Papel de la Proteína Quinasa D1 en la modulación del estrés oxidativo y el envejecimiento cerebral, la supervivencia neuronal y la función sináptica

Resumen

La enfermedad de Alzheimer y la isquemia cerebral, son las patologías con mayor incidencia de demencia, un síndrome clínico que cursa con disfunción cerebral y pérdida de memoria. A pesar del gran impacto social y económico de la demencia, no existen tratamientos eficaces para su cura o la ralentización de su progresión, ni protocolos bien establecidos para su evaluación y diagnóstico, siendo una prioridad para la salud pública que requiere una mayor investigación para la búsqueda de posibles tratamientos. La excitotoxicidad es un tipo de muerte neuronal que induce estrés oxidativo y ocurre en múltiples neuropatologías, incluidas el ictus y la EA, por lo que es de vital importancia caracterizar los mecanismos moleculares que participan en la muerte excitotóxica para poder diseñar nuevas estrategias terapéuticas que la paren, prevengan o enlentezcan. Los receptores de glutamato de tipo NMDA (NMDARs) juegan un papel clave en el funcionamiento del sistema nervioso central pero su activación excesiva produce excitotoxicidad fruto de numerosas consecuencias deletéreas que incluyen incrementos en calcio intracelular, disfunción mitocondrial y generación de radicales libres. Ya que el estrés oxidativo activa a la proteína quinasa D1 (PKD1) en células tumorales, en esta Tesis Doctoral quisimos en primer lugar investigar el efecto de la excitotoxicidad neuronal sobre la actividad de esta quinasa. Inesperadamente, descubrimos que PKD1 se inactiva en cultivos neuronales sometidos a excitotoxicidad y en isquemia cerebral, por mecanismos dependientes de defosforilación mediada por la proteín fosfatasa 1 (PP1) y la fosfatasa específica dual 1 (DUSP1). Demostramos que este paso apaga la ruta antioxidante IKK/NF-κB/SOD2. Encontramos también que la inactivación de PKD1 por inhibición farmacológica, silenciamiento lentiviral o inactivación génica en neuronas in vivo, potencia fuertemente la muerte excitotóxica. Sin embrago, la expresión neuroespecífica de un mutante de PKD1 activo resistente a defosforilación, que generamos aquí, potencia la ruta IKK/NF-κB/SOD2 detoxificante de estrés oxidativo y confiere una potente neuroprotección frente a la excitotoxicidad in vitro e in vivo. Estos resultados indican que la inactivación de PKD1 está en la base de la excitotoxicidad y puede ser crítica para la acumulación de daño oxidativo neuronal asociado al envejecimiento y a las enfermedades neurodegerativas y otras neuropatologías que cursan con muerte excitotóxica. Nuestros datos, además, indican que en el modelo PKD1-KO, con supresión condicional de PKD1 en neuronas, se produce un envejecimiento cerebral temprano, que se correlaciona con una gran acumulación especies reactivas de oxígeno (ROS) y alteraciones a nivel microestructural y funcional. Estos cambios van acompañados de un aumento en el estado de ansiedad y disfunciones en el aprendizaje y la memoria en los ratones PKD1-KO, asociados a su vez a una bajada selectiva de los niveles de la subunidad GluN2B de los NMDARs que afectaría a la transmisión sináptica glutamatérgica. Finalmente, mostramos que la inhibición de PKD1 promueve la internalización y degradación lisosomal de GluN2B, que ocurre en paralelo a una inactivación de los complejos p35/CDK5, por degradación proteasomal de p35, lo que conlleva a la activación de PP1 y defosforilación de la S1166 de GluN2B. Estos últimos datos apuntan al estado de fosforilación/defosforilación de este residuo como un interruptor clave que modula el reciclaje de NMDARs con subunidades GluN2B a la membrana plasmática o su degradación en los lisosomas. En conjunto, nuestros datos apoyan que la actividad de PKD1 en neuronas reduce el envejecimiento cerebral, el daño oxidativo y la muerte neuronal, y preserva la transmisión glutamatérgica, y que estrategias que potencien a esta quinasa pueden paliar el envejecimiento y ser terapéuticas para numerosas neuropatologías.