Noi perspective asupra neurodegenerării folosind „mini-creiere” umane

Cercetările anterioare au arătat că modificările nivelurilor de colesterol și ale altor lipide pot fi asociate cu patologia tau și contribuie la declinul neurodegenerativ întâlnit în bolile precum degenerescența lobar-frontotemporală (FTLD) și Alzheimer. În mod particular, mutațiile din gena MAPT (care codifică proteina tau) pot declanșa diferite forme de tauopatii. Cercetătorii de la Centrul Medical Wexner de la Universitatea de Stat din Ohio și de la Colegiul de Medicină au investigat modul în care GRAMD1B, o proteină implicată în transportul și homeostazia lipidelor, influențează fosforilarea tau, fluxul autofagic și metabolizarea lipidelor în organoizi neuronali umani (HNO) și alte modele experimentale.

• Degenerarea lobară frontotemporală (FTLD) și Alzheimer se asociază cu anomalii lipidice, inclusiv dezechilibre de colesterol și creșteri ale esterilor de colesterol (CE).
• GRAMD1B (un membru al familiei Aster) funcționează ca transportor de colesterol nonvesicular, însă rolul său în neuronii excitați, în homeostazia lipidelor și în acumularea tau nu era clarificat.
• Autorii explorează interacțiunile dintre mutația MAPT R406W, alterările GRAMD1B și procesul de fosforilare excesivă a proteinei tau printr-un model 3D de organoizi neuronali umani (HNO), linii iPSC derivate de la pacienți, modele animale și mostre de țesut postmortem.

Rezultate

Mutația MAPT R406W determină modificări ale neuronei excitatorii și fosforilarea tau

• Autorii au generat organoizi neuronali umani (HNO) de la pacienți cu mutația MAPT R406W (heterozigot și homozigot) și linii izogene de control.
• Analize single-cell RNA-seq la zilele 72 și 120 (D72, D120) au evidențiat multiple tipuri celulare, cu creșterea neuronilor excitatori în timp.  
• Mutația R406W a produs hiperfosforilarea proteinei tau (marker PHF1) la D120, fără a modifica masiv nivelul total de tau.

Disfuncții în homeostazia lipidelor la organoizii cu mutația tau

Analize lipidomice asupra mediului de cultură la D60 și D120 au relevat reducere de colesterol liber (CHL-free) și creștere a esterilor de colesterol (CE) în organoizii mutanți comparativ cu martorii, sugerând apariția timpurie a unor disfuncții lipidice. Determinările cu coloranți specifici au arătat acumulare crescută de colesterol liber (filipin) și dropleturi lipidice (Lipidspot) la D120 în organoizii cu mutație.

GRAMD1B, transportul colesterolului și impactul asupra tau și autofagiei

• Transcrierile scRNA-seq și confirmările ulterioare (prin RNAscope și Western blot) indică expresie crescută a GRAMD1B în neuronii excitatori MAPT R406W.  
• GRAMD1B s-a dovedit a fi asociat cu creșteri ale fosforilării tau și cu p62, un marker de blocaj al autofagiei, și cu activarea căii PI3K–pAKT.  
• Knockdown-ul (prin shRNA) GRAMD1B a inversat aceste fenomene, diminuând fosforilarea tau și ameliorând parametrii autofagiei.

Inhibitorul pentru proteine Aster (AI-3d) reface homeostazia lipidică și reduce tau fosforilat

Tratamente cu AI-3d (inhibitor nonselectiv al familiei Aster) aplicate organoizilor cu mutație MAPT R406W au scăzut colesterolul liber și dropleturile lipidice, au redus expresiile markerilor de blocaj autofagic (p62) și au scăzut nivelurile tau fosforilat. Efectele pozitive ale inhibitorului confirmă GRAMD1B ca punct-cheie în calea patologică spre hiperfosforilarea tau.

Validări în țesuturi umane FTLD și Alzheimer

La nivel de țesut cerebral postmortem de la pacienți FTLD și Alzheimer, s-au observat:  

• Expresie crescută de GRAMD1B în general;  
• Creștere a colesterolului liber și a dropleturilor lipidice, măsurate prin filipin și Oil-Red-O;  
• Celulele cu fără PHF1+ (dec. tau fosforilat) tind să aibă niveluri mai înalte de GRAMD1B și de lipide, sugerând o încercare compensatorie.

Implicații și concluzii

• Organoizii neuronali umani (HNO) cu mutație MAPT R406W servesc drept model translational pentru studierea timpurie a disfuncțiilor lipidelor și a hiperfosforilării tau în FTLD.
• GRAMD1B acționează ca un factor critic de transport al colesterolului și este implicat în mod direct în blocarea fluxului autofagic, cu efect asupra acumulării de tau fosforilat - prin creșterea CDK5R1 și fosforilarea excesivă a tau.
• Inhibarea GRAMD1B cu AI-3d scade cholesterol liber, dropleturile lipidice, p62 și tau fosforilat în organoizii mutanți, sugerând o strategie terapeutică potențială.
• Investigațiile pe țesut uman (FTLD și Alzheimer) și modele animale (șoareci PS19) confirmă relevanța clinică a GRAMD1B și a perturbărilor lipidice în patologii neurodegenerative asociate tau.

Prin urmare, lucrarea demonstrează că mutantul MAPT R406W induce dezechilibre lipidice și autofagice prin GRAMD1B în neuronii excitatori, promovând fosforilarea patologică a proteinei tau. Identificarea GRAMD1B în acest mecanism oferă noi perspective asupra unei posibile ținte terapeutice pentru boli neurodegenerative precum FTLD și Alzheimer.