Studying Alpha-Synuclein pathology in mouse striatal synaptosomes and primary neuronal cultures

Abstract

Alfa-sinucleína (α-Syn) é uma proteína constituída por 140 aminoácidos que adota uma estrutura α-helicoidal quando ligada a membranas, no entanto, esta proteína pode facilmente dobrar-se numa estrutura β-pragueada que polimeriza em fibrilhas e agregados. A acumulação de corpos de Lewy e neurites de Lewy intra-neuronais contendo fibrilhas agregadas de α-Syn é um dos processos patogénicos que caracteriza a doença de Parkinson, uma perturbação neurodegenerativa motora relacionada com a idade. A glucose-regulated protein (GRP78) de 78 kDa, um membro da família das heat shock proteins (HSP), é uma das principais chaperones que sob condições de stress do Retículo Endoplasmático (RE) é sobre-expressada e previne a agregação de proteínas, bem como facilita a degradação de proteínas deformadas. Recentemente, tem sido sugerido que a proteína GRP78 pode interagir com a α-Syn, e, eventualmente, transmitir algumas das suas ações patológicas nas células. Assim GRP78 pode ter um importante papel na acumulação de proteínas misfolded ou mutantes tais como α-Syn em relação à doença de Parkinson. Nesta Monografia, foram criados vários métodos que permitam estudar a patologia da α-Syn e a sua localização sináptica, tal como da GRP78 que com ela interage. Foram utilizadas culturas neuronais primárias do hipocampo que foram, posteriormente, incubadas com fibrilhas pré-formadas de α-Syn, foram recolhidos sinaptossomas do estriado e posteriormente divididas as proteínas sinápticas em fracções citosólicas e membranares e foi também feito o estudo das proteínas extracelulares por um processo de biotinilação dos sinaptossomas. Em relação às culturas neuronais do hipocampo tratadas com fibrilhas de α- Syn, foram estudadas as formas patológicas, agregadas e fosforiladas de α-Syn, bem como feita a quantificação de vários marcadores de stress do retículo endoplasmático. O estudo dos sinaptossomas durante o envelhecimento ou em modelos de doença permitirá detetar possíveis alterações nas quantidades, formas e localização sináptica de várias proteínas-chave patológicas relacionadas com a doença de Parkinson.

Alpha-synuclein (α-Syn) is a 140-amino acid protein that adopts an α-helical structure when bound to membranes; however, it can easily fold into a β-sheet-rich structure that polymerizes into fibrils and aggregates. The accumulation of intraneuronal Lewy-bodies/Lewy-neurites (LBs/LNs) containing misfolded fibrillar α-Syn is one of the disease processes that characterizes Parkinson’s disease, a common age-related neurodegenerative motor disorder. The 78 kDa glucose-regulated protein (GRP78), a member of the heat shock protein (HSP) family, is a major chaperone that under Endoplasmic Reticulum (ER) stress conditions is up-regulated and prevents protein aggregation as well as facilitates degradation of misfolded proteins. Recently, GRP78 has been suggested to interact with α-Syn, and possibly convey some of its pathological actions into the cells. Thus GRP78 might have an important role in accumulation of misfolded or mutant proteins such as α-synuclein also in relation to Parkinson’s disease. In this thesis work, several methods were set up to enable studying the α-Syn pathology and the synaptic localization of α-Syn and GRP78 that interacts with it. We used primary hippocampal neuronal cultures seeded with α-Syn preformed fibrils, collected striatal synaptosomes and further divided the synaptic proteins into cytosolic and membrane fractions and finally studied the extracellular proteins by biotinylating the synaptosomes. In α-Syn fibril –treated hippocampal neuronal cultures we studied the pathological aggregated and phosphorylated forms of α-Syn as well as levels of several ER stress markers. Studying the synaptosomes during aging or in disease models will allow to detect possible changes in the amounts, forms and synaptic localizations of key pathological proteins related to Parkinson’s disease.