Role of endoplasmic reticulum stress in Alzheimer's disease-assocated neuronal and endothelial dysfunction

Abstract

A ativação crónica da resposta a proteínas sem a conformação tridimensional correta induzida pelo stresse do retículo endoplasmático (UPRER, do inglês Unfolded Protein Response e Endoplasmic Reticulum) para além de ser frequentemente associada à disfunção e perda celular é considerada um evento patogénico primordial na doença de Alzheimer (AD, do inglês Alzheimer´s disease). A ativação exagerada da UPRER poderá contribuir para a degenerescência da unidade cerebrovascular (NVU, do inglês Neurovascular Unit), no entanto, os mecanismos subjacentes não se encontram completamente esclarecidos. Com o objetivo de elucidar estes mecanismos hipotetizamos que: (1) A ativação crónica da UPRER é responsável por disfunção e morte das células endoteliais cerebrais por mecanismos que envolvem alterações do processamento da proteína precursora amilóide (APP, do inglês Amyloid Precursor Protein), e formação de péptido beta amilóide (Aβ, do inglês Amyloid Beta) e também alterações do estado de fosforilação da proteína Tau. As alterações dos níveis de proteína Tau fosforilada, via inibição da proteína fosfatase 2A (PP2A, do inglês Protein Phosphatase 2A), induzem por sua vez o rearranjo do citoesqueleto, comprometem a comunicação entre o ER e a mitocôndria, perturbam a homeostase do cálcio (Ca2+) e o ambiente redox e causam disfunção dos mecanismos de dinâmica mitocondrial culminando com a ativação de vias de morte celular por apoptose. (2) Em células neuronais a activação da UPRER ocorre posteriormente à inibição da PP2A, aumenta os níveis de fosforilação da Tau, conduz à destabilização do citosqueleto e desencadeia a activação da UPRER, causando a sobre-regulação da comunicação entre o ER e a mitocôndria e comprometendo a homeostase do Ca2+ e do estado redox celular culminando com morte celular por apoptose. Os nossos estudos demonstraram que activação prolongada do stresse do ER, induzida pelo tratamento da linha celular de rato RBE4 com dois indutores clássicos da ativação da UPRER, tapsigargina e brefeldina A, causa a acumulação intracelular da APP que co-localiza com o marcador do ER GRP78 (do inglês Glucose-Regulated Protein78) e ativa a β-secretase e consequentemente causa o aumento intracelular do níveis de Aβ. As referidas alterações ocorrem concomitantemente com a anormal fosforilação da proteína associada aos microtúbulos, Tau. Visto que a PP2A regula a fosforilação da Tau, a linha celular RBE4 foi também exposta a ácido ocadáico (OA, do inglês Okadaic Acid), um inibidor da PP2A. Nas referidas condições observou-se a destabilização dos mictrotúbulos, destabilização essa que se encontra associada a uma diminuição dos níveis de tubulina acetilada e ao rearranjo dos filamentos de actina. O declínio estrutural do citosqueleto da linha celular RBE4 desencadeado pelo OA, aumentou a fosforilação da Tau destabilizando o citoesqueleto, destabilização essa detetada através do aumento da razão entre a tubulina livre/tubulina polimerizada e actina globular/fibrilar. Observou-se também a ativação do stresse do ER em células neuronais tratadas com OA, assim como elevados níveis de proteínas associadas à membrana mitocondrial (MAM do inglês Mitochondria-Associated Membranes), culminando no compromisso da homeostase do Ca2+, na perda do potencial de membrana mitocondrial e em morte neuronal. Em conclusão, a ativação crónica do stresse do ER, assim como a fosforilação anormal da proteína Tau, via inibição da PP2A, formam um ciclo vicioso que propaga a disfunção neuronal e endotelial. Os nossos resultados suportam também a hipótese que a Tau interage (in)directamente com os filamentos de actina promovendo o rearranjo e acumulação da actina fibrilar, o que compromete o contacto entre o ER e a mitocôndria na MAM promovendo a morte celular. Estes resultados aumentam o nosso conhecimento sobre os mecanismos subjacentes à ativação do stresse do ER em células neuronais e endoteliais cerebrais e podem contribuir para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para a AD.