Neurociencias

Homeostasis Redox

2022
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PID2021-122311NB-I00 - Caracterización de nuevas funciones del glutatión en el mantenimiento de la proteostasis

Resumen: El correcto funcionamiento de todos los procesos celulares depende de las interacciones coordinadas de proteínas y, por tanto, desequilibrios en la homeostasis de las proteínas (proteostasis) subyacen a la patogénesis de diversos trastornos humanos como el cáncer, la diabetes o las enfermedades neurodegenerativas. En muchas de estas patologías, la alteración de la proteostasis conlleva la agregación aberrante de proteínas específicas que, en última instancia, es la causa de la enfermedad. Nuestro grupo ha descubierto un papel protector del glutatión reducido (GSH) y la glutatión reductasa (GSR-1) en modelos de agregación de proteínas en levaduras, C. elegans y células de mamíferos. Hemos demostrado que el GSH modula la actividad del factor de transcripción HLH-30, principal regulador de la autofagia, controlando el estado redox del residuo de cisteína único de HLH-30. Por lo tanto, una limitación en la disponibilidad de GSH compromete la degradación de los agregados de proteínas dependiente de la autofagia, confirmando la importancia del GSH en la eliminación de proteínas mal plegadas. Es importante destacar que nuestros resultados más recientes han identificado funciones adicionales del GSH en el mantenimiento de la proteostasis, tanto dependientes como independientes de HLH-30. El objetivo principal de este proyecto es profundizar en el estudio de estos nuevos mecanismos protectores dependientes de GSH. Para ello, esta propuesta se articula en tres hitos principales: 1) Caracterización de un nuevo mecanismo que permite la supervivencia de mutantes de gsr-1: Los mutantes de C. elegans que carecen de GSR-1, la enzima que recicla GSH, son letales y deben mantenerse como cepas balanceadas. Hemos descubierto que mutaciones en la ruta de degradación del ARNm con codones de parada (NMD), un mecanismo centinela celular que mantiene la integridad del transcriptoma, suprime el fenotipo letal de los mutantes gsr-1. Proponemos caracterizar los componentes de este mecanismo supresor, inhibido por la vía NMD, en diferentes modelos de agregación proteica. 2) Evaluación de una regulación indirecta de HLH-30 mediada por GSH: Diversos tratamientos inducen la translocación nuclear permanente y activación transcripcional de HLH-30. Sin embargo, la eliminación del GSH con dietil maleato (DEM) provoca una localización nuclear transitoria de HLH-30 que se revierte rápidamente poco después de la exposición. Exploraremos en profundidad este mecanismo redox único, que depende de la disponibilidad de GSH, y que hipotetizamos opera a través de interactores de HLH-30 aún no identificados, ya que no requiere de su único residuo de cisteína. 3) Estudio de nuevas rutas que median el efecto protector de GSH en modelos de gusanos de agregación de proteínas: En esta sección, nuestro objetivo es explorar la implicación del GSH en vías que ya hemos identificado que afectan la proteostasis, pero cuya regulación redox aún se desconoce. Así, caracterizaremos el papel del GSH en la formación de exoferas, un proceso recientemente descubierto por el cual las células expulsan contenidos citoplasmáticos tóxicos como mitocondrias dañadas o agregados de proteínas. Además, exploraremos si el aumento de la síntesis de GSH por las rutas de incorporación de cistina y/o transulfuración mejora la respuesta proteostática del organismo. Finalmente, abordaremos el papel de IST-1, un miembro poco estudiado de la vía de la insulina, en el mantenimiento de la proteostasis redox

FI: Antonio Miranda Vizuete / PROYECTOS DE GENERACIÓN DE CONOCIMIENTO 2021 - MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN D:211.750,00€ Libro o artículo
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P20_00229 - Redox regulation of autophagy in proteostasis maintenance. Protective role of reduced glutathione

Resumen del proyecto: Imbalances in protein homeostasis (proteostasis) underlie the pathogenesis of various human diseases. We have uncovered a novel, protective role of glutathione reductase (GSR-1) and glutathione (GSH) in various cell and animal models of proteotoxicity caused by aggregation-prone proteins. Our data show that loss of glutathione redox homeostasis strongly impairs the autophagy-dependent degradation of protein aggregates. The goal of this project is to gain deeper insight into the molecular mechanisms by which GSH regulates autophagy and to identify additional redox players mediating its protective effect in proteostasis. To these aims, the proposed project is organized in three milestones. 1) Redox control of the autophagy master regulator HLH-30 transcription factor: HLH-30 is post-translationally regulated by glutathionylation. We will explore the role of C. elegans glutaredoxins in this scenario as glutaredoxins are the proteins that catalyse glutathionylation and deglutathionylation reactions. In addition, we will generate animals with constitutive expression of nuclear HLH-30 to determine whether sustained HLH-30 activity is beneficial to cope with oxidative burden and proteostasis collapse. 2) Role of ferroptosis in proteostasis maintenance: Ferroptosis is a redox-dependent form of cell death that has been recently linked to autophagy induction. We will study if ferroptosis is implicated in the deleterious phenotypes observed in animals expressing aggregation prone-proteins when exposed to GSH depleting chemicals. 3) Functional characterization of a mutation that suppresses the embryonic lethality phenotype of glutathione reductase mutants: We aim to characterize a recently isolated mutation that allows survival of C. elegans gsr-1 mutants. Next, once the locus bearing the mutation is revealed, we will evaluate whether it plays a protective role in models of protein aggregation diseases. These objectives are consistent with the project period (30 months).

FI: Antonio Miranda Vizuete / PROGRAMA DE AYUDAS A LA I+D+i, EN RÉGIMEN DE CONCURRENCIA COMPETITIVA, EN EL ÁMBITO DEL PLAN ANDALUZ DE INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN (PAIDI 2020) Q: LÍNEA DE AYUDAS PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS DE I+D+i EN LOS AGENTES PÚBLICOS DEL SISTEMA ANDALUZ DEL CONOCIMIENTO D:90.000,00€ Libro o artículo