Μηχανισμοί κυτταρικού θανάτου των νευρώνων του εγκεφάλου στη νόσο του Alzheimer

Abstract

Epidermal growth factor receptor (EGFR) plays pivotal roles in cell proliferation, differentiation, and tissue development, while EGFs protect neurons from toxic insults by binding EGFR and stimulating survival signaling. Furthermore, recent evidence implicates this receptor in neurometabolic disorders like Alzheimer disease (AD) and aging. This study was aimed at elucidating the mechanisms of cortical neuronal cell death in AD and the role of Presenilin 1 (PS1) in neuroprotection. PS1 mutations are responsible for the majority of the identified cases of patients with Familial Alzheimer’s Disease (FAD). In this study, it is shown for the first time that absence of presenilin 1 (PS1) results in dramatic decrease (>95%) of neuronal EGFR and that PS1-null (PS1(-/-)) brains have reduced amounts (~60%) of this receptor. PS1(-/-) cortical neurons contain little EGFR and show no epidermal growth factor-induced survival signaling or protection against excitotoxicity, but exogenous EGFR rescues both functions even in absence of PS1. EGFR mRNA is greatly reduced (>95%) in PS1(-/-) neurons, and PS1(-/-) brains contain decreased amounts of this mRNA, although PS1 affects the stability of neither EGFR nor its mRNA. Exogenous PS1 increases neuronal EGFR mRNA and reinstates EGF-induced neuroprotection against glutamate excitotoxicity, while down-regulation of PS1 decreases this mRNA and abolishes EGF-induced neuroprotection. These effects are neuron specific, as PS1 affects the EGFR of neither glial nor fibroblast cells. In addition, PS1 controls EGFR through novel mechanisms shared with neither γ-secretase nor PS2. Our data reveal that PS1 functions as a positive transcriptional regulator of neuronal EGFR controlling its expression in a cell-specific manner. Severe downregulation of EGFR may contribute to developmental abnormalities and lethal phenotype found in PS1, but not PS2, null mice. Furthermore, PS1 may affect neuroprotection and Alzheimer disease by controlling survival signaling of neuronal EGFR.

Ο υποδοχέας του επιδερμικού αναπτυξιακού παράγοντα (epidermal growth factor receptor, EGFR) παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, και στην κυτταρική και ιστική διαφοροποίηση. Οι επιδερμικοί αναπτυξιακοί παράγοντες (EGFs) προστατεύουν τους νευρώνες από τοξικά ερεθίσματα μέσω της πρόσδεσης τους στον EGFR και στη συνέχεια την ενεργοποίηση των μονοπατιών επιβίωσης. Επίσης, πρόσφατες μελέτες τοποθετούν τον EGFR σε κομβικό σημείο των μονοπατιών των νευρομεταβολικών ασθενειών όπως η νόσος του Alzheimer (AD) και το γήρας. Αυτή η μελέτη είχε σα στόχο να διερευνήσει του μηχανισμούς κυτταρικού θανάτου των νευρώνων του εγκεφάλου στην AD και να αναγνωρίσει το ρόλο της Πρεσενιλίνης 1 (Presenilin 1, PS1) στη νευροπροστασία. Η πλειοψηφία των μεταλλαγών που προκαλούν Οικογενή νόσο του Alzheimer (Familial Alzheimer’s Disease, FAD) έχουν αναγνωριστεί στο γονίδιο της PS1. Στην παρούσα μελέτη είδαμε για πρώτη φορά ότι η απώλεια της PS1 οδηγεί σε δραματική μείωση των επιπέδων έκφρασης του EGFR (>95%) σε νευρώνες (PCNCs) και σε σημαντική μείωση (περίπου 40%) στους εγκεφάλους Ε15.5 ποντικών. Οι PS1-/- PCNCs περιέχουν ελάχιστο EGFR και δεν μπορούν να αξιοποιήσουν προσδέτες του EGFR για να ενεργοποιήσουν τα κυτταρικά μονοπάτια επιβίωσης ώστε να προστατευτούν από τη νευροτοξικότητα του γλουταμικού οξέος, ωστόσο η αύξηση των επιπέδων έκφρασης του EGFR στους PS1-/- νευρώνες αρκεί για να επαναφέρει τις δύο αυτές λειτουργίες. Επί απουσίας της PS1, η μείωση των επιπέδων του EGFR φαίνεται ότι οφείλεται στη μείωση των επιπέδων σύνθεσης του EGFR, καθώς τα επίπεδα του Egfr mRNA μειώνονται >95%, ενώ ο ρυθμός αποδόμησης της πρωτεΐνης και του mRNA του EGFR παραμένει αμετάβλητος. Η επανεισαγωγή της PS1 σε PS1-/- νευρώνες με φορέα έκφρασης αυξάνει τα επίπεδα του Egfr mRNA και αποκαθιστά τη δυνατότητα αξιοποίησης EGFs για νευροπροστασία, ενώ η μείωση των επιπέδων έκφρασης της PS1 με siRNA μειώνει τα επίπεδα του Egfr mRNA και δεν επιτρέπει τους νευρώνες να αξιοποιήσουν EGFs για να προστατευθούν από τη νευροτοξικότητα του γλουταμικού οξέος. Η επίδραση που έχει η PS1 στα επίπεδα έκφρασης του EGFR είναι ειδική για τους νευρώνες καθώς δεν παρατηρήθηκε αλλαγή των επιπέδων έκφρασης σε PS1-/- πρωτογενείς καλλιέργειες ινοβλαστών ή γλοιϊκών κυττάρων. Επιπροσθέτως, η PS1 επηρεάζει τα επίπεδα έκφρασης του EGFR με τρόπο που δεν εξαρτάται από την ενζυμική δραστηριότητα γ-σεκρετάσης, ούτε από την PS2. Τα δεδομένα της μελέτης αποκάλυψαν ότι η PS1 δρα ως ένας θετικός μεταγραφικός ρυθμιστής του νευρωνικού EGFR. Η σημαντική μείωση των επιπέδων του EGFR επί απουσίας της PS1 μπορεί να συνεισφέρει στις αναπτυξιακές ανωμαλίες και στο θανατηφόρο φαινότυπο που χαρακτηρίζει τους PS1-/-, αλλά όχι τους PS2-/- ποντικούς. Επιπροσθέτως, η PS1 μπορεί να επηρεάζει τους νευροπροστατευτικούς μηχανισμούς στη νόσο του Alzheimer ελέγχοντας τη σηματοδότηση των μονοπατιών επιβίωσης του νευρωνικού EGFR.