Developing Techniques to Assess and Optimize the Efficiency of Targeted Protein Degradation strategies for Tau in the Context of Alzheimer’s Disease

Abstract

A doença de Alzheimer (DA), responsável por 50% a 70% de todos os casos de demência no mundo, é também a sétima causa de morte globalmente. Devido ao envelhecimento da população global, estima-se que a prevalência da DA aumente dos cerca de 55 milhões na atualidade, para mais de 150 milhões em 2050.DA é uma doença neurodegenerativa complexa que compromete progressivamente as funções cognitivas dos pacientes. Embora as disfunções relacionadas com a memória sejam consideradas o sintoma mais característico, a sintomatologia desta doença abrange uma ampla gama de alterações cognitivas, comportamentais e psicológicas. Nos estágios mais avançados da DA, a crescente intensidade dos sintomas leva a que os pacientes deixem de ser capazes de realizar tarefas simples do dia-a-dia e a que se tornem completamente dependentes de assistência por parte de familiares ou cuidadores profissionais.Os principais marcos histopatológicos associados à DA são as placas senis causadas pela deposição exacerbada de amilóide-β e os agregados neurofibrilares de tau, desencadeados pelo processo menos estudado de hiperfosforilação desta proteína. Apesar do intenso fluxo de investigação centrada nesta doença, muitos mecanismos subjacentes à sua origem e progressão ainda estão por ser descobertos. Até à data, apenas duas terapias modificadoras de doença direcionadas à patologia de amilóide-β foram aprovadas pela FDA e uma pela EMA. Apesar das fortes correlações entre a patologia de tau e a sintomatologia da DA, nenhuma terapia direcionada à patologia de tau foi aprovada até ao momento. Para além disso, as terapias aprovadas não têm capacidade para parar a progressão da doença. Apesar dos progressos feitos nos últimos anos, existe ainda uma necessidade urgente de desenvolver novas abordagens terapêuticas para a DA.A degradação direcionada de proteínas (DDP) é uma modalidade terapêutica emergente que utiliza moléculas sintéticas para direcionar seletivamente proteínas para mecanismos de degradação intracelular. O desenvolvimento de estratégias de DDP para combater a agregação proteica que caracteristicamente ocorre no contexto de doenças neurodegenerativas é um conceito promissor.Neste projeto, começámos por desenvolver um ensaio de imunoprecipitação de lisossomas que nos permitirá demonstrar o modo de ação de uma AUtophagy TArgeting Chimera (AUTAC), utilizando um modelo celular clonal de DA onde a agregação de tau é induzida utilizando amostras de tau patológica proveniente de pacientes humanos. Para além disso, estabelecemos também um protocolo de ultracentrifugação de gradiente de sacarose para fracionar subpopulações dessas mesmas amostras de tau, com o objetivo de as caracterizar, e com base nisso, desenvolver PROteasomal TArgeting Chimeras (PROTAC) e outras moléculas de DDP mais eficientes no futuro.

Alzheimer's disease (AD) is the seventh cause of death in the world and the most common trigger of dementia, responsible for 50% to 70% of all cases around the globe. Moreover, due to the global population aging, the already high prevalence of AD is predicted to increase from about 55 million to over 150 million in 2050.As a complex neurodegenerative disorder, AD progressively weakens cognitive function. While memory impairment is considered a hallmark symptom, the symptomatology of AD extends far beyond it, encompassing a wide range of cognitive, behavioral, and psychological changes. In advanced stages of AD, the increasing symptom intensity causes patients to stop being able to perform simple day-to-day tasks and to become completely dependent on assistance provided by caregivers. The primary histopathological hallmarks associated with AD are the extracellular senile plaques caused by exacerbated amyloid deposition and the intracellular tau neurofibrillary tangles triggered by the less studied process of tau hyperphosphorylation. Despite the intense flow of research focusing on this disease, many mechanisms underlying its onset and progression still need to be discovered. Only 2 disease-modifying therapies targeting amyloid-β pathology have been approved thus far by the FDA and 1 by the EMA. Despite strong correlations between tau pathology and AD symptomatology, no therapy targeting tau has been approved to date. Furthermore, the approved terapies are not able to stop the progression of the disease. Consequently, there is a pressing burden to develop novel therapeutic approaches for AD. Targeted protein degradation (TPD) is an emergent therapeutic field employing small synthetic molecules to selectively target proteins for intracellular degradation pathways. Developing TPD-based approaches to tackle protein aggregates in neurodegenerative diseases is a very promising concept. Here, we first developed a lysosomal immuno-precipitation assay that will allow us to demonstrate the mode of action of a tau AUtophagy TArgeting Chimera (AUTAC) in a human AD-tau seeded cellular model. Additionally, we established a sucrose ultracentrifugation protocol to fractionate subpopulations of human AD-tau seeds, which will help us characterize these samples and improve the efficiency of a PRoteasome TArgeting Chimera (PROTAC) and other TPD molecules in the future.