P2x7 inhibition ameliorates the ubiquitin-proteasome system impairment associated with neurological diseases

Abstract

El Sistema Ubiquitina-Proteasoma(UPS) es el principal sistema encargado de controlar la proteostasis celular. La disfunción del UPS se ha relacionado con una variedad de enfermedades neurológicas, incluida la enfermedad de Alzheimer(EA) y la Epilepsia. El impacto del UPS en estas enfermedades puede estar relacionado con deficiencias en la eliminación de proteínas mal plegadas, lo que puede conducir a la agregación de proteínas intracelulares. La EA es caracterizada por depósitos anormales de proteínas de placas amiloides y ovillos tau. Existe evidencia de que la ubiquitina se acumula tanto en las placas Aß como en los ovillos neurofibrilares. La señalización purinérgica, particularmente a través del receptor P2X7(P2X7R), se ha implicado en varias enfermedades neurodegenerativas, predominantemente en EA. Trabajos anteriores han demostrado que los nucleótidos extracelulares, a través del receptor P2Y2, pueden modular la actividad del UPS en las células del sistema nervioso central. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral fue determinar si P2X7R es capaz de modular la disfunción del UPS asociada particularmente con la EA. Usando células de neuroblastoma murino N2a transfectada con dos reporteros diferentes de UPS, vimos que la activación de P2X7R por 2'(3')-O-(4-benzoilbenzoil) ATP(BzATP) resultó en una caída sustancial de la actividad del UPS. Esta disminución se debió a una reducción significativa de dos actividades catalíticas del proteasoma, Quimotripsina-like(CT-L) y Postglutamil-like(PG-L), causada por una expresión disminuida de las subunidades catalíticas constitutivas del proteasoma ß5 y ß1 tanto en los niveles de proteína como en el ARNm. También descubrimos que la inyección intracerebroventricular de BzATP redujo la actividad de CT-L y PG-L, así como la expresión de las subunidades constitutivas del proteasoma ß5 y ß1 en el hipocampo de ratones de tipo silvestre(WT), pero no en ratones P2X7-/-. Además, pudimos identificar la ruta intracelular implicada en este evento como Akt/GSK3/Nrf2. En un segundo paso, utilizando ratones que expresan un reportero UPS(ratones que expresan el reportero UPS ubiquitinG76V-proteína fluorescente verde), pudimos determinar cómo la activación de P2X7R promueve la acumulación de UbG76V-GFP en células neuronales y de microglia. En consecuencia, cuando examinamos un modelo de ratón con tauopatía, los ratones P301S, observamos las mismas disfunciones proteasómicas identificadas en pacientes con Alzheimer. Además, encontramos que la inhibición de P2X7R in vivo con el antagonista selectivo GSK 1482160A revirtió la disfunción proteasomal observada en ratones P301S. Dado que estudios previos encontraron que el estado epiléptico se asocia con un aumento de los niveles de expresión de P2X7R y un deterioro de UPS, decidimos investigar el papel de este receptor en la desregulación del UPS que ocurre después de las convulsiones desencadenadas por el Ácido Kaínico. Nuestros resultados muestran que, en comparación con los ratones WT, los ratones P2X7 -/- presentaron una disminución en los substratos poliubiquitinados después del estado epiléptico. Asimismo, utilizando ratones UbG76V-GFP, descubrimos que las células con disfunción del UPS también expresaban P2X7R. Todos estos resultados sugieren fuertemente que P2X7R es capaz de modular la actividad del UPS y puede ser un nuevo objetivo para un enfoque terapéutico alternativo para tratar enfermedades neuroinflamatorias asociadas con un deterioro del UPS, especialmente EA. Finalmente, de acuerdo con las mediciones de ELISA, determinamos que los niveles plasmáticos del receptor P2X7 eran significativamente más altos en pacientes con deterioro cognitivo leve y con EA. También observamos una asociación negativa entre los niveles altos de P2X7R y el Mini Examen del Estado Mental Total. Estos hallazgos sugieren que la medición de P2X7R podría considerarse un biomarcador de diagnóstico para seguir la progresión de las enfermedades neurodegenerativas.