Effect of CYP46A1 ectopic expression on recovery from liver disease in a Niemann-Pick type C mouse model

Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de FarmáciaA Doença de Niemann-Pick tipo C (NPC) é uma doença rara do metabolismo, do grupo das doenças de sobrecarga lisossomal, caracterizada por uma acumulação de colesterol e outros lipídios nos endossomas tardios/ lisossomas, devido à perda de função da proteína NPC1. A doença NPC é caracterizada principalmente por uma neurodegeneração progressiva, no entanto, após o início dos sintomas, tanto humanos quanto murganhos com uma mutação no gene NPC1, apresentam predisposição para desenvolver um fenótipo metabólico alterado, que se torna mais evidente durante a progressão da doença. Hepatomegalia é uma das manifestação precoces da doença NPC, em muitos casos associada a uma predisposição para inflamação hepática e fibrose A colesterol 24-hidroxilase (CYP46A1) é o principal enzima responsável pelo turnover do colesterol cerebral, catalisando a conversão do colesterol em 24S-hidroxicolesterol. Com base em resultados preliminares in vitro, formulámos a hipótese de que o CYP46A1 poderia ser um potencial alvo terapêutico na doença NPC. Assim sendo, o objetivo principal desta tese foi determinar o efeito da expressão ectópica de CYP46A1 no fenótipo hepático de murganhos Npc1tm(I1061T), focando a nossa atenção na melhoria da homeostasia colesterol e de ácidos gordos no fígado, bem como na inflamação, stress oxidativo e fibrose. Os nossos resultados mostram, pela primeira vez, que o CYP46A1 pode ter papel benéfico na melhoria do fenótipo hepático característico da doença de NPC, uma vez que impede a perda de peso observada nos fêmeas NPC1 nos estadios finais da doença, e reduz a hepatomegalia e o aumento nos níveis de alanina aminotransferase no soro de murganhos NPC1. Os nossos resultados, embora preliminares, também mostram uma correlação entre a expressão do CYP46A1 e mecanismos hepatoprotetores, como redução de marcadores inflamatórios, aumento da defesa antioxidante e redução da fibrose hepática. Além disso, em murganhos machos, o CYP46A1 parece restaurar o turnover do colesterol e o seu catabolismo. No seu conjunto, os nossos resultados sugerem que uma intervenção mais precoce, que permita um aumento da expressão do CYP46A1 antes do início dos sintomas, pode abrir um novo caminho terapêutico para esta doença devastadora.Niemann-Pick type C disease (NPC) is a rare autosomal recessive lysosomal storage disorder, characterized by an intracellular accumulation of cholesterol and other lipids in the late endosomes/ lysosomes compartment, due to NPC1 protein loss of function mutations. NPC disease is mainly characterized by a progressive neurodegeneration, nevertheless, after the onset of the neurodegenerative symptoms, both human and mouse with a mutation in NPC1, show a predisposition to develop a defective metabolic phenotype, that becomes more evident during disease progression. Hepatomegaly, predisposition to hepatic inflammation and fibrosis appear to be an early manifestation of NPC disease in many cases. Cholesterol 24-hydroxylase (CYP46A1) is the main enzyme responsible for brain cholesterol turnover since it catalyzes the conversion of cholesterol into 24S-hydroxycholesterol. Based on in vitro preliminary results, we hypothesized that CYP46A1 could be a potential therapeutic target in NPC disease. Therefore, the main goal of this thesis was to determine the effect of CYP46A1 ectopic expression in the hepatic phenotype of Npc1tm(I1061T) mice, focusing on the improvement of hepatic cholesterol and fatty acid metabolism, inflammation, oxidative stress, and fibrosis. Our results show for the first time, that CYP46A1 may have beneficial role in ameliorating NPC liver phenotype, since it impairs weight lost in female NPC1 mice in late stages of the disease and reduces the liver to body weight ratio and the increase in alanine aminotransferase levels in the serum of NPC1 mice. Our results, although preliminary, also showcase a correlation between CYP46A1 expression and hepatoprotective mechanisms such as the reduction inflammatory markers, an increase in the anti-oxidative defense, and a reduction on liver fibrosis. Moreover, in male mice CYP46A1 appears to restore cholesterol turnover and catabolism. All together, our results suggest with an earlier intervention, before the onset of the disease, CYP46A1 expression can indeed open a new therapeutic avenue for this devastating disease.Com o patrocínio do FEDER and National Funds from Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT)