ApoE4 pathology in Alzheimer's disease from the perspective of organelle dysfunction in astrocytes

La enfermedad de Alzheimer es la forma mas comun de demencia en edades avanzadas, la cual afecta a 40 millones de personas alrededor del mundo. Es una enfermedad compleja que afecta no solo a neuronas, sino tambien a astrocitos. La Apolipoproteina E4 (ApoE4) ha sido descrita como el factor de riesgo genetico mas importante de la forma esporadica de la enfermedad y ademas, los astrocitos son los principales secretores de esta. La investigacion sobre los mecanismos patogenicos causados por esta apolipoproteina esta centrada en su rol extracelular. Por el contrario, nosotros analizamos las desregulaciones intracelulares que causa la ApoE4. En nuestro estudio, nos centramos en 2 principales procesos fisiologicos alterados en la enfermedad de Alzheimer: la senalizacion de calcio y las funciones mitocondriales. Utilizamos como modelo celular, astrocitos inmortalizados que expresan la forma humana ApoE3 (no asociada a ninguna patologia) o la ApoE4. Utilizando indicadores de calcio fluorescentes y la tecnica de Imagen de Calcio, determinamos que los astrocitos ApoE4 tienen alteraciones de la homeostasis de calcio, ya que presentan menores niveles de calcio intracelular basal pero mayores senales de calcio inducidas por estimulos purinergicos en comparacion con los astrocitos ApoE3. Una mayor actividad de la V-ATPasa y por lo tanto, una mayor entrada de calcio al lisosoma en los astrocitos ApoE4 explica estas alteraciones. Ademas, la salida de calcio lisosomal despues de la activacion de receptores purinergicos es seguida por una mayor movilizacion de calcio del reticulo endoplasmico en los astrocitos ApoE4 comparados con los ApoE3. La entrada de calcio extracelular es similar en ambos tipos celulares. Nuestros estudios tambien demuestran que la falta de lipoproteinas en el medio extracelular aumenta la magnitud de las respuestas de calcio inducidas por receptores purinergicos en los astrocitos ApoE3, ya que la entrada de calcio extracelular amplifica la liberacion del calcio lisosomal en estas celulas. Esta caracteristica se pierde en las celulas ApoE4, en las cuales la magnitud de las respuestas de calcio no se ve afectada por las lipoproteinas extracelulares. Por otro lado, describimos alteraciones en las dinamicas mitocondriales determinadas por microscopia a tiempo real y el marcaje fluorescente de mitocondrias. En particular, las mitocondrias de celulas ApoE4 no realizan fision despues de la inhibicion de la fosforilacion oxidativa mitocondrial, mientras que las mitocondrias de los astrocitos ApoE3 si la realizan. Asimismo, los astrocitos ApoE4 tienen un incremento en la movilidad mitocondrial, una reduccion de Parkina, proteina involucrada en la mitofagia y una reduccion del ADN mitocondrial en comparacion con los astrocitos ApoE3. En resumen, demostramos por primera vez que la ApoE4 endogena altera la senalizacion del calcio y las funciones mitocondriales en astrocitos. Teniendo en cuenta que la ApoE4 se expresa a lo largo de toda la vida de los individuos, estas alteraciones astrociticas podrian aparecer en las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer. Para avanzar en la deteccion de estas primeras etapas de la patologia, y ya que las proteinas del liquido cefalorraquideo reflejan las funcionalidad de las celulas cerebrales, nosotros hemos identificado un grupo de proteinas astrociticas presentes en este liquido relacionadas con la enfermedad de Alzheimer y que proponemos como firma funcional astrocitica. Esta firma esta compuesta de las proteinas S100B, ApoE, prostaglandina D2 sintetasa, cistatina 3, proteina integral de membrana 2C y clusterina. En general, la ApoE4 endogena altera las funciones de los astrocitos, un fenomeno que puede contribuir a la enfermedad de Alzheimer, ademas de a su deteccion a traves de biomarcadores del liquido cefalorraquideo.