Sobrecarga de cobre y enfermedad de Alzheimer, búsqueda de posibles blancos terapéuticos

La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad progresiva que no tiene cura en la actualidad. En la mayoría de los casos su etiología es multifactorial, aunque menos del 6 % tiene una base genética o hereditaria. Una teoría importante sobre la patofisiología de la EA involucra un aumento del proc...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Zubillaga, Marlene
Otros Autores: Arnal, Nathalie
Formato: Tesis Tesis de doctorado
Lenguaje:Español
Publicado: 2023
Materias:
Ciencias Exactas
Enfermedad de Alzheimer
Cobre
Terapéutica
Acceso en línea:http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/165188
https://doi.org/10.35537/10915/165188
Aporte de:
SEDICI (UNLP) de Universidad Nacional de La Plata
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description La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad progresiva que no tiene cura en la actualidad. En la mayoría de los casos su etiología es multifactorial, aunque menos del 6 % tiene una base genética o hereditaria. Una teoría importante sobre la patofisiología de la EA involucra un aumento del procesamiento amiloidogénico de la proteína precursora amiloide (APP), lo que conduce al aumento del péptido beta-amiloide (Aβ) 1-42. Este péptido forma oligómeros que desencadenan eventos que resultan en la formación de placas beta amiloides. El colesterol también está implicado en la formación de Aβ1-42 , ya que su aumento en las balsas lipídicas puede promover la formación de este péptido al activar las enzimas β y γ-secretasas (Xiong et al. 2008). Por otro lado, es de amplio conocimiento que los iones de cobre II (Cu) se hallan involucrados en la etiopatogénesis de la EA (Sparks & Schreurs, 2003; Squitti et al. 2005; Arnal et al. 2010a). Nuestro Grupo ha documentado que las personas pueden experimentar una sobrecarga de Cu de diversas formas (Arnal et al. 2011; Arnal et al. 2010b) y que los individuos con EA presentan niveles elevados de Cu libre (no unido a ceruloplasmina) en su sangre (Arnal et al. 2010a; Squitti et al. 2008). En este contexto, recientemente hemos demostrado en experimentos in vitro que concentraciones subletales de Cu tienen la capacidad de inducir la síntesis de colesterol de novo en neuronas inmaduras (Zubillaga et al. 2022). En esta tesis doctoral, se demuestra por primera vez que los astrocitos derivados de crías hembra (ADCH) son más susceptibles a la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) inducida por el Cu. Además, se ha observado que el tratamiento con Cu aumenta la expresión de la proteína ácida fibrilar glial (GFAP), indicando una respuesta reactiva de la glia, especialmente en ADCH. Además, se ha confirmado que niveles subletales de Cu pueden inducir la síntesis de colesterol de novo en cultivos de astrocitos de ratas Sprague-Dawley, modificando la expresión de factores clave, como la Proteína 2 de unión al elemento regulador de esteroles (SREBP-2) y 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA reductasa (HMGCR), y que este efecto también presenta dimorfismo sexual. En este sentido, parte delos resultados de esta tesis sugieren que los medios condicionados de astrocitos tratados con Cu afectan tanto los niveles de ROS en las neuronas como la distribución de la proteína APP y del colesterol en las membranas neuronales, lo que podría favorecer a la vía amiloidogénica. Nuestro estudio también involucró cultivos de astrocitos de ratones transgénicos que sobreexpresan las proteínas APP y presenilina 1 (PS1) (APP/PS1) y reveló que estas células son más susceptibles a la producción de ROS cuando se exponen al Cu que los astrocitos WT. Los datos muestran que el tratamiento con Cu aumenta la expresión de genes relacionados con el metabolismo del colesterol y se asocia con un incremento en los niveles del mismo, especialmente en los astrocitos derivados de ratones APP/PS1. Por otra parte, se planteó la hipótesis de que el estrés oxidativo en las mitocondrias podría estar contribuyendo a los efectos del tratamiento con Cu. Los experimentos llevados a cabo respaldan esta idea, ya que se observó que los cambios inducidos por el Cu disminuían cuando las células eran tratadas con antioxidantes específicos dirigidos a las mitocondrias. Además de los astrocitos, se estudiaron las células de la microglía y se observó que la exposición de dichas células al Cu, tanto solo como en combinación con Aβ, aumenta la generación de ROS y provoca una activación microglial con aumento del marcador Iba-1. También se evidenció una regulación de genes relacionados con la inflamación como los involucrados en la vía NLRP3 del inflamasoma, activada por los tratamientos con Cu y Cu en combinación con Aβ. Finalmente, pudimos observar un aumento en la liberación de IL-1β, una citoquina proinflamatoria, al medio de cultivo. En resumen, esta tesis destaca la relevancia de la neuroglia, en particular astrocitos y microglía, y su interacción con las neuronas en un contexto de neuroinflamación. Es importante mencionar que nuestro trabajo destaca cómo el estrés oxidativo mediado por el Cu tiene un papel importante en la alteración de la homeostasis del colesterol y en la promoción de respuestas inflamatorias en la neuroglía, apoyando la hipótesis inicial de que el Cu podría jugar un rol fundamental en la etiopatogénesis de la EA.
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El colesterol también está implicado en la formación de Aβ1-42 , ya que su aumento en las balsas lipídicas puede promover la formación de este péptido al activar las enzimas β y γ-secretasas (Xiong et al. 2008). Por otro lado, es de amplio conocimiento que los iones de cobre II (Cu) se hallan involucrados en la etiopatogénesis de la EA (Sparks & Schreurs, 2003; Squitti et al. 2005; Arnal et al. 2010a). Nuestro Grupo ha documentado que las personas pueden experimentar una sobrecarga de Cu de diversas formas (Arnal et al. 2011; Arnal et al. 2010b) y que los individuos con EA presentan niveles elevados de Cu libre (no unido a ceruloplasmina) en su sangre (Arnal et al. 2010a; Squitti et al. 2008). En este contexto, recientemente hemos demostrado en experimentos in vitro que concentraciones subletales de Cu tienen la capacidad de inducir la síntesis de colesterol de novo en neuronas inmaduras (Zubillaga et al. 2022). En esta tesis doctoral, se demuestra por primera vez que los astrocitos derivados de crías hembra (ADCH) son más susceptibles a la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) inducida por el Cu. Además, se ha observado que el tratamiento con Cu aumenta la expresión de la proteína ácida fibrilar glial (GFAP), indicando una respuesta reactiva de la glia, especialmente en ADCH. Además, se ha confirmado que niveles subletales de Cu pueden inducir la síntesis de colesterol de novo en cultivos de astrocitos de ratas Sprague-Dawley, modificando la expresión de factores clave, como la Proteína 2 de unión al elemento regulador de esteroles (SREBP-2) y 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA reductasa (HMGCR), y que este efecto también presenta dimorfismo sexual. En este sentido, parte delos resultados de esta tesis sugieren que los medios condicionados de astrocitos tratados con Cu afectan tanto los niveles de ROS en las neuronas como la distribución de la proteína APP y del colesterol en las membranas neuronales, lo que podría favorecer a la vía amiloidogénica. Nuestro estudio también involucró cultivos de astrocitos de ratones transgénicos que sobreexpresan las proteínas APP y presenilina 1 (PS1) (APP/PS1) y reveló que estas células son más susceptibles a la producción de ROS cuando se exponen al Cu que los astrocitos WT. Los datos muestran que el tratamiento con Cu aumenta la expresión de genes relacionados con el metabolismo del colesterol y se asocia con un incremento en los niveles del mismo, especialmente en los astrocitos derivados de ratones APP/PS1. Por otra parte, se planteó la hipótesis de que el estrés oxidativo en las mitocondrias podría estar contribuyendo a los efectos del tratamiento con Cu. Los experimentos llevados a cabo respaldan esta idea, ya que se observó que los cambios inducidos por el Cu disminuían cuando las células eran tratadas con antioxidantes específicos dirigidos a las mitocondrias. Además de los astrocitos, se estudiaron las células de la microglía y se observó que la exposición de dichas células al Cu, tanto solo como en combinación con Aβ, aumenta la generación de ROS y provoca una activación microglial con aumento del marcador Iba-1. También se evidenció una regulación de genes relacionados con la inflamación como los involucrados en la vía NLRP3 del inflamasoma, activada por los tratamientos con Cu y Cu en combinación con Aβ. Finalmente, pudimos observar un aumento en la liberación de IL-1β, una citoquina proinflamatoria, al medio de cultivo. En resumen, esta tesis destaca la relevancia de la neuroglia, en particular astrocitos y microglía, y su interacción con las neuronas en un contexto de neuroinflamación. Es importante mencionar que nuestro trabajo destaca cómo el estrés oxidativo mediado por el Cu tiene un papel importante en la alteración de la homeostasis del colesterol y en la promoción de respuestas inflamatorias en la neuroglía, apoyando la hipótesis inicial de que el Cu podría jugar un rol fundamental en la etiopatogénesis de la EA. Doctor en Ciencias Exactas, área Ciencias Biológicas Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Exactas Tesis Tesis de doctorado http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) application/pdf

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