The Promyelocytic Leukemia Protein (PML) regulates neural stem cell physiology and confers neuroprotection in a mouse model of Alzheimer’s disease pathology

Η Πρωτεΐνη της Προμυελοκυτταρικής Λευχαιμίας (PML), η οποία αρχικά χαρακτηρίστηκε ως ογκοκαταστολέας, αποτελεί τον κεντρικό οργανωτή των υποπυρηνικών δομών PML-nuclear bodies, τα οποία ρυθμίζουν ποικίλες κυτταρικές διεργασίες, όπως τη μεταγραφή, τoν κυτταρικό κύκλο, τις DNA damage αποκρίσεις και την απόπτωση. Στο νευρικό σύστημα, η PML έχει αποδειχθεί ότι εξισορροπεί τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίησης των εμβρυικών νευρικών βλαστοκυττάρων, ενώ ασκεί νευροπροστατευτική δράση σε καταστάσεις εγκεφαλική ισχαιμία. Παράλληλα, σε νευροεκφυλιστικές διαταραχές εμπλέκεται στη ρύθμισης της αποικοδόμησης δισδιάλυτων παθολογικών πρωτεϊνών. Ωστόσο, οι μοριακοί μηχανισμοί μέσω των οποίων η PML ρυθμίζει τη λειτουργία των νευρικών κυττάρων και η συμβολή της στο νευροεκφυλισμό της νόσου Αλτσχάιμερ (ΝΑ), παραμένουν ανεξιχνίαστα. Στη παρούσα μελέτη διερευνήσαμε τον ρόλο της πρωτεΐνης PML στη κυτταρική τύχη νευρικών βλαστοκυττάρων, την αντοχή τους σε κυτταρικό στρες και τη μιτοχονδριακή λειτουργία, αξιοποιώντας πρωτεωμικές και μεταγραφωματικές προσεγγίσεις. Διαπιστώσαμε ότι η απαλοιφή της PML σε νευρικά βλαστοκύτταρα οδηγεί σε σημαντική αύξηση της σηματοδότησης mTOR και των μηχανισμών μετάφρασης πρωτεϊνών. Επιπλέον, παρατηρήσαμε ότι τα Pml-/- κύτταρα παρουσίασαν μειωμένη αυτοφαγική ροή και εξασθενημένη λειτουργία του πρωτεασώματος. Οι διαταραχές αυτές προκάλεσαν αυξημένη σχηματισμό δυσδιάλυτων πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων και αυξημένη ευαισθησία σε κυτταρικό θάνατο επαγόμενο από στρες. Επίσης, η απαλοιφή της PML επηρεάζει σημαντικά τη μιτοχονδριακή λειτουργία, προάγοντας την παραγωγή δραστικών ριζών οξυγόνου (ROS), τη μείωση μιτοχονδριακού μεμβρανικού δυναμικού καθώς και αλλοιώσεις στη μορφολογία μιτοχονδρίων. Οι παραπάνω διαταραχές αποδίδονται στη μειωμένη έκφραση της πρωτεΐνης PGC1α και στη επακόλουθη μείωση της σηματοδότησης PPARγ, καθώς παρατηρήσαμε ότι αποκαθίστανται με τη χρήση ενός PPARγ αγωνιστή, της ροσιγλιταζόνης. Στη συνέχεια, εξετάσαμε τον ρόλο της πρωτεΐνης PML στη νευροφλεγμονή και στο νευροεκφυλισμό, χρησιμοποιώντας in vitro και in vivo μοντέλα ποντικών για τη ΝΑ. Χρησιμοποιώντας ενδοκρανιακές εγχύσεις ολιγομερών πεπτιδίων β-αμυλοειδούς 1–42 σε ποντίκια αγρίου τύπου και Pml-/- , και καλλιέργειες πρωτογενούς μικρογλοίας, διαπιστώσαμε ότι η έλλειψη της PML οδηγεί σε μειωμένη προσέλκυση, ενεργοποίηση και φαγοκυτταρική ικανότητα της μικρογλοίας καθώς και εξασθενημένη παραγωγή κυτοκινών. Σε διαγονιδιακά ποντίκια 5xFAD, η απαλοιφή της PML οδηγεί σε αυξημένη συσσώρευση αμυλοειδικών πλακών στη περιοχή του ιπποκάμπου, μειωμένες αποκρίσεις μικρογλοίας, ενώ παράλληλα παρατηρήθηκε αυξημένη ενεργοποίηση αστροκυττάρων και εντονότερος νευροεκφυλισμός. Η μεταγραφωματική ανάλυση στην περιοχή του ιπποκάμπου αποκάλυψε καταστολή μονοπατιών που σχετίζονται με τη μετανάστευση κυττάρων, την αξονογένεση και τον σχηματισμό συνάψεων καθώς και απορρύθμιση της μεταγραφικής υπογραφής της παθολογικής μικρογλοίας (DAM). Επιπλέον παρατηρήσαμε ότι η έλλειψη της πρωτεΐνης PML επιδείνωσε τις συμπεριφορικές λειτουργίες που συντονίζονται από τον ιππόκαμπο, αναδεικνύοντας τον ρόλο της πρωτεΐνης PML στη διατήρηση ανώτερων γνωσιακών λειτουργιών. Συνολικά, τα αποτελέσματα μας αναδεικνύουν την πρωτεΐνη PML ως έναν σημαντικό ρυθμιστή της κυτταρικής ομοιόστασης, της επιβίωσης των νευρικών κυττάρων και των νευροπροστατευτικών δράσεων στην ΝΑ.