Analysis of LRRK2 towards understanding the pathogenic mechanisms underlying Parkinson's diseasederegulated autophagy and endocytosis

Resumen

La Enfermedad de Parkinson (EP) se presenta de forma esporádica (idiopática) en la mayoría de los pacientes. Sin embargo, en los pocos casos en que la enfermedad está determinada genéticamente, la identificación y el estudio de las mutaciones responsables proporciona una valiosa información sobre los mecanismos moleculares implicados en la muerte neuronal. Se ha descrito la asociación de EP, tanto familiar como esporádica, con mutaciones en LRRK2 (leucine-rich repeat kinase 2). LRRK2 es una proteína que contiene varios dominios, entre los que se encuentran los dominios quinasa y GTPasa, donde suelen aparecer mutaciones patogénicas. Existe una clara correlación entre el grado de actividad catalítica de LRRK2 y citotoxicidad; sin embargo, los efectos de LRRK2 sobre los procesos celulares tempranos que en última instancia causan la muerte celular aún no han sido analizados en profundidad. Aunque se ha descrito tanto in vitro como in vivo que LRRK2 está involucrado en el tráfico endosomal y autofágico, los mecanismos exactos en los que participa aún no se conocen. Esta tesis analiza los mecanismos patogénicos de la EP en los que está implicado LRRK2, haciendo especial énfasis en los procesos de endocitosis y autofagia. En primer lugar, hemos descrito que mutaciones patogénicas de LRRK2 causan un bloqueo del flujo autofágico a través de una ruta que implica canales sensibles a NAADP localizados sobre estructuras endosomales tardías y lisosomas. Observamos que LRRK2 patogénica provoca un incremento parcial del pH lisosomal, así como una disminución de la supervivencia celular en la presencia de estrés debido a agregación proteíca. Puesto que el lisosoma es la estructura final para las rutas de autofagia y endocitosis, se estudió el efecto de mutaciones patogénicas de LRRK2 sobre la endocitosis. En este trabajo demostramos que LRRK2 patogénica es responsable de un déficit, tanto en eventos tempranos como tardíos, de la endocitosis mediada por receptor. Este déficit provoca un retraso en el tráfico del receptor a nivel del endosoma tardío y, como consecuencia, su acumulación en estructuras anormalmente alargadas. Estos defectos en el tráfico del receptor pudieron ser revertidos por la sobreexpresión de algunas proteínas relacionadas con eventos tardíos del tráfico endocítico, como rab7L1 o la forma constitutivamente activa de rab7, así como por proteínas que interaccionan con rab7 como dynamin2/CIN85. Estas proteínas se localizan en endosomas tardíos y son cruciales en la regulación de la degradación de receptores de membrana. Nuestros resultados demuestran que la expresión de LRRK2 patogénica está asociada a un descenso de la actividad de rab7, una pequeña GTPasa implicada en varios eventos del tráfico endosomal, tales como el tráfico endosoma tardío-lisosoma y el tráfico retrómero entre endosoma tardío y trans-Golgi network.