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1.
Acta Neuropathol ; 141(1): 39-65, 2021 01.
Artículo en Inglés | MEDLINE | ID: mdl-33079262

RESUMEN

Several lines of recent evidence indicate that the amyloid precursor protein-derived C-terminal fragments (APP-CTFs) could correspond to an etiological trigger of Alzheimer's disease (AD) pathology. Altered mitochondrial homeostasis is considered an early event in AD development. However, the specific contribution of APP-CTFs to mitochondrial structure, function, and mitophagy defects remains to be established. Here, we demonstrate in neuroblastoma SH-SY5Y cells expressing either APP Swedish mutations, or the ß-secretase-derived APP-CTF fragment (C99) combined with ß- and γ-secretase inhibition, that APP-CTFs accumulation independently of Aß triggers excessive mitochondrial morphology alteration (i.e., size alteration and cristae disorganization) associated with enhanced mitochondrial reactive oxygen species production. APP-CTFs accumulation also elicit basal mitophagy failure illustrated by enhanced conversion of LC3, accumulation of LC3-I and/or LC3-II, non-degradation of SQSTM1/p62, inconsistent Parkin and PINK1 recruitment to mitochondria, enhanced levels of membrane and matrix mitochondrial proteins, and deficient fusion of mitochondria with lysosomes. We confirm the contribution of APP-CTFs accumulation to morphological mitochondria alteration and impaired basal mitophagy in vivo in young 3xTgAD transgenic mice treated with γ-secretase inhibitor as well as in adeno-associated-virus-C99 injected mice. Comparison of aged 2xTgAD and 3xTgAD mice indicates that, besides APP-CTFs, an additional contribution of Aß to late-stage mitophagy activation occurs. Importantly, we report on mitochondrial accumulation of APP-CTFs in human post-mortem sporadic AD brains correlating with mitophagy failure molecular signature. Since defective mitochondria homeostasis plays a pivotal role in AD pathogenesis, targeting mitochondrial dysfunctions and/or mitophagy by counteracting early APP-CTFs accumulation may represent relevant therapeutic interventions in AD.


Asunto(s)
Enfermedad de Alzheimer/patología , Precursor de Proteína beta-Amiloide/genética , Precursor de Proteína beta-Amiloide/metabolismo , Encéfalo/patología , Mitocondrias/patología , Mitocondrias/ultraestructura , Mitofagia/genética , Anciano , Anciano de 80 o más Años , Enfermedad de Alzheimer/metabolismo , Secretasas de la Proteína Precursora del Amiloide/antagonistas & inhibidores , Secretasas de la Proteína Precursora del Amiloide/metabolismo , Animales , Ácido Aspártico Endopeptidasas/antagonistas & inhibidores , Ácido Aspártico Endopeptidasas/metabolismo , Autopsia , Línea Celular , Femenino , Humanos , Potencial de la Membrana Mitocondrial , Ratones , Mitocondrias/metabolismo , Fragmentos de Péptidos/genética , Fragmentos de Péptidos/metabolismo , Especies Reactivas de Oxígeno/metabolismo
2.
Cells ; 8(12)2019 11 28.
Artículo en Inglés | MEDLINE | ID: mdl-31795302

RESUMEN

Dysregulation of the Endoplasmic Reticulum (ER) Ca2+ homeostasis and subsequent ER stress activation occur in Alzheimer Disease (AD). We studied the contribution of the human truncated isoform of the sarco-endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase 1 (S1T) to AD. We examined S1T expression in human AD-affected brains and its functional consequences in cellular and transgenic mice AD models. S1T expression is increased in sporadic AD brains and correlates with amyloid ß (Aß) and ER stress chaperone protein levels. Increased S1T expression was also observed in human neuroblastoma cells expressing Swedish-mutated ß-amyloid precursor protein (ßAPP) or treated with Aß oligomers. Lentiviral overexpression of S1T enhances in return the production of APP C-terminal fragments and Aß through specific increases of ß-secretase expression and activity, and triggers neuroinflammation. We describe a molecular interplay between S1T-dependent ER Ca2+ leak, ER stress and ßAPP-derived fragments that could contribute to AD setting and/or progression.


Asunto(s)
Enfermedad de Alzheimer/genética , Enfermedad de Alzheimer/metabolismo , Susceptibilidad a Enfermedades , Regulación de la Expresión Génica , ATPasas Transportadoras de Calcio del Retículo Sarcoplásmico/genética , Anciano , Anciano de 80 o más Años , Enfermedad de Alzheimer/patología , Secretasas de la Proteína Precursora del Amiloide/metabolismo , Péptidos beta-Amiloides/metabolismo , Precursor de Proteína beta-Amiloide/metabolismo , Animales , Biomarcadores , Encéfalo/metabolismo , Encéfalo/patología , Línea Celular , Modelos Animales de Enfermedad , Estrés del Retículo Endoplásmico , Femenino , Humanos , Inmunohistoquímica , Mediadores de Inflamación/metabolismo , Isoenzimas , Masculino , Ratones , Ratones Transgénicos , Persona de Mediana Edad , Modelos Biológicos , Agregación Patológica de Proteínas , ATPasas Transportadoras de Calcio del Retículo Sarcoplásmico/metabolismo , Transducción de Señal
3.
Acta Neuropathol ; 134(5): 749-767, 2017 11.
Artículo en Inglés | MEDLINE | ID: mdl-28631094

RESUMEN

The mechanisms underlying ryanodine receptor (RyR) dysfunction associated with Alzheimer disease (AD) are still not well understood. Here, we show that neuronal RyR2 channels undergo post-translational remodeling (PKA phosphorylation, oxidation, and nitrosylation) in brains of AD patients, and in two murine models of AD (3 × Tg-AD, APP +/- /PS1 +/-). RyR2 is depleted of calstabin2 (KFBP12.6) in the channel complex, resulting in endoplasmic reticular (ER) calcium (Ca2+) leak. RyR-mediated ER Ca2+ leak activates Ca2+-dependent signaling pathways, contributing to AD pathogenesis. Pharmacological (using a novel RyR stabilizing drug Rycal) or genetic rescue of the RyR2-mediated intracellular Ca2+ leak improved synaptic plasticity, normalized behavioral and cognitive functions and reduced Aß load. Genetically altered mice with congenitally leaky RyR2 exhibited premature and severe defects in synaptic plasticity, behavior and cognitive function. These data provide a mechanism underlying leaky RyR2 channels, which could be considered as potential AD therapeutic targets.


Asunto(s)
Enfermedad de Alzheimer/metabolismo , Calcio/metabolismo , Trastornos del Conocimiento/metabolismo , Procesamiento Proteico-Postraduccional , Canal Liberador de Calcio Receptor de Rianodina/metabolismo , Enfermedad de Alzheimer/patología , Animales , Señalización del Calcio , Trastornos del Conocimiento/patología , Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico/metabolismo , Femenino , Humanos , Masculino , Aprendizaje por Laberinto/fisiología , Ratones , Ratones Transgénicos , Estrés Oxidativo/fisiología , Fosforilación , Reconocimiento en Psicología/fisiología , Retículo Sarcoplasmático/metabolismo
4.
J Biol Chem ; 292(24): 10153-10168, 2017 06 16.
Artículo en Inglés | MEDLINE | ID: mdl-28476886

RESUMEN

Alteration of ryanodine receptor (RyR)-mediated calcium (Ca2+) signaling has been reported in Alzheimer disease (AD) models. However, the molecular mechanisms underlying altered RyR-mediated intracellular Ca2+ release in AD remain to be fully elucidated. We report here that RyR2 undergoes post-translational modifications (phosphorylation, oxidation, and nitrosylation) in SH-SY5Y neuroblastoma cells expressing the ß-amyloid precursor protein (ßAPP) harboring the familial double Swedish mutations (APPswe). RyR2 macromolecular complex remodeling, characterized by depletion of the regulatory protein calstabin2, resulted in increased cytosolic Ca2+ levels and mitochondrial oxidative stress. We also report a functional interplay between amyloid ß (Aß), ß-adrenergic signaling, and altered Ca2+ signaling via leaky RyR2 channels. Thus, post-translational modifications of RyR occur downstream of Aß through a ß2-adrenergic signaling cascade that activates PKA. RyR2 remodeling in turn enhances ßAPP processing. Importantly, pharmacological stabilization of the binding of calstabin2 to RyR2 channels, which prevents Ca2+ leakage, or blocking the ß2-adrenergic signaling cascade reduced ßAPP processing and the production of Aß in APPswe-expressing SH-SY5Y cells. We conclude that targeting RyR-mediated Ca2+ leakage may be a therapeutic approach to treat AD.


Asunto(s)
Péptidos beta-Amiloides/metabolismo , Señalización del Calcio , Neuronas/enzimología , Procesamiento Proteico-Postraduccional , Receptores Adrenérgicos beta 2/metabolismo , Canal Liberador de Calcio Receptor de Rianodina/metabolismo , Antagonistas de Receptores Adrenérgicos beta 2/farmacología , Enfermedad de Alzheimer/enzimología , Enfermedad de Alzheimer/genética , Enfermedad de Alzheimer/metabolismo , Enfermedad de Alzheimer/patología , Péptidos beta-Amiloides/genética , Precursor de Proteína beta-Amiloide/genética , Precursor de Proteína beta-Amiloide/metabolismo , Señalización del Calcio/efectos de los fármacos , Línea Celular Tumoral , Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico/química , Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico/metabolismo , Activación Enzimática/efectos de los fármacos , Humanos , Mutación , Proteínas del Tejido Nervioso/agonistas , Proteínas del Tejido Nervioso/química , Proteínas del Tejido Nervioso/genética , Proteínas del Tejido Nervioso/metabolismo , Neuronas/efectos de los fármacos , Neuronas/metabolismo , Neuronas/patología , Oxidación-Reducción , Estrés Oxidativo/efectos de los fármacos , Fosforilación/efectos de los fármacos , Multimerización de Proteína/efectos de los fármacos , Procesamiento Proteico-Postraduccional/efectos de los fármacos , Proteolisis/efectos de los fármacos , Receptores Adrenérgicos beta 2/química , Receptores Adrenérgicos beta 2/genética , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Canal Liberador de Calcio Receptor de Rianodina/química , Proteínas de Unión a Tacrolimus/antagonistas & inhibidores , Proteínas de Unión a Tacrolimus/metabolismo
5.
J Alzheimers Dis ; 55(4): 1549-1570, 2017.
Artículo en Inglés | MEDLINE | ID: mdl-27911326

RESUMEN

Alteration of mitochondria-associated membranes (MAMs) has been proposed to contribute to the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). We studied herein the subcellular distribution, the processing, and the protein interactome of the amyloid-ß protein precursor (AßPP) and its proteolytic products in MAMs. We reveal that AßPP and its catabolites are present in MAMs in cellular models overexpressing wild type AßPP or AßPP harboring the double Swedish or London familial AD mutations, and in brains of transgenic mice model of AD. Furthermore, we evidenced that both ß- and γ-secretases are present and harbor AßPP processing activities in MAMs. Interestingly, cells overexpressing APPswe show increased ER-mitochondria contact sites. We also document increased neutral lipid accumulation linked to Aß production and reversed by inhibiting ß- or γ-secretases. Using a proteomic approach, we show that AßPP and its catabolites interact with key proteins of MAMs controlling mitochondria and ER functions. These data highlight the role of AßPP processing and proteomic interactome in MAMs deregulation taking place in AD.


Asunto(s)
Precursor de Proteína beta-Amiloide/metabolismo , Membrana Celular/metabolismo , Mitocondrias/metabolismo , Secretasas de la Proteína Precursora del Amiloide/metabolismo , Péptidos beta-Amiloides/genética , Péptidos beta-Amiloides/metabolismo , Precursor de Proteína beta-Amiloide/genética , Animales , Células CHO , Línea Celular Tumoral , Membrana Celular/efectos de los fármacos , Membrana Celular/ultraestructura , Cricetulus , Complejo IV de Transporte de Electrones/metabolismo , Inhibidores Enzimáticos/farmacología , Regulación de la Expresión Génica/efectos de los fármacos , Regulación de la Expresión Génica/fisiología , Humanos , Inmunoprecipitación , Ratones , Ratones Transgénicos , Microscopía Electrónica , Mitocondrias/efectos de los fármacos , Mitocondrias/ultraestructura , Mutación/genética , Neuroblastoma/patología , Presenilina-1/genética , Presenilina-1/metabolismo , Pirazoles/farmacología , Quinolinas/farmacología , Canal Liberador de Calcio Receptor de Rianodina/metabolismo , Espectrometría de Masa por Láser de Matriz Asistida de Ionización Desorción , Transfección , Canal Aniónico 1 Dependiente del Voltaje/metabolismo
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