Transcription factor EB-mediated neurotrophic and neuroprotective effects: relevance to Parkinson’s disease

La malaltia de Parkinson (MP) és un trastorn neurodegeneratiu crònic que es caracteritza per una pèrdua progressiva de les neurones dopaminèrgiques de la substància nigra pars compacta (SNpc). Tot i que s’han dut a terme diverses estratègies per intentar aturar la progressió de la MP, cap d’elles ha demostrat ser de suficient eficàcia. El possible paper del factor de transcripció EB (TFEB) com a diana terapèutica en la MP va guanyar importància quan es va descobrir que el TFEB controla la biogènesi lisosomal i l’autofàgia, i que la seva activació podria contrarestar el defecte lisosomal i l’agregació de proteïnes, dos fenòmens descrits des de fa temps que estan implicats en les malalties neurodegeneratives, incloent la MP. Malgrat això, la majoria de les presumptes dianes del TFEB que s’han descrit fins a dia d’avui estan implicades en diversos processos biològics que no estan relacionats amb el sistema autofàgic-lisosomal. Per tant, aprofundir el nostre coneixement sobre la funció del TFEB en neurones podria ser crucial per desenvolupar una bona estratègia terapèutica per la MP i altres trastorns neurològics. En aquesta tesi, s’ha determinat l’efecte de sobreexpressar el TFEB per mitjà d’un vector viral adeno-associat en les neurones dopaminèrgiques de la substància nigra de ratolí i s’han estudiat els processos moleculars activats en condicions de sobreexpressió de TFEB que podrien oferir beneficis importants en el context de la MP. En aquest sentit, s’ha demostrat que la sobreexpressió de TFEB induïa un efecte neurotròfic, el qual no estava descrit, i que alhora anava acompanyat d’una millora en la funcionalitat dopaminèrgica, de l’activació de vies de senyalització implicades en supervivència i de canvis mitochondrials que, tots plegats, podrien contribuir en fer més resistents a les neurones front la mort cel·lular. Per explorar en més profunditat aquest tema, es va estudiar el potencial terapèutic del TFEB en un context parkinsonià, l’induït per la neurotoxina MPTP. D’aquesta manera, es va demostrar que la sobreexpressió de TFEB era capaç d’aturar la neurodegeneració induïda pel MPTP tant a nivell de cos neuronal com de projecció dopaminèrgica a nivell de l’estriat i que, al mateix temps, era capaç de restaurar l’activitat/funció i el fenotip neuronal en el model MPTP de la MP. A més, la sobreexpressió de TFEB va ser capaç de contrarestar els processos deleteris com la depleció lisosomal i la mort cel·lular mitjançada pel mitocondri, els quals estan relacionats tant amb la neurotoxicitat induïda pel MPTP com amb la MP. Per altra banda, també es va descobrir que activar la via autofàgica-lisosomal a través d’un knockdown del principal repressor de l’autofàgia, ZKSCAN3, no va ser suficient per evitar la neurodegeneració o l’atròfia induïda pel MPTP. En conclusió, els resultats d’aquesta tesi revelen nous mecanismes de rellevant importància per l’efecte neuroprotector induït pel TFEB, i remarquen que incrementar l’activitat del TFEB podria ser una bona estratègia per lluitar contra la mort neuronal i restaurar la funcionalitat neuronal en la MP i altres malalties neurodegeneratives.Parkinson’s disease (PD) is a chronic neurodegenerative disorder mainly characterized by progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc). Albeit diverse efforts have been carried out to halt the progression of PD, none of them have been fully satisfactory. The possible implication of transcription factor EB (TFEB) as a therapeutic target in PD has gained momentum since it was discovered that TFEB controls lysosomal biogenesis and autophagy and that its activation might counteract lysosomal impairment and protein aggregation, which have long been described in neurodegenerative diseases, including PD. However, the majority of putative direct targets of TFEB described to date is linked to a range of biological processes that are not related to the autophagy-lysosomal system. Therefore, to deepen our knowledge on TFEB function in neurons may be crucial to develop a potential therapeutic strategy for PD and other related neurological disorders. In this thesis, we assessed the effect of overexpressing TFEB by means of an adeno-associated viral vector in mouse substantia nigra dopaminergic neurons and studied several molecular processes activated upon TFEB overexpression that may offer potential benefits in the context of PD. In this line, we demonstrated that TFEB overexpression drove a previously unknown bona fide neurotrophic effect accompanied by an enhanced dopaminergic function, activation of pro-survival signaling pathways and mitochondrial changes that altogether may contribute to render neurons less prone to cell death. To delve further into this concept, we studied the therapeutic potential of TFEB in a parkinsonian context, that induced by the neurotoxin MPTP. In this regard, we showed that TFEB overexpression was indeed able to block MPTP-induced neurodegeneration both at the cell body level as well as striatal dopaminergic terminals and restored neuronal activity/function and phenotype in the MPTP mouse model of PD. Moreover, TFEB overexpression also counteracted the deleterious events like lysosomal depletion and mitochondria-mediated cell death that are linked to MPTP neurotoxicity and PD. Besides, we unraveled that activating the autophagy-lysosomal pathway by knocking down the master repressor of autophagy ZKSCAN3 did not prevent MPTP-induced neurodegeneration or atrophy. Altogether, our results uncover new mechanisms decisive for the neuroprotective effect elicited by TFEB and highlight increasing TFEB activity as a therapeutic approach to fight neuronal death and restore neuronal function in PD and other neurodegenerative diseases