Axonal transport of the proteasome complex

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Por Fernanda Ledda,  Laboratorio de Biología Celular y Neurociencias, Facultad de Medicina, IBCN-CONICET-UBA

Este año se publicó en la prestigiosa revista Journal of Cell Science un interesante artículo dirigido por el Dr. Tomás Falzone titulado “Fast axonal transport of the proteasome complex depends on membrane interaction and molecular motor function”. Este trabajo fue llevado a cabo en el Laboratorio de Transporte Axonal y Enfermedades Neurodegenerativas del Instituto de Biología Celular y Neurociencias (IBCN-UBA-CONICET) de la Facultad de Medicina de la UBA y contó con la  colaboración del Dr. Lawrence  Goldstein de la Universidad de California, San Diego y la Dra. Luciana Bruno de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA). La mayor parte del trabajo experimental fue desarrollada por la Lic. Maria G Otero, en colaboración con el Lic. Matias Alloati, el Lic. Lucas Cromberg y el Dr. Victorio M Pozo Devoto, todos ellos becarios del CONICET.

La fascinante diversidad de las morfologías neuronales nos plantea la pregunta de cómo es regulada la liberación de los distintos componentes celulares a los distintos compartimientos. Es sabido que las neuronas son las células más polarizadas del organismo y es por ello que el transporte intracelular de organelas y vesículas a lo largo del axón y dendritas juega un rol crítico en el desarrollo de las conexiones nerviosas, permitiendo el correcto posicionamiento de proteínas y organelas a lo largo de las mismas. Los motores moleculares como kinesina y dineína están involucrados en el transporte axonal anterógrado y retrógrado respectivamente. Durante los últimos años la localización del sistema ubiquitina-proteasoma ha emergido como un importante regulador de la función sináptica ya que defectos en la degradación local mediada por el proteasoma han sido implicados en la progresión de diferentes enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, poco se sabe sobre los mecanismos intracelulares que participan y controlan la distribución del proteasoma y sus propiedades de transporte axonal para localizarse correctamente.

Basado en estas evidencias, el Dr. Falzone se planteó el estudio de los mecanismos de transporte del proteasoma a lo largo del axón en neuronas hipocampales. En este trabajo Falzone y colaboradores describen, utilizando microscopía de alta resolución espacial y temporal y el diseño de un sistema de seguimiento de partículas únicas utilizando algoritmos, la visualización de proteosomas fluorescentes en movimiento, demostrando que el mismo se moviliza a lo largo de los axones con tres tipos de movimientos diferentes: partículas que se mueven por transporte activo rápido, otras con movimiento difusivo y otras con movimiento confinado. Para testear si el movimiento activo del proteasoma dependía de la función de los motores moleculares, los autores redujeron los niveles de una de las tres subunidades de las cadenas pesadas de kinesina-1 (KIF5B), las cuales se sabe que participan en el movimiento de ciertas cargas, y analizaron el movimiento del proteasoma. Las neuronas hipocampales con niveles reducidos de KIF5B exhibieron una significativa alteración en los movimientos del proteasoma a lo largo del axón, observando una reducción en la proporción de proteasomas que se mueven en sentido anterógrado y un aumento de la proporción de proteasomas con movimiento retrógrado comparados con el control. El rango de velocidades detectadas para el transporte axonal del proteasoma sugirió a los autores que este transporte rápido podría estar asociado al transporte de organelas o vesículas que son transportadas por motores moleculares.

Para determinar si el movimiento de los proteasomas estaba asociado a membranas de organelas o vesículas in vivo, los autores realizaron fraccionamientos a partir de homogenato de cerebro de ratón usando gradientes de sacarosa, para identificar proteínas asociadas a distintas organelas. Un alto porcentaje de las subunidades proteosomales se encontraron en las fracciones enriquecidas en proteínas asociadas a membrana. Un patrón similar de fraccionamiento se observó  para las distintas subunidades, lo cual sugirió que éstas están ensambladas y asociadas con organelas o vesículas a lo largo del axón. Para determinar a qué tipo de organelas y/o vesículas se asocia el proteasoma durante su transporte, los autores analizaron, utilizando técnicas de marcación fluorescente y microscopía in vivo, el movimiento de diferentes subunidades del proteasoma junto con distintos marcadores de vesículas y organelas celulares. Sorprendentemente, encontraron que los proteasomas se movilizaban a lo largo del axón asociados con vesículas presinápticas, vesículas derivadas del Golgi que contienen la proteína precursora de b amiloide (APP), vesículas endolisosomales y mitocondrias. Estos resultados indicaron que los proteasomas son transportados activamente a lo largo del axón asociados a múltiples membranas intracelulares para poder actuar a distancia. La cuantificación de los movimientos del proteasoma observados reveló que un 49 % de los proteasomas están asociados con vesículas lisosomales, vesículas que contienen sinaptofisina, APP o mitocondrias, mientras que el 51% de los proteasomas no estaría asociado con las organelas estudiadas, sugieriendo que existirían otras organelas involucradas en el transporte de proteasomas.

Los experimentos presentados en este trabajo constituyen la primera evidencia que demuestra que una fracción de proteasomas neuronales son transportados a lo largo del axón con un movimiento rápido dependiente de kinesina-1 y en asociación a distintas vesículas y organelas neuronales. Los autores proponen un nuevo mecanismo para la distribución y liberación del proteasoma a distintas regiones neuronales, que cuando no funciona correctamente puede tener como consecuencia distintos fenotipos, asociados a la degradación anormal de proteínas, que se observan en algunas enfermedades neurodegenerativas.

Los resultados presentados en este trabajo tienen una gran implicancia para definir el rol del proteasoma en la acumulación anormal de proteínas observadas en enfermedades neurodegenerativas. Comprender los mecanismos que regulan el transporte polarizado del proteasoma en neuronas favorecerá el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas basadas en el control del transporte axonal del proteasoma.

 

 

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