La rara mutación APOE3-R136S ofrece protección contra las patologías de la enfermedad de Alzheimer en un nuevo estudio

En un estudio reciente en Neurociencia de la naturalezalos investigadores investigaron si la mutación genética R136S protegía contra la enfermedad de Alzheimer de aparición tardía (LOAD) inducida por la apolipoproteína E4 (APOE4).

Estudiar: La mutación APOE-R136S protege contra la patología Tau, la neurodegeneración y la neuroinflamación impulsadas por APOE4. Haber de imagen: Atthapon Raksthaput/Shutterstock.com

Fondo

APOE4 puede aumentar el riesgo de LOAD, lo que lleva a una aparición clínica más temprana y exacerba las patologías, incluida la acumulación de proteína beta-amiloide y tau, la neuroinflamación y la neurodegeneración.

Los portadores de APOE4 contribuyen al 55% al ​​75% de los casos de enfermedad de Alzheimer, lo que subraya la importancia de investigar su papel en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer e identificar objetivos protectores. Se ha descubierto que la rara variante APOE3-R136S protege contra la EA de aparición temprana en un portador de PSEN1-E280A.

Sobre el estudio

En el presente estudio, los investigadores investigaron el potencial de las mutaciones APOE-R136S para proteger contra la LOAD inducida por la apolipoproteína E4.

El equipo de investigación llevó a cabo un experimento en el que insertaron R136S en el alelo de la apolipoproteína E4 de ratones knock-in de apolipoproteína E4 humana (E4-KI) y humanos.células madre pluripotentes inducidas (hiPSC) obtenidas de un paciente con EA.

Posteriormente, el equipo estudió los efectos de este documento en neuronas derivadas de hiPSC para investigar su potencial para proteger contra la patología tau inducida por APOE4. Se cariotiparon cinco líneas isogénicas de hiPSC y se diferenciaron en neuronas que expresan la proteína 2 asociada a microtúbulos (MAP2).

El estudio utilizó neuronas isogénicas derivadas de hiPSC, incluida una línea hiPSC APOE3 isogénica (E3) generada previamente, la línea hiPSC E4 parental (E4) y los homocigotos isogénicos (E4-S/S) y heterocigotos (E4-R/S). líneas.

Los investigadores introdujeron R136S en los loci APOE4 del E4 humano en animales murinos mediante la edición de genes mediada por CRISPR-Cas-9. Se utilizó inmunocitoquímica para controlar los niveles de proteína tau fosforilada (p-Tau) del hipocampo. Al mismo tiempo, se evaluaron los efectos de R136S en células neuronales humanas cuantificando los niveles de APOE mediante transferencia Western.

Además, se evaluaron las influencias de las mutaciones heterocigotas y homocigotas de R136S en la captación de tau utilizando células neuronales humanas. La citometría de flujo estableció diferencias en la internalización de la proteína Tau-488 por células neuronales humanas con varios genotipos APOE.

El equipo midió el número de células que expresan Tau-488 para investigar si la absorción reducida de Tau a través del proteoglicano de sulfato de heparina (HSPG) contribuyó a la prevención de la acumulación de proteína p-Tau inducida por APOE4. También investigaron si R136S protegía contra la neurodegeneración promovida por APOE4 en ratones PS19-E.

Los investigadores encuestaron para medir la cobertura de astrocitos del hipocampo como porcentaje y normalizaron el recuento de astrocitos al tamaño de la región del hipocampo.

También examinaron el nivel de microgliosis del hipocampo en ratones PS19 con diferentes genotipos APOE utilizando la molécula adaptadora de unión al calcio ionizado 1 (Iba1) y la tinción del grupo de diferenciación 68 (CD68). Se examinó a nivel celular el impacto de R136S en la firma transcriptómica del hipocampo.

Resultados

Se formaron ratones con taopatía expresando APOE4 o APOE4-R136S humano. R136S protegió contra la acumulación de proteína p-Tau inducida por APOE4 y la tinción progresiva de la proteína p-Tau en el modelo murino de tauopatía.

La mutación homocigótica R136S redujo la patología tau en ratones con tauopatía, y solo la mutación homocigótica R136S protegió contra la acumulación de proteína p-Tau inducida por APOE4 en neuronas humanas. La mutación homocigótica R136S redujo la captación de Tau mediada por HSPG por parte de las neuronas humanas, probablemente debido a una unión defectuosa de HSPG de la mutación homocigótica y a la falta de APOE, respectivamente.

La presencia de mutaciones homocigotas y heterocigotas en R136S protegió la astrocitosis y microgliosis inducidas por APOE4, que se sabe que causan neurodegeneración y atrofia del hipocampo en el contexto de la tauopatía. Esta protección dependía de la edad, siendo la mutación homocigótica más eficaz que la mutación heterocigótica.

La mutación homocigótica R136S también reduce eficazmente la acumulación de proteína p-Tau inducida por APOE4 en el hipocampo. Por el contrario, la mutación heterocigota sólo protege parcialmente contra la neurodegeneración y la neuroinflamación inducidas por la apolipoproteína E4, pero no contra la patología Tau.

Además, el modelo de mutación homocigótica mostró un aumento de cinco veces en los niveles de proteína APOE en comparación con las neuronas E4, lo que indica que R136S puede ayudar a reducir los efectos nocivos de la apolipoproteína E4 en las neuronas energéticas del ácido gamma-aminobutírico (GABA).

La expresión de APOE por neuronas positivas para MAP2 se verificó mediante inmunocitoquímica y los cultivos de neuronas se validaron como negativos para células no neuronales, incluidas oligodendrocitoscélulas madre neurales y astrocitos, según los niveles del factor de transcripción de oligodendrocitos (Olig2), la región determinante del sexo Y-box 2 (SOX2) y la proteína ácida fibrilar glial (GFAP), respectivamente.

Las neuronas E3 tenían niveles de p-Tau significativamente reducidos en comparación con las neuronas E4. Las neuronas con la mutación homocigótica mostraron reducciones del 50 % en la intensidad fluorescente media (MFI) en comparación con las neuronas E4, lo que indica una absorción reducida de la proteína Tau-488.

Las neuronas de tipo EKO demostraron una absorción de proteína Tau-488 notablemente reducida en comparación con las neuronas E4, lo que indica que R136S disminuyó la capacidad de la apolipoproteína para contribuir funcionalmente a la acumulación de Tau-488 en células neuronales con la mutación homocigota, asemejándose a las neuronas de tipo EKO.

La terapia con heparina redujo significativamente la intensidad fluorescente media en E3, E4 y las células neuronales con la mutación heterocigótica. Por el contrario, los niveles de heparina solo mostraron tendencias decrecientes en la MFI de células neuronales mutadas E4 homocigotas, lo que indica una absorción reducida de la proteína Tau basada en HSPG entre las células neuronales con la mutación homocigota.

Conclusiones

Según los hallazgos del estudio, se ha descubierto que la presencia de la mutación R136S en el gen APOE4 protege a los ratones contra la acumulación de proteína tau y el desarrollo de tauopatía.

Esta mutación exhibe un efecto dosis dependiente, siendo potencialmente un factor protector contra la enfermedad de Alzheimer.