Caracterización de líneas de ratones transgénicos que sobreexpresan formas mutantes de la Foldasa ERP57 asociadas a la esclerosis lateral amiotrófica

Abstract

El estrés celu¡ar asociado a la acumulación de proteínas mal plegadas en el retículo endoplásmico (RE) es una de las características patológicas principales de la enfermedad neurodegénerat¡va esclerosis lateral amiotrofica (ELA). Durante la respuesta al estrés de RE, chaperonas y foldasas son sobreexpresadas, incrementando la capacidad de plegamiento del RE. Las proteínas disulfuro isomerasas (PDl) son una de las principales chaperonas del RE, las que son además reguladas positivamente en la ELA- ERp57 es una proteína miembro de la famil¡a de las PDI y una chaperona del RE que participa en el plegamienio de gl¡coproteínas, siendo parte del cielo calnex¡na/calret¡culina. ERp57 ha sido relacionada con diversas enfermedades, como el cáncer y la hepalitis, en las cuales su contr¡bución ha s¡do ampl¡amente estud¡ada. El rol de ERp57 en el sistema nerv¡oso y su posible corüribuc¡ón en enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y la ELA aún no han sido diluc¡dados. Recientemente nuesiro laboratorio reportó las mutaciones sin sentido D217N y Q481K en ERp57 en pac¡entes con ELA. Estas mutaciones afecian la conectiv¡dad y función de motoneuronas en diferentes lineas celulares y en modelos de pez cebra. En este Seminario de Título, se caracterizaron ratones transgénicos que sobreexpresan estas formas mutantes de ERp57 en el sistema nervioso central bajo el promotor de la proteína de prion (PrP). Ambas mutaciones de ERp57 gatillaron un ¡mpedimento motor, indicado por mediciones de coordinación motora usando la prueba de "Wire Hang test'. La causa probable del fenotipo motor observado fue ¡nvest¡gada mediante mediciones de electromiografía para detectar la actividad espontánea en Ia s¡napsis entre las motoneurona y el músculo, en donde no se encontraron alteraciones. Sin embargo, análisis morfológico de la un¡ón neuromuscular (UNM) mostró que los ratones transgénicos ERp57D217N presentan atterac¡ones en la inervación muscular. Los aparatos pre-sinápticos presentaron h¡ncházón axonal y los aparatos post-s¡nápticos mostraron anchos de banda terminales más angostos, morfologías anormales y de menor volumen. Estud¡os de la fisiología del músculo esquelético mostraron que estos ratones no desarrollan alterac¡ones morfológicas, fibrosis ni alteración en los ciclos de degenerac¡ón/regeneración. Los músculos esquelét¡cos presentaron aherac¡ones en los patrones de m¡ofibras oxidativas, donde d¡sminuyen las fibras de contracción ráp¡da y aumentas las fibras de contracción lenta. Mediante qPCR y Western blot se encontró que los modelos estudiados no presentaban activada la vía de señalización de respuesia a proleínas mal plegadas (UPR), pero presentaron alterac¡ones en los perf¡les de expres¡ón de proteínas sinápticas en el sistema nervioso central. En conjunfo, estos resultados ind¡can que estas mutaciones de ERp57 relacionadas a la ELA causan aherac¡ones en la homeostasis proteica, en Ia integridad y equ¡librio de la UNM y en la fisiología muscular. De esta forma, proponemos que las líneas de ratones generadas modelan etapas tempranas sintomát¡cas de la ELA.

Prote¡n folding stress ¡n the endoplasrnic reliculum (ER) ¡s a pr¡mary feature of the neurodegenerat¡ve drsease amyotrophic lateral sclerosis (ALS). During ER stress, chaperones and foldases are overexpressed to increase the folding capac¡ty of the ER. The Protein Disulfide lsomerases (PDls) are major ER chaperones upreEulated in ALS. ERp57 is a member of the PDi family and a chaperone of the ER that participates in the folding of glycoproteins, forming part of the calnex¡nicalreticulin cycle. ERp57 has been related with d¡fferent diseases, like cancer and hepat¡tls, in which the contribution has been widely studied. The role of ERp57 ¡n the central nervous system and its possible contnbutlon in neurodegenerative d¡seases. like Alzhe¡mer's disease and ALS still remain unclear. We recently reported the missense mutations D217N and Q481K of ERp57 in ALS cases. Mutations in ERp57 affect motoneuron connectivity and function in cell lines and zebrafish models. ln th¡s Seminar of Title, we report the characterization of mouse models that overexpress mutant ERp57 under Prp promoter ¡n the central nervous system. Both mutations of ERp57 led to motor ¡mpairment, as determined by measurements of motor coordination using the Wire Hang test. The motor phenotype was further ¡nvestigated by electromiography recordings, to detect muscle denervation, which did not show alterations. Neuromuscular junction (NMJ) analysis showed that transgen¡c ERp57D217N mice present abnormal muscle ¡nnervation. Pre-synaptic apparatus presented axonal swelling and post-synaptic apparatus narrower endplate bands, abnormal morphologies and decreased volume. Analysis of skeletal muscle phys¡ology showed no alteralions in morphology, fibrosis oidegenerativelregenerative cycles. bui revealed an altered profile of oxidative ffiyofibers, w¡th iess fasi-tw¡tch f¡bers and more slow-twitch f¡bers in ihe ERp57D217N transgen;c m¡ce. qPCR and Westem blot analysis showed that overexpress¡on of mutant ERp57 do not cause ac{iváion of the unfolded protein response (UpR) signaling pathway, but Iead to an altered expression profile of synaptic proteins in the central nervous system. Together, these results ¡ndicate that the Al$linked muiant ERp57, d¡srupt NMJ integrity and equillbrium possibly through altered levels of synaptic proteins, caus¡ng alterations in muscle physiology and impaired motor perfomance, a phenotype resembling early symptomatic stages of ALS.