Chemokines effect on kinases and phosphatases involved in Alzheimer’s disease pathology

Abstract

Alzheimer’s disease (AD) is a devastating worldwide disease and the main cause of dementia. In its pathology, are include two main hallmarks: the extracellular deposition of Aβ peptides, formed in amyloidogenic processing of APP, that aggregate into senile plaques (SP) and the intracellular formation of neurofibrillary tangles (NFT), aggregates of hyperphosphorylated tau protein. Tau hyperphosphorylation occurs due to increased kinase activity (including GSK3β and CDK5) and impaired protein phosphatase activity (PP2A, PP1 and PP2B). Neuroinflammation is a crucial event in AD pathogenesis, during which microglia and astrocytes are constitutively activated, leading to massive production of cytokines. These molecules may alter APP amyloidogenic processing, Aβ aggregation or tau phosphorylation. Among cytokines, chemokines seem to have an important role in AD progression. In the present work, chemokines interleukin 8 (IL-8) and monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1) impact on tau phosphorylation was addressed. Additionally, the effect of these chemokines on kinases (GSK3β and CDK5) and phosphatase (PP1 and PP2A), important in this process, was evaluated. For both chemokines, a significant increase in ptau S396 levels was observed at longer incubation periods and higher chemokines concentration. Further, results regarding GSK3β support that this is not the main involved kinase in this process. However, preliminary results suggest that CDK5, PP1 and PP2A can have a role in tau increased phosphorylation, promoted by chemokines. This work supports the involvement of chemokines on tau hyperphosphorylation and potentially in NFT formation, that consequently result in AD neurodegeneration. At a disease view, this thesis allowed a better understanding of molecular mechanisms that underling the disease pathology, highlighting the role of inflammation in this process.

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença devastadora e a principal causa de demência a nível mundial. Na sua patologia estão incluídas duas principais características: a deposição extracelular de péptidos Aβ, formados durante o processamento amiloidogénico da APP, que agregam em placas senis (SP) e a formação de traças neurofibrilares (NFT), agregados de proteína tau hiperfosforilada. A hiperfosforilação da tau ocorre devido ao aumento da atividade de proteínas cinases (incluindo a GSK3β e a CDK5) e à diminuição da atividade de proteínas fosfatases (PP2A, PP1 e PP2B). A neuroinflamação é um evento crucial na patogénese da DA, durante o qual, a microglia e os astrócitos são constitutivamente ativados, o que leva a uma produção massiva de citocinas. Estas moléculas podem alterar o processamento amiloidogénico da APP, a agregação do Aβ ou a fosforilação da tau. Entre as citocinas, as quimiocinas parecem ter um papel importante na progressão da DA. No presente trabalho foi avaliado o impacto das quimiocinas, interleucina 8 (IL-8) e proteína quimiotática de monócitos 1 (MCP-1), na fosforilação da tau. Para além disso, o efeito destas quimiocinas na atividade de cinases (GSK3β e CDK5) e nas fosfatases (PP1 e PP2A) importantes neste processo também foi avaliado. Para as duas quimiocinas, foi observado um aumento significativo nos níveis de pTau S396 para os períodos de incubação mais longos e nas concentrações de quimiocinas mais elevadas. Além disso, os resultados em relação à GSK3β indicam que esta não é a cinase maioritariamente envolvida neste processo. No entanto, resultados preliminares sugerem que a CDK5, a PP1 e a PP2A podem desempenhar um papel no aumento da fosforilação da tau, promovido pelas quimiocinas. Este trabalho suporta o envolvimento das quimiocinas no estado de hiperfosforilação da tau e potencialmente na formação de NFT que, consequentemente resultam em neurodegeneração na DA. Do ponto de vista da doença, esta tese permite uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares que estão na base da patologia, evidenciando o papel da inflamação neste processo.