[en] Mucopolysaccharidosis type VII is an autosomal recessive disorder caused by a β-glucuronidase (GUSB) deficiency, which leads to the accumulation of glycosaminoglycans within the cells. The clinical manifestations of this multisystemic, chronic and progressive disease are highly variable among patients, but often include cognitive impairment. Although some pathological processes have been well characterized, this is not the case for the neurodegeneration. Preclinical studies have stablished gene therapy as potential strategy to treat MPS VII, reversing different pathological features, but its effect in the neuropathology of this disease has not been analyzed in detail. This study is focused on understanding how glycosaminoglycan accumulation in the lysosomes have an impact on the viability or functioning of the neurons. We studied neuronal loss and analyzed dendritic spine density in MPS VII mice using different imaging techniques. Furthermore, to obtain a comprehensive understanding of the pathology in the central nervous system we have also analyzed at 1,3 and 6 months of age neuroinflammation, oxidative stress and autophagy, mechanisms known to play a central role in neuronal function and neurodegenerative diseases. To test if neuronal abnormalities can be restored after gene therapy, MPS VII mice were treated at 2 months of age by intrathecal injection of AAVrh10-GUSB and analyzed at 5 and 6 months of age. To complement the in vivo studies, we generated a neuronal cell line by knocking down the GUSB gene using CRISPR/Cas9 technology in SH-SY5Y cells. Together with primary cultures from cortical neurons, we used the cell line model to further analyze the neuropathology at the cellular level. Our results show a different affectation among brain areas, some of them showing a decrease in neuronal density or width of the neuronal layer at the last age analyzed. Neurons in both cortex and hippocampus showed significant decrease in spine density, uncovering another cause of the neurological manifestation of the disease. MPS VII mice present increased astro- and microgliosis throughout the brain and elevated levels of several proteins of the complement system. Neuronal function is also impaired in Sly syndrome as showcased by reduced level of multiple neuronal function related proteins. Additionally, we describe increased oxidative stress, altered cellular signaling, and impaired autophagy flux to play a relevant role in the pathology of this disorder. A pivotal result of this thesis is the ability of gene therapy approach to reverse fully or at least partially most of the alterations found in the analysis of the neurodegenerative process. Although much is still unknown about the factors underlying the neuropathology of MPS VII patients, our results provide several mechanisms that may be partially responsible for this phenotype and a viable therapeutic approach to successfully treat them.

[es] La mucopolisacaridosis tipo VII es un trastorno autosómico recesivo causado por una deficiencia de β-glucuronidasa,(GUSB) que conduce a la acumulación de glicosaminoglicanos dentro de las células. Las manifestaciones clínicas de esta enfermedad multisistémica, crónica y progresiva son muy variables entre pacientes, pero suelen incluir deterioro cognitivo. Aunque algunos de los procesos patológicos han sido bien caracterizados en la Mucopolisacaridosis tipo VII, la neurodegeneración que caracteriza esta enfermedad no es uno de ellos. Además, a pesar de que muchos estudios preclínicos han demostrado que la terapia génica es una estrategia con potencial para tratar la MPS VII, su efecto sobre la patología neuronal no ha sido analizado detalladamente. Este estudio se centra en comprender cómo la acumulación de glicosaminoglicanos en los lisosomas tiene un impacto en la viabilidad o el funcionamiento de las neuronas. Hemos estudiado la pérdida neuronal y analizado la densidad de espinas dendríticas en el modelo de ratón de MPS VII utilizando diferentes técnicas de imagen. Además, para obtener una comprensión más completa de la patología en el sistema nervioso central, también hemos analizado a 1, 3 y 6 meses de edad la neuroinflamación, el estrés oxidativo y la autofagia, mecanismos conocidos por desempeñar un papel central en la función neuronal y las enfermedades neurodegenerativas. Para comprobar si es posible restaurar las anomalías neuronales después del uso de terapia génica, se han tratado ratones MPS VII a 2 meses de edad mediante inyección intratecal de AAVrh10-GUSB y se han analizado las muestras a 5 y 6 meses de edad. Para complementar los estudios in vivo, hemos generado una línea de células neuronales inactivando el gen GUSB utilizando la tecnología CRISPR/Cas9 en células SH-SY5Y. Junto con cultivos primarios de neuronas corticales, hemos utilizado este nuevo modelo para analizar más a fondo la neuropatología a nivel celular. Nuestros resultados demuestran una afectación diferente entre estructuras cerebrales, mostrando algunas de ellas una disminución de la densidad neuronal o del tamaño de la capa neuronal en la última edad analizada. Las neuronas tanto en la corteza cerebral como en el hipocampo presentan una disminución significativa en la densidad de espinas dendríticas, sugiriendo otra consecuencia de la manifestación neurológica de la enfermedad. Los ratones MPS VII presentan aumento de astro y microgliosis en todo el cerebro y niveles elevados de varias proteínas del sistema del complemento. La función neuronal también se encuentra alterada en el Síndrome de Sly, tal y como lo demuestra la reducción de la expresión de múltiples proteínas relacionadas con el correcto funcionamiento de las neuronas. Además, hemos descrito un aumento del estrés oxidativo, alteraciones en la señalización celular y un flujo de autofagia deficiente que podrían también desempeñar un papel crucial en la neuropatología de este trastorno. Un resultado fundamental de esta tesis es la capacidad de la terapia génica para revertir total o parcialmente la mayoría de las alteraciones encontradas en el análisis del proceso neurodegenerativo. Aunque todavía se desconoce mucho sobre los factores que subyacen a la neuropatología de los pacientes con MPS VII, nuestros resultados proponen varios mecanismos que pueden ser parcialmente responsables de este fenotipo y una estrategia terapéutica eficaz para tratarlos con éxito.