminação genética de αBc não agravou a progressão da doença de HD. Em suma, os resultados apresentados nesta tese fornecem uma nova perspectiva no papel da αBc e da sua função em mecanismos celulares essenciais no contexto de HD. Este trabalho também apoia o crescente papel e significado de células neuronais em doenças neurológicas como a HD, sugerindo respostas adaptativas e diferenciadas que podem contribuír e/ou providenciar um caminho terapêutico de aspectos distintos de neurodegeneração. Por último, este conhecimento tem como objectivos, promover e realçar o impacto das sHsps, especialmente a αBc em HD e outras doenças relacionadas para ajudar a desenvolver terapêuticas promissoras para estas doenças devastadoras.Outeiro, Tiago Fleming, 1976-Finkbeiner, Steven MichaelMuchoswki, Paul JosephRepositório da Universidade de LisboaOliveira, Ana Cristina Osório Marinho2017-09-06T12:22:08Z201720162017-01-01T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/28882TID:101325665enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-17T13:42:21Zoai:repositorio.ulisboa.pt:10451/28882Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T02:51:30.924514Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
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