Modulación funcional de la Ca2+ -ATPasa de membrana plasmática (PMCA) por tau, un marcador molecular clave en la enfermedad de Alzheimer

Abstract

Las enfermedades neurodegenerativas se caracterizan por una acumulación de Ca2+ citosólico, letal para la célula. Una molécula clave en la enfermedad de Alzheimer (EA) es la proteína tau asociada a microtúbulos, que forma agregados tóxicos. Se ha mostrado la posible relación de tau con la alteración de la homeostasis del Ca2+, pero los mecanismos moleculares no se conocen con precisión. El objetivo de este trabajo es estudiar la posible relación funcional de tau con la acumulación del Ca2+ citosólico mediante su interacción con las Ca2+-ATPasas, pues estas proteínas desempeñan un papel clave en el ajuste preciso de la concentración de Ca2+ en la célula. En esta tesis se muestra que tau inhibe específicamente la actividad de la Ca2+-ATPasa de la membrana plasmática (PMCA), siendo este efecto dependiente de la naturaleza iónica de los lípidos de membrana. La inhibición por tau depende fundamentalmente de la neurodegeneración por envejecimiento. Estudios de interacción y cinéticos con versiones truncadas de la PMCA, mostraron que tau se une al dominio C-terminal de PMCA. La calmodulina y el azul de metileno activan la PMCA y bloquean e incluso revierten su inhibición por tau. En conjunto, los resultados de esta tesis nos permiten (i) proponer a la PMCA como diana de intervención en la desregulación del calcio citosólico asociado a neurodegeneración, por su interacción funcional con tau, y (ii) que la calmodulina y el azul de metileno contrarrestan eficazmente esta inhibición y por tanto podrían ser relevantes como posibles agentes terapéuticos en la EA y otras tauopatías.

The failure of neurons to keep optimal cytosolic Ca2+ concentration is a common feature of neurodegeneration by aging and aging-linked neuropathologies, such as Alzheimer´s disease (AD). However, the mechanisms that lead to this dysregulation are far from clear. One of the main hallmarks of AD is the microtubule associated protein tau, which forms neurofibrillary tangles that are toxic to cells. Tau has been linked to altered Ca2+ homeostasis, but the molecular mechanisms underlying this association are far from clear. The aim of this work is to study the functional relationship of tau with the accumulation of cytosolic Ca2+ through its interaction with Ca2+-ATPases, because these proteins have a key role in the fine tuning of Ca2+ concentrations in the cell. This thesis shows that tau inhibits specifically the activity of the plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA), being this effect dependent on the ionic nature of membrane lipids. The inhibitory effect of tau is aging and neurodegeneration dependent. Interaction and kinetic assays with truncated versions of PMCA have shown that tau binds to the C-terminal domain of PMCA. Calmodulin and methylene blue activate the PMCA and block and even reverse the inhibitory effect of tau. Taken together, the results of this thesis allow us (i) to propose PMCA as a target in the dysregulation of cytosolic calcium associated with neurodegeneration due to its functional interaction with tau, and (ii) that calmodulin and methylene blue counteract this inhibition and may therefore be relevant as possible therapeutic agents for AD and other tauopathies.