A Esclerose Lateral Amiotrófica é uma doença neurodegenerativa que afeta seletivamente neurônios motores. A maior parte dos casos de ELA (90%) é esporádica. Para os casos familiais, mais de vinte genes já foram associados. Diversos mecanismos estão envolvidos na patogênese, entre eles o estresse oxidativo, proteostase e agregação, excitoxicidade, tráfego intracelular, entre outros. A mutação P56S na proteína VAPB está associada à ELA8. A VAPB é uma proteína de membrana do retículo endoplasmático e está possivelmente envolvida em diversas funções celulares, dentre elas tráfego intracelular, interação retículo endoplasmático-aparelho de Golgi e UPR. Sabendo que mutações no gene que codifica VAPB resultam em ELA e que indivíduos com a mesma mutação neste gene podem apresentar quadros clínicos bastante diferentes, propõe-se estudar a suscetibilidade ao estresse oxidativo e ao estresse do retículo endoplasmático e as possíveis vias de degradação das proteínas mutantes como fatores subjacentes a essa heterogeneidade clínica. Desta forma, objetivou-se realizar uma análise integrada de ELA8, buscando compreender os mecanismos moleculares envolvidos na doença, utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae como modelo para estudo. Foram obtidas diferentes linhagens BY4741 de S. cerevisiae, expressando os genes de VAPBWT e VAPBP56S ou o plasmídeo vazio (que foi utilizado como controle em todos os experimentos) sob controle do promotor GAL1. Foram avaliadas as viabilidades das células expressando as proteínas humanas, a sua localização celular e possível formação de agregados. Os resultados mostram que a expressão da proteína VAPBP56S é tóxica e leva à formação de agregados dispersos nas células, enquanto a expressão da proteína selvagem se concentra no retículo endoplasmático e não altera significativamente a viabilidade das células. Scs2 é a proteína de levedura homóloga a VAPB, e a deleção do gene correspondente gera linhagens auxotróficas para inositol. VAPBWT e VAPBP56S foram expressas em linhagem nocaute para o gene Scs2, a fim de analisar se os homólogos humanos complementam a auxotrofia a inositol. Observou-se que a linhagem expressando a proteína selvagem é capaz de restaurar o fenótipo selvagem e a linhagem expressando a proteína mutante não. Para avaliar os efeitos de estresse oxidativo nas linhagens BY4741, foram determinados: a viabilidade e sensibilidade das linhagens sob condições de estresse induzido por H2O2, a razão GSH/GSSG e a produção de H2O2 por mitocôndrias, além da viabilidade após tratamento com o antioxidante N-acetil-L-cisteína. De modo geral foi verificado que a linhagem expressando a proteína mutante é discretamente mais sensível ao tratamento com H2O2, possui menor razão GSH/GSSG, e produz mais H2O2 em mitocôndrias isoladas. Em conjunto, estes dados sugerem alteração no metabolismo redox a partir da expressão de VAPBP56S. Os efeitos da inibição do proteassomo (ΔPdr5 + MG132) e da autofagia (ΔAtg8) foram avaliados em ensaios de viabilidade e degradação proteica. Verificou-se que a inibição do proteassomo tem maior efeito sobre a viabilidade das linhagens expressando VAPBWT e diminui a degradação desta proteína. A inibição da autofagia, ao contrário, afeta mais a linhagem expressando VAPBP56S. A atividade do proteassomo, a ubiquitinação de proteínas e os níveis de autofagia também foram avaliados, sendo verificado que há maior expressão de subunidades do proteassomo nas linhagens expressando ambas as proteínas. Na linhagem expressando VAPBWT, observou-se maior atividade do proteassomo e uma diminuição no pool de proteínas ubiquitinadas, de acordo com a maior expressão de subunidades do proteassomo. Na linhagem expressando VAPBP56S, ao contrário, há diminuição da atividade do proteassomo e acúmulo de proteínas ubiquitinadas, sugerindo uma inibição do proteassomo. Por meio do monitoramento da fusão GFP-Atg8 foi verificada a maior formação de autofagossomos nas linhagens expressando VAPBP56S, o que sugere maiores níveis de autofagia. Foi avaliada a viabilidade das células sob o efeito do aumento da expressão de Tsa1, uma peroxirredoxina com capacidade de recrutar chaperonas para agregados de forma redox dependente. Observou-se que esta proteína é capaz de atenuar a toxicidade de VAPBP56S, especialmente no ensaio de diluição seriada. Por fim foram verificados os níveis de marcadores de estresse do retículo endoplasmático, Pdi1, Ero1, Lhs1 e Kar2, e de UPR, SHac1, e foi visto que a expressão da proteína mutante alterou todos estes indicadores. Os dados em conjunto sugerem alterações no metabolismo redox e na proteostase resultantes da expressão de VAPBP56S / Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease that affects motor neurons. The majority of ALS cases (90%) are sporadic. More than twenty genes have been associated with familial cases. Several mechanisms are involved in ALS pathogenesis, including oxidative stress, proteostasis and aggregation, excitotoxicity, intracellular trafficking, and others. The P56S mutation in the protein VAPB is associated with ALS8. VAPB is a membrane protein of the endoplasmic reticulum that is possibly involved in diverse cellular functions, including intracellular trafficking, interaction endoplasmic reticulum-Golgi and UPR. Knowing that mutations in the gene encoding VAPB result in ALS and that individuals with the same mutation in this gene can show different clinical conditions, we aimed to analyze the susceptibility to oxidative and endoplasmic reticulum stresses and protein degradation pathways as factors underlying this clinical heterogeneity. Thus, the objective was to perform an integrated analysis of ALS8, trying to understand the molecular mechanisms involved in the disease using, for this purpose, budding yeast Saccharomyces cerevisiae was employed as a model for this study. Different strains of S. cerevisiae containing the gene VAPBWT or VAPBP56S or the empty plasmid were obtained. BY4741 strains were evaluated for their viability when expressing human proteins, the subcellular localization of these proteins and the ability to form aggregates. The results show that the expression of the mutant protein is toxic and leads to the formation of disperse aggregates in the cell, while the expression of the wild-type protein is concentrated in the endoplasmic reticulum and does not alter cell viability. Scs2 is the yeast homologue of VAPB and deletion of the corresponding gene renders cells auxotrophic for inositol. Therefore, VAPBWT and VAPBP56S genes were expressed in Δscs2 cells to evaluate their ability to complement the inositol auxotrophy. The strain expressing the wild-type protein was able to restore the wild type phenotype, while the strain expressing the mutant protein was not. To evaluate oxidative stress in BY4741 strains expressing human proteins, it was determined: viabilities and sensitivities to stress induced by H2O2; GSH/GSSG ratio and H2O2 production in the mitochondria, as well as viabilities after treatment of cells with N-acetyl-L-cysteine. In general, it was found that the strain expressing the mutant protein is slightly sensitive to treatment with H2O2, had minor GSH/GSSG ratio, which indicates more oxidative cellular environment, and has a major production of H2O2 in isolated mitochondria. Together, these data suggest important changes in the redox metabolism associated with VAPBP56Sexpression. The effects of inhibition of the proteasome (ΔPdr5 + MG132) and autophagy (ΔAtg8) were evaluated through viability assays and protein degradation. Inhibition of the proteasome had a greater effect on the viability of strains expressing VAPBWT and decreased the degradation of this protein. Inhibition of autophagy, in contrast, mainly affected the strain expressing VAPBP56S. The activity of the proteasome, protein ubiquitilation and autophagy levels were evaluated in BY4741 strains expressing human proteins. We found an increased expression of proteasome subunits in the strains expressing both proteins, which lead to an increased activity of proteasome in VAPBWT strain and a decrease in the pool of ubiquitilated proteins. In strain expressing VAPBP56S instead, there is a reduced proteasome activity and accumulation of ubiquitilated proteins. By monitoring the GFP-Atg8 fusion, it was verified that the formation of autophagosomes was increased in strains expressing VAPBP56S, suggesting higher levels of autophagy. The effect of Tsa1 expression, a peroxiredoxin capable to recruit chaperone to aggregates, on cell viability was evaluated and it was observed that this protein was able to attenuate the toxicity of VAPBP56S. Finally the levels of endoplasmic reticulum stress markers, Pdi1, Ero1, Lhs1 and Kar2, and the UPR marker, SHac1, were checked and it was found that the expression of the mutant protein is able to change all these indicators. Taken together, our data suggest changes in the redox metabolism and proteostasis linked to VAPBP56S expression
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-03012017-145226 |
| Date | 07 October 2016 |
| Creators | Palma, Flávio Romero |
| Contributors | Soares Netto, Luis Eduardo |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Reter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais. |
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