The role of SIRT2 in alpha-tubulin, Tau and alpha-synuclein post-translational modifications in parkinson's disease

Abstract

Sporadic Parkinson’s disease (sPD) is characterized by mitochondrial dysfunction and the accumulation of protein aggregates in a specific group of neurons. It has already been demonstrated by our group that microtubule (MT) - dependent dynamics disruption due to mitochondrial dysfunction have a major role in sPD etiopathogenesis. Given that the MT network is disrupted in sPD cells and that microtubule associated proteins (MAPs) allow MT stabilization we aim to clarify the role of Sirtuin-2 (SIRT2), a NAD+ dependent protein that deacetylates α-tubulin in PD cellular neurodegeneration. We used human neuroblastoma SHSY-5Y cell lines that overexpressed α-synuclein (ASYN) and transmitochondrial cybrids that recapitulate pathogenic alterations observed in sPD patient brains. We confirmed that Tau protein and ASYN are MT-associated proteins. Moreover, our results suggested that α-tubulin acetylation induced by SIRT2 inhibition is functionally associated with the improvement of MT dynamic determined by decrease in phospho-Tau levels, or by increase in Tau/Tubulin and ASYN/tubulin binding. Our data provide a strong evidence for a functional role of tubulin and MAPs acetylation on autophagic vesicular traffic and cargos clearance. Additionally, we showed that an inherited mitochondrial dysfunction (sPD cybrids) or an accumulation of ASYN oligomers (overexpressed ASYN cells) imbalance mitochondrial fusion and fission events which further compromised autophagy. Moreover, this study indicates that MT can be a promising therapeutic target in the field of neurodegenerative disorders, like sPD, in which intracellular transport is altered.

Os casos esporádicos da doença de Parkinson (sPD) são caracterizados por disfunção mitocondrial, assim como, pela acumulação de agregados proteicos num grupo específico de neurónios. Já foi previamente demonstrado pelo nosso grupo que, a alteração dos mecanismos mediados por microtúbulos (MTs) em consequência da disfunção mitocondrial, tem um papel importante na etiopatogenia do sPD. Dado que a rede de MT está alterada nas células de doentes com sPD e que as proteínas associadas a microtúbulos (MAPs) permitem a estabilização dessa rede de MT, nós pretendemos clarificar o papel desempenhado pela Sirtuina-2, uma proteína dependente de NAD+ que induz a desacetilação da α-tubulina logo alterando a estabilidade dos MTs. Nós utilizámos células de neuroblastoma humano (SHSY-5Y) que sobreexpressam α-sinucleína (ASYN) e cíbridos transmitocondriais que recapitulam as alterações patogénicas observadas nos cérebros de sPD. Confirmámos que a proteína Tau e a ASYN são proteínas associadas aos microtúbulos. Os nossos resultados sugerem, inclusivamente, que os níveis de acetilação da α-tubulina estão associados à melhoria da dinâmica dos MT, evidenciada quer pelo decréscimo dos níveis de proteína Tau fosforilada, quer pelo aumento da interacção entre Tau/α-tubulina e ASYN/α-tubulina em células tratadas com um inibidor de SIRT2. Os nossos resultados sugerem fortemente que a acetilação da α-tubulina e das proteínas MAPs tem uma elevada importância funcional no transporte de vesículas autofágicas, assim como na eliminação de mitocôndrias disfuncionais e agregados proteicos. Demonstrámos também que, tanto a disfunção mitocondrial (cíbridos de sPD), como a acumulação de oligómeros de ASYN (células que sobreexpressam ASYN) promovem uma alteração dos mecanismos de fissão e fusão mitocondriais comprometendo a autofagia. Assim sendo, este estudo aponta para os MT como sendo um alvo terapêutico promissor no campo das doenças neurodegenerativas, como o sPD, em que o transporte intracelular está alterado.