Alteraciones en la síntesis del heparán sulfato en pacientes con la enfermedad de alzheimer

Resumen

El heparán sulfato (HS) es un glicosaminoglicano formado por unidades de ácido glucurónico y N-acetil-glucosamina, ensambladas por enlaces β1-4. Son las moléculas con mayor carga negativa y complejidad estructural conocidas hasta el momento. Las cadenas de sacáridos del HS parecen estar implicadas en varios aspectos de la patogenia de la enfermedad de Alzheimer (EA), incluida la génesis de las placas seniles, del amiloide cerebrovascular y de los ovillos neurofibrilares, participando en el plegamiento erróneo, la oligomerización y la fibrilación de las proteínas amiloidogénicas implicadas en la enfermedad, incluidas tanto βa como Tau. El HS también participa en la estabilización de los agregados proteicos que se producen, los protege de la proteólisis, y actúa como receptor para la incorporación celular. Esto se debe a la complejidad estructural del HS, que está controlada en gran medida por la expresión de diferentes isoenzimas responsables de reacciones específicas. El cambio en la estructura fina, que da lugar a la codificación de la información en las cadenas de HS, puede estar correlacionando directamente con la evolución y la severidad de EA. El desarrollo de las lesiones propias de la EA en el cerebro sigue un patrón característico de atrofia progresiva que implica de forma secuencial a diferentes regiones. Este trabajo tiene como objetivo estudiar la transcripción diferencial de la maquinaria responsable de la síntesis de cadenas de HS en cerebros con EA, comparando diferentes regiones cerebrales en pacientes sanos y con diferentes grados de la patología. El estudio transcriptómico se realizó mediante RT-PCR utilizando muestras de amígdala, hipocampo anterior, hipocampo posterior, claustrum, fisura calcarina, globo pálido y cerebelo de pacientes con EA leve, moderado o severo, así como de individuos sanos. Ciertos epítopos de la molécula de HS también se detectaron mediante inmunohistoquímica. Los principales resultados obtenidos muestran que: • Varios genes, en todas las etapas de la síntesis de HS, mostraron transcripciones alteradas en diferentes regiones del cerebro de pacientes con EA. • Todas las familias de genes resultan alteradas en menor grado en pacientes leves y se incrementan en grado moderado. En pacientes graves, se observó una disminución de las alteraciones en genes relacionados con etapas tempranas de la biosíntesis y un aumento en la sobreexpresión de genes involucrados en etapas tardías. • Las alteraciones se correlacionaron con la atrofia progresiva descrita en el Alzheimer, aunque las alteraciones fueron más frecuentes en el cerebelo lo que refuerza su papel en el desarrollo de la patología. • El análisis inmunohistoquímico muestra la existencia de HS con epitopos sulfatados asociado a todo tipo de lesiones de EA, mientras que epitopos no sulfatados solo pudieron detectarse en placas difusas. Por tanto, asociadas al desarrollo de la EA, se detectan alteraciones transcripcionales en los genes biosintéticos del heparán sulfato, dependiendo de la región del cerebro y del grado de patología. RESUMEN (en Inglés) Heparan sulfate (HS) is a glycosaminoglycan formed by glucuronic acid and N-acetyl-glucosamine units, assembled by β1-4 bonds. They are the molecules with the highest negative charge and structural complexity known to date. HS saccharide chains appear to be involved in several aspects of the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD), including the genesis of senile plaques, cerebrovascular amyloid, and neurofibrillary tangles, participating in the misfolding, oligomerization and fibrillation of amyloidogenic proteins involved in the disease, including both βa and Tau. HS also participates in the stabilization of the protein aggregates that are produced, protects them from proteolysis, and acts as a receptor for cellular incorporation. This is due to the structural complexity of HS, which is largely controlled by the expression of different isoenzymes responsible for specific reactions. The change in the fine structure, which leads to the encoding of information in the HS chains, may be directly correlating with the evolution and severity of AD. The development of the lesions typical of AD in the brain follows a characteristic pattern of progressive atrophy that sequentially involves different regions. This work aims to study the differential transcription of the machinery responsible for the synthesis of HS chains in brains with AD, comparing different brain regions in healthy patients with different stages of pathology. The transcriptomic study was performed by real-time PCR using samples from the amygdala, anterior hippocampus, posterior hippocampus, claustrum, calcarine fissure, globus pallus and cerebellum from patients with mild, moderate or severe AD, as well as from healthy individuals. Certain epitopes of the HS molecule were also detected by immunohistochemistry. The main results obtained show that: • Several genes, at all stages of HS synthesis, showed altered transcripts in different brain regions of AD patients. • All gene families are altered to a lesser degree in mild patients and are increased to a moderate degree. In critically ill patients, a decrease in alterations in genes related to early stages of biosynthesis and an increase in overexpression of genes involved in late stages were observed. • The alterations were correlated with the progressive atrophy described in Alzheimer's disease, although the alterations were more frequent in the cerebellum, which reinforces its role in the development of the pathology. • Immunohistochemical analysis shows the existence of HS with sulphated epitopes associated with all types of AD lesions, while non-sulphated epitopes could only be detected in diffuse plaques. Therefore, associated with the development of AD, transcriptional alterations are detected in the biosynthetic genes of HS, depending on the region of the brain and the stage of pathology.