Mecanismos moleculares que relacionam a hipercolesterolemia familiar à doença de Alzheimer

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2015.A hipercolesterolemia familiar é uma doença do metabolismo das lipoproteínas causada por anormalidades genéticas que direta ou indiretamente prejudicam a função do receptor de lipoproteína de baixa densidade (LDL). Esta condição é caracterizada pelo catabolismo defeituoso da LDL, o qual resulta em aumento das concentrações plasmáticas de colesterol desde o nascimento e aterosclerose prematura. Recentemente, estudos clínicos e pré-clínicos demonstraram uma associação entre a hipercolesterolemia familiar e o desenvolvimento de comprometimento cognitivo leve, considerado um estágio de transição entre o envelhecimento saudável e os primeiros sintomas da doença de Alzheimer ? principal causa de prejuízos cognitivos em pessoas com mais de 65 anos. De fato, há mais de duas décadas o envolvimento da hipercolesterolemia no acúmulo e deposição de peptídeo ß-amiloide (Aß) cerebral vem sendo intensamente estudado. Por outro lado, inúmeros estudos recentes têm indicado o receptor de LDL como uma via fisiológica importante que medeia a regulação celular dos níveis de Aß cerebral. Nesse sentido, hipotetizamos que os efeitos neurotóxicos induzidos pelo Aß podem ser potencializados em indivíduos com hipercolesterolemia familiar, uma vez que a depuração cerebral deste peptídeo estaria prejudicada. Inicialmente, para validar experimentalmente esta hipótese, camundongos nocautes para o receptor de LDL (LDLr-/-) ? modelo experimental de hipercolesterolemia familiar humana ? foram expostos à administração intracerebroventricular (i.c.v.) do Aß1-40. Os resultados desta tese demonstraram que camundongos LDLr-/- são mais susceptíveis à neurotoxicidade induzida pela administração i.c.v. do Aß1-40. Especificadamente, em comparação com os camundongos C57BL/6 do tipo selvagem, os camundongos LDLr-/- apresentam maior ativação glial, dano de membrana celular, disfunção da barreira hemato-encefálica (BHE), e desbalanço oxidativo e da atividade da acetilcolinesterase no hipocampo após a administração do Aß1-40. Alterações na expressão gênica hipocampal e cortical de proteínas envolvidas no processamento e metabolismo do Aß (BACE-1, PS-1 e LRP-1) e na indução do processo apoptótico (Bax e Bcl2), parecem estar envolvidas no comprometimento neuronal dos camundongos LDLr-/-. Com o objetivo de avaliar mais precisamente a integridade da BHE dos camundongos LDLr-/-, estes foram submetidos a uma dieta rica em colesterol durante trinta dias. A dieta hipercolesterolêmica levou a um aumento ainda mais pronunciado na permeabilidade da BHE nos camundongos LDLr-/-. Além disso, a exposição à LDL isolada prejudicou o desenvolvimento e polarização de neurônios hipocampais. Por fim, tendo em mente a participação do receptor de LDL no metabolismo e degradação do Aß, nós avaliamos se o fibrato Genfibrozila seria capaz de modular os níveis de receptores de LDL ao nível cerebral. O Genfibrozila foi capaz de aumentar os níveis de RNAm no tecido hepático, mas não no hipocampo, de camundongos Swiss, e este efeito não foi relacionado com mudanças nos níveis de colesterol plasmático. Em conjunto, os resultados do presente estudo reforçam a particular associação da hipercolesterolemia familiar e o desenvolvimento de prejuízos cognitivos característicos da doença de Alzheimer. Além disso, os achados deste estudo nos encorajam a buscar por moléculas que sejam capazes de modular a expressão de receptores de LDL no SNC.Abstract : Familial hypercholesterolemia is a lipoprotein metabolism?s disorder caused by genetic abnormalities that directly or indirectly affect the function of the low density lipoprotein (LDL) receptor. This condition is characterized by defective catabolism of the LDL which results, from the time of birth, in increased plasma cholesterol concentrations and premature atherosclerosis development. Recently, clinical and preclinical studies have demonstrated an association between familial hypercholesterolemia and mild cognitive impairment, considered to be a transitional stage between normal aging and early-stage Alzheimer?s disease ? the main cause of cognitive decline in people over 65 years. In fact, over the past decades the involvement of hypercholesterolemia in the accumulation and deposition of cerebral ß-amyloid peptide (Aß) has been intensively studied. On the other hand, compelling recent studies have identified the LDL receptor as a pathway for mediating the cellular regulation of brain Aß levels. In this regard, we hypothesized that the Aß-induced neurotoxic effects could be increased in individuals with familial hypercholesterolemia, since the brain Aß clearance might be impaired in this context. Firstly, to test this hypothesis LDL receptor knockout mice (LDLr-/-), which is the most used mouse model of familial hypercholesterolemia, were injected intracerebroventricularly with Aß1-40. The results presented herein show that LDLr-/- mice were more susceptible to Aß1-40-induced neurotoxicity. Specifically, LDLr-/- mice treated with Aß1-40 presented increased glial activation, cellular membrane damage, blood brain barrier (BBB) disruption, increased acetylcholinesterase activity, and oxidative imbalance within the hippocampus in comparison with Aß1-40-treated C57BL/6 wild-type mice. Alterations in hippocampal and cortical gene expression of proteins involved in Aß processing and metabolism (BACE-1, PS-1 and LRP-1) and apoptosis (Bax and Bcl-2) appears to be related with neuronal damage in the LDLr-/- mice. In order to assess the BBB integrity more accurately in the LDLr-/- mice, these mice were treated for 30 days with a hypercholesterolemic diet. A more pronounced BBB permeability was observed in the LDLr-/- mice fed with hypercholesterolemic diet. In addition, LDL cholesterol significantly affected neuronal polarity in vitro. Finally, taking in account that the LDL receptor modulates Aß metabolism and degradation, we evaluated whether the Gemfibrozil (fibrate) could modulate brain LDL receptor levels. Gemfibrozil treatment increased gene expression of LDL receptor in the hepatic tissue, but not in the hippocampus, of Swiss mice. This effect was not related with changes in the plasma cholesterol levels. Overall, this data reinforce the particular relation between familial hypercholesterolemia and the characteristic cognitive impairments of Alzheimer?s disease. Additionally, our findings encourage us to look for compounds that are capable of modulating LDL receptor expression in the brain