Uloga disfunkcije lizosoma u nastanku neurodegenerativnih bolesti

Uloga disfunkcije lizosoma u nastanku neurodegenerativnih bolesti
Datum početka projekta
15.10.2013.
Datum kraja projekta
14.10.2015.
Status
Završen
Kategorija projekta
Projekti Fonda "jedinstvo uz pomoć znanja"
Ugovoreni iznos financiranja
1.755.952,96 HRK

Lizosomi su specifične stanične organele u kojima se odvija razgradnja nefunkcionalnih proteina ili oštećenih staničnih dijelova. Poremećena funkcija lizosoma može dovesti do nakupljanja proteina te uzrokovati degeneraciju stanica i njihovo odumiranje. Takvo nakupljanje proteina događa se u mozgu, što kao posljedicu može imati nastanak teških neurodegenerativnih bolesti u čovjeka, kao što su Alzheimerova bolest (AB) i Parkinsonova bolest (PB).

Iako AB i PB spadaju u najčešće neurodegenerativne bolesti, još uvijek za njih ne postoji adekvatna terapija, kojom bi se spriječila ili izliječila AB i PB. Također, nisu potpuno poznati stanični procesi koji uzrokuju nastanak ovih bolesti. Ovim projektom želimo upotrijebiti naša znanja i suvremenu, sofisticiranu tehnologiju kako bismo otkrili molekularni mehanizam koji dovodi do nastanka AB i PB s ciljem razvoja specifične i učinkovite terapije.

Nedavna istraživanja sugeriraju da bi disfunkcija lizosoma mogla rezultirati nakupljanjem proteina i neurodegeneracijom. Osim toga, intrigantno je da nekoliko rijetkih nasljednih bolesti u čovjeka koje su uzrokovane disfunkcijom lizosomalnih proteina, kao što je bolest Niemann-Pick tipa C (NPC), pokazuje neurodegeneraciju i nakupljanje proteina karakterističnih za AB i PB. Iako ovi nalazi dodatno potvrđuju povezanost poremećene funkcije lizosoma, nakupljanja proteina i neurodegenerativnih procesa, molekularni detalji ove veze još uvijek nisu razjašnjeni.

Koristeći stanični model lizosomalne bolesti NPC cilj ovog projekta je ispitati ulogu lizosoma i njihove disfunkcije na nakupljanje peptida amiloid-beta (Abeta) i alfa-sinukleina (a-syn), dva ključna proteina u patogenezi  Alzheimerove, odnosno Parkinsonove bolesti.Farmakološkim tretmanima i genetičkim manipulacijama istražit ćemo može li stimulacija ili inhibicija funkcije lizosoma doprinijeti uklanjanju nakupina proteina Abeta/a-syn te može li njihova razgradnja u lizosomima umanjiti neurotoksičnost i odumiranje neurona.

Osim toga, primjenom state-of-the-art tehnologije induciranih pluripotentnih matičnih stanica i reprogramiranjem fibroblasta pacijenata s NPC razvit ćemo humani model stanica neurona NPC. Humane neurone NPC ćemo koristiti kako bismo potvrdili biološki relevantne čimbenike odgovorne za (dis)funkciju lizosoma, nakupljanje proteina Abeta/a-syn i neurodegeneraciju. Ovaj projekt će  doprinijeti razvoju novih ideja za učinkovitu i visoko specifičnu terapiju neurodegenerativnih bolesti, kao što su AB i PB. Rezultati ovog projekta bi mogli ukazati na disfunkciju lizosoma kao jedinstvenog mehanizma odgovornog za pojavu neurodegeneracije i dovesti do razvoja novog pristupa liječenju neurodegenerativnih bolesti.

Glavni istraživač / voditelj
Silva Katušić Hećimović

Silva Katušić Hećimović, doc.dr.sc.

viši znanstveni suradnik +385 1 457 1327

Ostali suradnici
logo1
krainc
 Dimitri Krainc, MD

 Chair, Department of Neurology
 Director, Center for Rare Neurological Diseases (CRND)
 e-mail: krainc@northwestern.edu

Homepage

unknown
 Jessica McDonald, PhD

 e-mail: jessica.mcdonald@northwestern.edu

logo2
Martina Malnar - Nemate ovlasti za pregled ovog sadržaja.
Mirsada Čaušević - Nemate ovlasti za pregled ovog sadržaja.
Stjepko Čermak - Nemate ovlasti za pregled ovog sadržaja.
Napomena

 

Rezultati

Cilj ovog projekta je bio razjasniti molekularni mehanizam nakupljanja proteina u mozgu i nastanak neurodegenerativnih bolesti, prvenstveno dvaju najčešćih oboljenja Alzheimerove bolesti (AB) i Parkinsonove bolesti (PB). Posebno, u sklopu ovog projekta, željeli smo istražiti na koji način disfunkcija lizosoma, staničnih organela odgovornih za kataboličke procese kao npr. razgradnju proteina i drugih oštećenih organela, može doprinijeti neurodegeneraciji. Također, ispitali smo je li se povećanje/poboljšanje lizosomalne funkcije može koristiti kao novi pristup liječenja ovih još uvijek neizlječivih bolesti. Kako bismo ovo ispitali koristili smo dječju neurodegenerativnu bolest Niemann-Pick tip C (NPC) kao model za koju je već prethodno pokazano da posjeduje niz sličnosti s Alzheimerovom bolesti. Bolest NPC je rijetka nasljedna bolest nakupljanja kolesterola u lizosomima koja nastaje kao posljedica mutacija u genima NPC1/NPC2.

  1. Naši rezultati su pokazali da nakupljanje kolesterola u bolesti NPC uzrokuje djelomičnu disfunkciju lizosoma te da povećana razina peptida amiloid-beta (Abeta), koji se nakuplja u mozgovima Alzheimer pacijenata, može biti posljedica njegove smanjenje razgradnje u lizosomima.
  2. U staničnom modelu bolesti NPC, za razliku od nakupljanja Alzheimerovog peptida Abeta, nismo uočili nakupljanje proteina alpha-sinukleina (a-syn) koji se karakteristično nakuplja u mozgovima pacijenata s Parkinsonovom bolesti. Ovaj rezultat ukazuje da vrlo vjerojatno ne postoji jedinstveni mehanizam i/ili molekularni put koji dovodi do nakupljanja i agregacije proteina te nastanak neurodegenerativnih bolesti te da su ovi procesi najvjerojatnije povezani sa specifičnom funkcijom supstrata (tj. proteina) i/ili s njihovom unutarstaničnom /moždanom  lokalizacijom.
  3. Pokazali smo da smanjenje razine kolesterola, čak i u uvjetima nedostatka proteina NPC1, može potpuno popraviti disfunkciju lizosoma kao i smanjiti nakupljanje peptida Abeta u bolesti NPC na razinu kao u normalnim stanicama. Interesantno je da nedavno predloženi pristupi aktivacije razgradnje agregiranih proteina stimulacijom autofagije ili povećanjem funkcije lizosoma nisu mogli popraviti NPC fenotip (disfunkciju lizosoma i nakupljanje kolesterola). 
  4. Utvrdili smo da nakupljanje C-terminalnog odsječka proteina APP (CTF), koji se također nakuplja u mozgovima NPC pacijenata kao i peptid Abeta, može dodatno doprinijeti neurotoksičnosti i smrti stanica neurona.
  5. Primjenom tehnologije induciranih pluripotentnih matičnih stanica ireprogramiranjem fibroblasta pacijenata s NPC bolesti razvili smo humani model stanica neurona NPC koji je pokazao karakterističan Alzheimeru-sličan fenotip. To jest, u humanim NPC neuronima detektirali smo povećanu razinu unutarstaničnog peptida Abeta kao i povećanu razinu hiperfosforiliranog proteina tau. Ovi rezultati su ukazali da se razvijeni model humanih NPC neurona može koristiti u in vitro ispitivanjima novih lijekova.  
Najnoviji radovi ZMM-a