Modulation of proteostasis in polyglutamine expansion disorders: the role of mitochondrial sirtuins and IP₃/Ca²⁺ signalling in C. elegans

[ES] Las enfermedades neurodegenerativas son trastornos progresivos, complejos y actualmente incurables, caracterizados en gran medida por la alteración de la proteostasis, un proceso al que las neuronas son particularmente vulnerables. Las enfermedades por expansión de poliglutaminas (poliQ) están causadas por expansiones de repeticiones CAG. Como consecuencia, se generan proteínas mal plegadas propensas a la agregación que se acumulan en el cerebro, dando lugar a disfunción y degeneración neuronal. Entre ellas, la enfermedad de Huntington (EH) es la más prevalente. Está bien establecido que el trasfondo genómico de los individuos influye en la toxicidad y agregación proteica, con un impacto directo en la patología. Algunas variantes genéticas son protectoras y retrasan la aparición de los síntomas, mientras que otras aceleran la progresión de la enfermedad. La identificación de estos genes modificadores puede ser útil para el descubrimiento de nuevas dianas terapéuticas. En esta tesis, se utilizó Caenorhabditis elegans como modelo in vivo para investigar las vías moleculares que regulan la proteostasis y la resiliencia neuronal, centrándonos especialmente en dos vías: las sirtuinas mitocondriales y la señalización del calcio dependiente de las fosfolipasas C (PLC). En el Capítulo 1 investigamos el papel de la sirtuina mitocondrial SIR-2.3, el ortólogo en C. elegans de SIRT4, en la toxicidad de poliQs y de la huntingtina mutante (mHTT). La pérdida de sir-2.3 redujo significativamente la agregación neuronal de poliQ y mejoró la función neuronal en gusanos que expresaban mHTT. Estos efectos protectores estuvieron mediados por la activación de AMPK y la autofagia, con contribuciones parciales de los factores de transcripción DAF-16/FOXO y NHR-49. Asimismo, el silenciamiento de SIRT4 en modelos celulares humanos también redujo la agregación insoluble de mHTT. La inhibición farmacológica de la ATP sintasa mediante tomatidina o bedaquilina reprodujo el fenotipo de la pérdida de sir-2.3 de manera dependiente de AMPK. En el Capítulo 2 abordamos el papel de la señalización del calcio mediada por PLC en el mantenimiento de la proteostasis. La pérdida de función de las isoformas de PLC en el gusano incrementó la agregación de poliQ y deterioró la función motora. Centrándonos en plc-1, el ortólogo de PLC¿ de mamíferos, demostramos que su pérdida exacerba la agregación y la disfunción neuronal a través de una señalización deficiente de calcio mediada por el receptor de IP¿ en C. elegans, itr-1. Además, la depleción de plc-1 aumentó la agregación de ¿-sinucleína, lo que sugiere un papel más amplio en la proteostasis más allá de los modelos poliQ. De forma inesperada, durante los experimentos del Capítulo 2 observamos que algunos mutantes de plc-1 desarrollaban quistes en el sistema excretor, similares a los observados en mutantes con defectos en la célula excretora. Esto nos llevó a investigar un posible papel de PLC-1 en la polaridad epitelial. El sistema excretor de C. elegans es un órgano tubular simple en forma de H con una célula excretora altamente polarizada. Encontramos que PLC-1 es necesario para la correcta formación del lumen e interactúa genéticamente con FLN-2 (el ortólogo del gusano de la filamina, una proteína organizadora del citoesqueleto de actina). PLC-1 y FLN-2 se localizan en la membrana apical y colocalizan con marcadores apicales de polaridad PAR, lo que sugiere que cooperan para mantener la estructura del citoesqueleto y la polaridad epitelial. En conclusión, esta tesis identifica vías genéticas y metabólicas conservadas que regulan la proteostasis y la resiliencia neuronal. Al descubrir nuevos roles para el eje SIRT4-AMPK y la señalización del calcio mediada por PLC-1, este trabajo aporta conocimiento mecanístico y propone nuevas dianas terapéuticas potenciales para la EH y otros trastornos neurodegenerativos relacionados.