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Publication
Parkinson pathology propagation and long-distance transport in neurons
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Abstract(s)
Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease, affecting 1% of the population over 55 years of age [5]. Alpha synuclein (α-Syn) aggregation has been closely linked to its aetiology. Pathologically PD is characterized by the progressive loss of nigrostriatal dopaminergic neurons and the presence of protein inclusions predominantly composed of fibrillar α-Syn termed Lewy bodies within dopaminergic neurons. Although current treatments can ameliorate the symptoms of PD, there are no available therapies that would slow-down or stop the progression of the disease. Since 1997, when it was discovered that a missense mutation in the gene for α-Syn caused familial PD, the role of α-Syn in the aetiology and pathology has been extensively studied. Development and characterization of α-Syn-based animal models are crucial steps to understand pathogenesis of the disease, as well as to provide a framework to test therapeutic strategies. Here, and with the main goal of study the Parkinson pathology propagation, we coinjected adeno-associated virus (AAV) vectors encoding α-Syn fused to either the N- or C-terminal of Venus in rat brain areas affected in PD such as motor cortex (CX group), striatum (ST group) or substantia nigra (SN group) and describe a novel viral vector rodent model with the ability to directly detect and track α-Syn aggregation in vivo. For this purpose we used the bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay. Viral coinjection resulted in widespread Venus signal within the corticospinal tract (CX group) and within the nigrostriatal pathway (ST and SN groups) including cell bodies in the injection sites and synaptic accumulation, suggestive of α-Syn oligomers formation. Transduced rats showed axonal swellings. However, there was no significant neuron loss in the substantia nigra of SN group and no significant loss of nerve terminals in the stiatum of SN and ST group. Concordant with this, both groups also did not exhibit any behavioural impairment or signs of neuroinflammation. We have developed an animal model that provides a tool for Parkinson’s disease research allowing the direct detection of α-Syn oligomers in vivo and ultimately, the knowledge coming from it will be essential for the study of this pathology as well as for the development of novel therapeutic strategies for intervention in PD.
A doença de Parkinson é a segunda doença neurodegenerativa mais comum, afectando 1% da população acima dos 55 anos de idade [5]. A agregação da proteína α-sinucleína tem sido associada à sua etiologia. Em termos patológicos a doença de Parkinson é caracterizada pela perda progressiva de neurónios dopaminérgicos nigrostriatais e a presença de inclusões de proteína predominantemente compostas por α-sinucleína fibrilar, denominados corpos de Lewy, em neurónios dopaminérgicos. Apesar de os tratamentos atuais poderem melhorar os sintomas da doença de Parkinson, não há terapias disponíveis que retardem ou parem a progressão da doença. Desde 1997, quando foi descoberto que uma mutação missense no gene da α-sinucleína causa a forma familiar desta doença, o papel da α-sinucleína na etiologia e patologia tem sido extensivamente estudado. O desenvolvimento e caracterização de modelos animais baseados na α-sinucleína são passos cruciais para compreender a patogénese da doença, bem como para fornecer uma estrutura para testar estratégias terapêuticas. Neste estudo, e com o objectivo de estudar a propagação da patologia da doença de Parkinson, co-injectamos vírus adeno-associados que codificam α-sinucleína combinada com o N- ou C-terminal da proteína fluorescente Vénus em regiões do cérebro de ratos afectados na doença de Parkinson, tais como o córtex motor (Grupo CX), corpo estriado (Grupo ST) e na substantia nigra (Grupo SN) e descrevemos um novo modelo roedor basedo num vector viral com a capacidade de detetar e rastrear a agregação de α-sinucleína in vivo. Para este efeito, foi utilizada a técnica de complementação de fluorescência bimolecular. A co-injecção viral resultou em sinal Venus difundido na via corticoespinhal (Grupo CX) e na via nigroestriatal (Grupo ST e SN), incluindo nos corpos celulares nos locais de injecção e acumulação sináptica, sugestiva da formação de oligómeros de α-sinucleína. Os animais injectados com α-sinucleína apresentaram inchaços axonais. No entanto, não houve perda significativa de neurónios na substantia nigra do Grupo SN e nem perda significativa de terminais nervosos no corpo estriado do Grupo SN e ST. De acordo com estes resultados, ambos os grupos também não apresentaram nenhum comprometimento comportamental ou sinais de neuroinflamação. Desenvolvemos um modelo animal que fornece uma ferramenta para a pesquisa da doença de Parkinson, permitindo a deteção direta de oligómeros de α-sinucleína in vivo e consequentemente, o conhecimento que advirá, será essencial para o estudo desta patologia assim como para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para a intervenção na doença de Parkinson.
A doença de Parkinson é a segunda doença neurodegenerativa mais comum, afectando 1% da população acima dos 55 anos de idade [5]. A agregação da proteína α-sinucleína tem sido associada à sua etiologia. Em termos patológicos a doença de Parkinson é caracterizada pela perda progressiva de neurónios dopaminérgicos nigrostriatais e a presença de inclusões de proteína predominantemente compostas por α-sinucleína fibrilar, denominados corpos de Lewy, em neurónios dopaminérgicos. Apesar de os tratamentos atuais poderem melhorar os sintomas da doença de Parkinson, não há terapias disponíveis que retardem ou parem a progressão da doença. Desde 1997, quando foi descoberto que uma mutação missense no gene da α-sinucleína causa a forma familiar desta doença, o papel da α-sinucleína na etiologia e patologia tem sido extensivamente estudado. O desenvolvimento e caracterização de modelos animais baseados na α-sinucleína são passos cruciais para compreender a patogénese da doença, bem como para fornecer uma estrutura para testar estratégias terapêuticas. Neste estudo, e com o objectivo de estudar a propagação da patologia da doença de Parkinson, co-injectamos vírus adeno-associados que codificam α-sinucleína combinada com o N- ou C-terminal da proteína fluorescente Vénus em regiões do cérebro de ratos afectados na doença de Parkinson, tais como o córtex motor (Grupo CX), corpo estriado (Grupo ST) e na substantia nigra (Grupo SN) e descrevemos um novo modelo roedor basedo num vector viral com a capacidade de detetar e rastrear a agregação de α-sinucleína in vivo. Para este efeito, foi utilizada a técnica de complementação de fluorescência bimolecular. A co-injecção viral resultou em sinal Venus difundido na via corticoespinhal (Grupo CX) e na via nigroestriatal (Grupo ST e SN), incluindo nos corpos celulares nos locais de injecção e acumulação sináptica, sugestiva da formação de oligómeros de α-sinucleína. Os animais injectados com α-sinucleína apresentaram inchaços axonais. No entanto, não houve perda significativa de neurónios na substantia nigra do Grupo SN e nem perda significativa de terminais nervosos no corpo estriado do Grupo SN e ST. De acordo com estes resultados, ambos os grupos também não apresentaram nenhum comprometimento comportamental ou sinais de neuroinflamação. Desenvolvemos um modelo animal que fornece uma ferramenta para a pesquisa da doença de Parkinson, permitindo a deteção direta de oligómeros de α-sinucleína in vivo e consequentemente, o conhecimento que advirá, será essencial para o estudo desta patologia assim como para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para a intervenção na doença de Parkinson.
Description
Dissertação de mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014
Keywords
Ciências biomédicas Doença de Parkinson Desenvolvimento Patogénese Estratégias