Mecanismos moleculares tempranos de la desregulación de la homeostasis del calcio inducida por péptidos ß-amiloides y estrategias de neuroprotección

Abstract

Los péptidos β-amiloides son biomarcadores de la enfermedad de Alzheimer (AD). La desregulación de la homeostasis del calcio (Ca2+) citosólico ha sido reportada en AD y se ha sugerido que las alteraciones de la señalización de Ca2+ está implicada en la patogénesis de AD. Nuevos mecanismos moleculares de la neurotoxicidad de Aβ(1-42) derivados de la formación de complejos Aβ(1-42):calmodulina se evalúan críticamente en esta tesis, con el objetivo de identificar biomarcadores que están implicados en el inicio de la neurotoxicidad y neurodegeneración inducida por Aβ(1-42). Hemos estudiado el impacto del péptido Aβ(1-42) internalizado después de un corto tiempo de incubación en la desregulación de la homeostasis del Ca2+ en neuronas granulares del cerebelo y en células HT-22. Los sistemas responsables del control de la concentración del Ca2+ citosólico en ausencia de estímulo en estas neuronas que sufren mayor alteración funcional tras un corto tiempo de incubación con el péptido Aβ(1-42) son: canales de calcio de tipo L, receptores purinérgicos P2X de subtipo 7 y las proteínas del retículo endoplasmático STIM1 y los canales de calcio operados por ligando (receptores de rianodina y de inositol 1,4,5-trisfosfato). Además, hemos desarrollado una nueva estrategia para proteger contra la sobreproducción de péptidos neurotóxicos de Aβ en el cerebro. La co-administración intraperitoneal a ratas Wistar de una dosis de kaempferol que previene contra las disfunciones neurológicas inducidas por tratamiento agudo con el ácido 3-nitropropiónico también inhibe la generación de péptidos Aβ neurotóxicos en el estriado e hipocampo y la sobreproducción de biomarcadores proinflamatorios en el cerebro.

Amyloid β (Aβ) peptides are established hallmarks of Alzheimer’s disease (AD). Dysregulation of intracellular cytosolic calcium (Ca2+) homeostasis has been observed in AD, and it has been suggested that alterations in Ca2+ signaling could be an early event of AD pathogenesis. Novel molecular mechanisms in Aβ(1-42) neurotoxicity derived from the complexation of Aβ(1-42) by calmodulin are critically evaluated in this thesis, aiming to identify early biomarkers that trigger the initiation of the progression of Aβ(1-42) peptide-induced brain neurotoxicity and neurodegeneration. To reach these objectives, we have studied the impact of the Aβ(1-42) peptide internalized after a short time incubation on the dysregulation of Ca2+ homeostasis in cultured neurons cerebellar granule neurons and HT-22 cells. The results allowed us to identify the systems that are responsible for controlling the resting cytosolic Ca2+ concentration in these neurons in culture that are more altered by short time incubation with the Aβ(1-42) peptide, namely, L-type calcium channels, subtype 7 of P2X purinergic receptors and endoplasmic reticulum proteins STIM1 (stromal interaction molecule 1) and ligand-gated calcium channels (ryanodine and inositol 1,4,5-trisphosphate receptors). Finally, a novel strategy has been developed to afford protection against neurodegenerative processes related to overproduction of neurotoxic Aβ peptides in the brain. Intraperitoneal co-administration to Wistar rats of a kaempferol dose that prevented the severe neurological impairment induced by acute treatment with 3-nitropropionic acid, also efficiently inhibited the generation of neurotoxic Aβ peptides in the striatum and hippocampus and completely inhibited the overexpression of brain pro-inflammatory markers.