Cross-talk between acetylcholinesterase and presenilin 1, implications for alzheimer's disease

Resumen

La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad neurodegenerativa caracterizada por la pérdida progresiva de memoria y capacidades cognitivas, siendo especialmente afectadas las áreas y conexiones colinérgicas del hipocampo y neocortex. Así, la depleción en los niveles del neurotransmisor acetilcolina (ACh) aparece como un factor de importancia en el desarrollo y progresión de la demencia. En este contexto, las actuales terapias paliativas con las que se trata la EA se basan en mantener niveles altos de ACh, mediante la inhibición de la enzima que hidroliza al neurotransmisor, la acetilcolinestarase (AChE). En el cerebro de sujetos con EA co-existen dos entidades neuropatológicas que la caracterizan, los depósitos proteinaceos extracelulares, cuyo componente mayoritario es el péptido ß-amiloide (Aß), y los ovillos neurofibrilares intraneuronales, un conglomerado anormal de proteínas compuesto por pequeñas fibrillas entrelazadas de la proteína citoesquelética tau anormalmente hiperfosforilada (P-tau). El Aß es un pequeño polipeptido, de 40 a 42 aminoácidos de longitud en sus isoformas mayoritarias, generado tras el procesamiento de una proteína de transmembrana tipo I denominada precursor de la proteína amiloide o APP. El Aß se genera tras el procesamiento secuencial del APP por las enzimas proteolíticas ß-secretasa y ¿¿secretasa. La actividad ¿-secretasa es llevada a cabo por un complejo proteico que procesa un gran número de proteínas transmembrana tipo I con un corto domino intracelular, muchas de ellas de conocida importancia en la función neuronal. La enzima presenilina-1 (PS1) es el componente catalítico del complejo ¿¿secretasa. Nuestro grupo ha demostrado previamente, mediante experimentos de co-inmunoprecipitación recíproca, que AChE puede interaccionar con PS1. Además, AChE aparece como una proteína moduladora de los niveles de PS1. En modelos celulares, la sobre-expresión de AChE promueve aumentos de PS1, mientras que el silenciamiento de la expresión de la colinesterasa causa disminución de PS1 en células transfectadas con siRNA de AChE. El estudio recogido en esta memoria se adentra en el mecanismo de dicha interacción, analizando la influencia de las diferentes variantes y formas moleculares de AChE en los niveles de expresión de PS1. Demostramos que la modulación de PS1 por AChE es llevada a cabo por mecanismo no colinérgicos, y en concreto independientes de la capacidad catalítica de AChE, dado que mutantes inactivos de la proteína mantienen la capacidad de influenciar los niveles de PS1. Nuestros datos indican que AChE puede funcionar como un inhibidor de la ¿-secretasa, y, lo que es más importante, sugieren que la inhibición de la actividad ¿-secretasa puede promover, mediante un mecanismo compensatorio, el aumento de expresión de su componente activo, la PS1. En nuestros estudios también hemos re-analizado los niveles de expresión de AChE en extractos cerebrales de sujetos con EA; hasta ahora la inmensa mayoría de los estudios clásicos habían abordado tan solo los niveles de actividad enzimática. Nuestro análisis mediante técnicas de Western blotting e inmunohistoquímica indican que mientras los niveles de actividad están disminuidos, los de proteína AChE aparecen preservados, lo que demuestra la existencia de un importante reservorio de proteína AChE no activa en el cerebro afectado por la patología. El potencial papel y significado fisiopatológico de esta AChE inactiva en el cerebro de enfermos de EA requiere ser analizado, con mayor interés si cabe a la vista de la capacidad de AChE de influir sobre PS1 mediante interacciones proteína-proteína independientes de su actividad catalítica. Finalmente, hemos estudiado la influencia recíproca de PS1/ ¿-secretasa sobre AChE, y en concreto la posibilidad de que la actividad secretasa participe del procesamiento de AChE. La variante de AChE mayormente expresada en el cerebro humano es un tetrámero de subunidades catalíticas de AChE (G4) anclada a la membrana mediante una subunidad estructural rica en prolina y denominada PRiMA, una proteína transmembrana de tipo I. Hemos demostrado que PS1 participa en el procesamiento de AChE, actuando sobre PRiMA y liberando un pequeño fragmento intracelular de la misma. Caracterizamos y localizamos dicho fragmento de PRiMA en el núcleo, lo que sugiere su potencial participación en mecanismo de regulación transcripcional, una posibilidad que abre una nueva vía de estudio que puede resultar de importancia tanto en condiciones fisiológicas como patológicas. Una mayor comprensión de las complejas inter-relaciones de PS1 y AChE puede ser de importancia no sólo para avanzar en el conocimiento de los mecanismos fisiopatológicos afectados en la demencia, sino también para el desarrollo de nuevas y mejoradas estrategias terapéuticas para el tratamiento de la EA.