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Apr 15, 2023

PLD3 afeta esferoides axonais e defeitos de rede na doença de Alzheimer

Natureza volume 612, páginas

Nature volume 612, páginas 328–337 (2022) Cite este artigo

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Os mecanismos precisos que levam ao declínio cognitivo na doença de Alzheimer são desconhecidos. Aqui identificamos esferoides axonais associados à placa amiloide como contribuintes proeminentes para a disfunção da rede neural. Usando imagem intravital de cálcio e voltagem, mostramos que um modelo de camundongo da doença de Alzheimer demonstra grave interrupção na conectividade axonal de longo alcance. Essa interrupção é causada por bloqueios de condução do potencial de ação devido ao aumento dos esferóides que atuam como dissipadores de corrente elétrica de maneira dependente do tamanho. O crescimento esferoide foi associado a um acúmulo dependente da idade de grandes vesículas endolisossomais e foi mecanicamente ligado a Pld3 - um potencial gene de risco associado à doença de Alzheimer1 que codifica uma proteína lisossômica2,3 altamente enriquecida em esferoides axonais. A superexpressão neuronal de Pld3 levou ao acúmulo de vesículas endolisossomais e aumento de esferoides, o que piorou os bloqueios de condução axonal. Por outro lado, a deleção de Pld3 reduziu o tamanho da vesícula endolisossomal e do esferoide, levando a uma melhor condução elétrica e função da rede neural. Assim, a modulação direcionada da biogênese endolisossomal em neurônios poderia potencialmente reverter as anormalidades do circuito neural induzidas por esferoides axonais na doença de Alzheimer, independente da remoção de amilóide.

A doença de Alzh eimer (DA) é uma condição neurodegenerativa caracterizada por interrupção generalizada nos circuitos neurais e conectividade de rede4. Acredita-se que a deposição extracelular do peptídeo β-amilóide (Aβ) desencadeie uma cascata de eventos, eventualmente levando ao declínio cognitivo5. No entanto, os fundamentos celulares que ligam a deposição de Aβ e a interrupção da rede neural não são bem compreendidos6, limitando o design racional de novas terapias. Extensas pesquisas anteriores focaram em mecanismos como perda de sinapse e morte celular como causas potenciais de disfunção neural7,8, e os esforços terapêuticos focaram principalmente em estratégias para remoção de amilóide extracelular9. No entanto, uma característica patológica importante e pouco estudada da DA são os processos neuronais acentuadamente aumentados, tradicionalmente denominados neurites distróficas, que são encontrados ao redor dos depósitos de Aβ10,11,12. Esses processos foram previamente mostrados como sendo todos axonais em vez de dendríticos na origem13,14 (Fig. 1a,b), então nós os chamamos de esferoides axonais associados à placa (PAASs). Embora várias hipóteses sobre seu desenvolvimento tenham sido propostas ao longo dos anos15,16,17,18,19, essas estruturas não têm sido um grande foco de investigação mecanicista e sua importância fisiopatológica permanece incerta.

a, Imagens confocais de um cérebro de camundongo após injeção unilateral de AAV2-GFP. b, Imagens da região em a indicadas por uma caixa tracejada mostrando esferoides axonais que só podem vir de axônios de projeção transcalosal (verde) que não estão associados ao marcador dendrítico MAP2 (vermelho). Barra de escala, 5 μm. c, Lapso de tempo de dois fótons in vivo de esferoides axonais próximos a uma placa amilóide (linhas tracejadas em ciano), mostrando estruturas dinâmicas (setas) e estáveis ​​(asterisco). Barra de escala, 5 μm. d, Esquemas de imagem de cálcio axonal em dois lados de um esferóide axonal (verde) perto de uma placa (vermelho) após estimulação elétrica do hemisfério contralateral. e, Exemplo de axônios marcados com GCaMP6f com (esquerda) e sem (direita) esferóides e traços de dinâmica de cálcio axonal em ROIs em ambos os lados da placa (laranja e azul). O eixo y indica o ΔF/F dos transientes de cálcio. As barras laranja mostram o trem de pulso de estímulo de 50 Hz. As inserções mostram gráficos ampliados (retângulos cinza). As linhas pontilhadas pretas indicam regressões exponenciais da fase ascendente. As linhas tracejadas laranja e azul mostram os tempos estimados de aumento do cálcio. Barras de escala, 10 μm (imagens superiores) e 200 ms (inserções). f, Traços mostrando o bloqueio da condução (asteriscos) após a estimulação (ícones amarelos intermitentes). g, Diferenças nos tempos estimados de elevação do cálcio nos segmentos axonais em ambos os lados de um esferóide individual. n = 10, n = 21 e n = 8 axônios para os grupos sem esferoide, esferoide pequeno e esferoide grande, respectivamente; obtido de n = 14 camundongos. h, Estimulação e estratégias de imagem de cálcio para medir a condução axonal inter-hemisférica de longo alcance. i, Traços da dinâmica do cálcio nos axônios transcalosos fotografados no hemisfério contralateral. Barra de escala, 200 ms (inserção). j, O intervalo de tempo entre a estimulação e o tempo de subida apresentado por axônios individuais (à esquerda) ou camundongos (à direita). n = 51 axônios em n = 3 camundongos WT; n = 58 axônios em n = 8 camundongos 5xFAD. k, A estratégia para estimulação axonal e imagens de voltagem de dois fótons de corpos celulares para medir a condução axonal antidrômica. l, Exemplo de um corpo celular marcado com sensor de voltagem (ASAP3) e a região da varredura de linha (linha azul) (esquerda). À direita, quimógrafo de varredura de linha de 1 kHz após estímulos elétricos (barras laranja). As setas pretas indicam APs. Barras de escala, 10 μm (esquerda e direita vertical) e 100 ms (direita horizontal). m, traços de fluorescência ASAP3. As barras laranjas indicam estimulação elétrica. A corrente elétrica aplicada e a potência da transformada rápida de Fourier (FFT) de 10 Hz são indicadas abaixo de cada traço. n, A probabilidade de geração de AP (potência FFT) para cada célula em uma corrente definida. A inserção mostra exemplos de duas células individuais em vários estímulos atuais. o, As correntes necessárias para 50% de condução AP bem-sucedida para cada célula (pontos individuais). n = 25 células de n = 2 camundongos WT; n = 27 células de n = 3 camundongos AD. p, O intervalo de tempo entre a estimulação e o tempo de pico AP. n = 59 células de n = 4 camundongos WT; n = 62 células de n = 4 camundongos AD. q, Os tempos de subida (sombra vermelha) medidos no soma após a estimulação dos axônios contralaterais mostram semelhança entre GCaMP6f (verde) ou ASAP3 (cinza). Barras de escala, 10 ms (horizontal) e 1 unidade arbitrária (UA) (vertical). A análise estatística foi realizada usando testes U de Mann-Whitney bicaudais (g, j (esquerda), oep) e um teste t pareado bicaudal (j (direita)). Os dados são média ± sem