Influencia de especies oligoméricas de GAPDH y de heparán sulfatos en la fosforilación anormal y agregación de tau en la enfermedad de Alzheimer

Abstract

La enfermedad de Alzheimer (EA) es un trastorno neurodegenerativo crónico cuyo avance clínico correlaciona con la presencia de agregados amiloides de la proteína tau anormalmente fosforilada. Si bien tau tiene un importante rol en el citoesqueleto neuronal, puede sufrir modificaciones postranscripcionales como fosforilación y agregación tipo amiloide, que afectan su función biológica normal y generan especies tóxicas. En la presente tesis se demuestra por primera vez, la implicancia de la estructura fina de los polisacáridos de la matriz extracelular (MEC) en las modificaciones patológicas de tau. Los glicosaminoglicanos de la familia heparán sulfato (HS-GAGs) son los principales componentes de la MEC y experimentan una variedad de cambios tanto estructurales como en sus niveles de sulfatación en la EA. Si bien los HS-GAGs y tau se encuentran en diferentes compartimentos, en modelos celulares de taupatía estos azúcares se internalizan, co-localizando con tau en el compartimento intracelular. Estudios previos de nuestro grupo demostraron que gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH), una proteína multifuncional cuyo rol en la MEC no fue aún dilucidado, es capaz de interaccionar con HS-GAGs formando agregados prefibrilares con actividad proteostática para alfa-sinucleína. En la presente tesis se estudió la actividad de estas especies proteostáticas de GAPDH sobre la agregación patológica de tau.Para simular los azúcares de la MEC observados en EA, empleamos heparina como azúcar modelo con un elevado grado de sulfatación. Bajo el mismo criterio, se utilizó un heparán sulfato (HS) por su bajo grado de sulfatación para modelizar la MEC en condiciones normales. Mediante una combinación de técnicas biofísicas se estudió el efecto de ambos azúcares sobre tau heteróloga producida en nuestro laboratorio mediante técnicas que se pusieron a punto y optimizaron para el desarrollo de esta tesis. Los resultados obtenidos demuestran que sólo heparina es capaz de inducir la agregación amiloide de tau, monitoreada mediante espectroscopía de fluorescencia usando la sonda tioflavina T, que reconoce específicamente agregados amiloides. El espectro de emisión de bis-ANS fue compatible con un incremento de la exposición de nuevas regiones hidrofóbicas de la proteína al disolvente sólo en presencia de heparina. El análisis de la banda de amida I' de tau en presencia de los dos azúcares también arrojó diferencias considerables, pero sólo compatibles con una agregación tipo amiloide en presencia de heparina. Las especies tau obtenidas luego de interaccionar con ambos azúcares fueron también caracterizadas mediante microscopía electrónica de transmisión. La fosforilación de tau inducida por kinasas específicas arrojó patrones similares a la EA sólo en presencia de heparina. Finalmente, se estudió la capacidad de especies prefibrilares de GAPDH para modular la agregación patológica de tau y se pudo demostrar que estas especies son capaces de alterar la cinética de agregación de tau, brindando soporte a la hipótesis de nuestro laboratorio que sostiene que GAPDH actuaría como agente proteostático en la MEC, inhibiendo la diseminación de especies tóxicas.Los resultados de este trabajo aportan conocimiento básico para entender las bases moleculares de las enfermedades neurodegenerativas, planteando al espacio extracelular y sus azúcares como un posible blanco de control para futuros desarrollos farmacológicos.