Microtubule-targeting agents: a therapeutic strategy in neurodegenerative diseases

Abstract

A presença de microtúbulos instáveis é um fenómeno recorrente em várias doenças neurodegenerativas. Alterações anormais, de origem genética ou ambiental, induzidas na tubulina ou em moléculas relacionadas com os microtúbulos tais como MAPs, proteínas motoras, +TIPs dos microtúbulos ou mesmo enzimas responsáveis por cortar os microtúbulos, estão associadas com a reduzida estabilidade e hiperdinâmica dos microtúbulos em neurónios que degeneram. Os microtúbulos constituem grande parte das estruturas responsáveis por apoiar o transporte celular de materiais tais como proteínas da sinapse, mitocôndrias e poliribossomas, por vezes durante longas distâncias em neurónios. Além disso, recentemente foi descoberto que os microtúbulos são responsáveis também por suportar o desenvolvimento e a manutenção de espículas dendríticas. Em conjunto, os microtúbulos têm um papel central no que toca à manutenção de neurónios saudáveis tendo em conta o seu papel no suporte da morfologia neuronal, no transporte intracelular e na plasticidade sináptica, percebendo-se assim, o porquê de alterações anormais nos microtúbulos e proteínas relacionas serem frequentemente observáveis em doenças neurodegenerativas. Desta forma, existem compostos que são usados como estratégia de terapia em doenças neurodegenerativas com o objectivo de estabilizar microtúbulos susceptíveis de degenerar e assim prevenir morte neuronal. Neste projecto caracterizou-se o efeito do Taxol, da Epotilona D e da Noscapina tendo em conta a capacidade que estes compostos apresentam em estabilizar microtúbulos, usando culturas primárias do hipocampo. Mostrou-se que estes compostos são capazes de aumentar a estabilidade dos microtúbulos, apesar de usarem diferentes mecanismos, tendo em conta o aumento na quantidade de tubulina polimerizada e acetilada. Além disso, estes compostos conseguiram promover o crescimento de neurites. Finalmente, mostrou-se que há um ligeiro decréscimo na estabilidade dos microtúbulos num modelo in vitro da doença de Alzheimer baseado na agregação da proteína tau.

Microtubule instability is a common feature among several neurodegenerative diseases. Abnormal genetic or environmental changes induced to tubulin or microtubule-related molecules such as MAPs, motor proteins, microtubule +TIPs or even microtubule severing enzymes are associated with reduced stability and increased dynamicity of microtubules in degenerating neurons. Microtubules form the main tracks that serve intracellular transport of cargos like synaptic proteins, mitochondria and polyribosomes covering long distances in neurons. In addition, it is now known that microtubules are important players regarding the development and maintenance of dendritic spines. Overall, microtubules have a central role keeping neurons in shape concerning their role in neuronal morphology, intracellular transport and synaptic plasticity, uncovering the reason why microtubule-related deficiencies are frequent in neurodegenerative diseases. Consequently, MTA are used as part of a therapeutic strategy to neurodegenerative diseases where they are intended to stabilize degenerating microtubules and prevent neuronal loss. Here we characterized the effect of Taxol, Epothilone D and Noscapine as regards to their ability to stabilize microtubules, using primary hippocampal cultures. We showed that these drugs are able to increase microtubule stability, although with different mechanisms of action, by increasing the relative amount of polymerized and acetylated tubulin. Moreover these drugs were capable of inducing neurite extension. Finally, we showed that there is a slight decrease in microtubule stability in an in vitro tau-aggregation AD model.