Estudio de variantes estructurales de ApoA-I y ApoJ recombinantes como aproximación terapéutica en el contexto de la β-amiloidosis cerebral

Abstract

La β-amiloidosis cerebral se caracteriza por la acumulación del péptido β-amiloide (Aβ) en el parénquima y vasos cerebrales siendo la principal característica neuropatológica de la Enfermedad de Alzheimer (EA) y la Angiopatía Amiloide Cerebral (AAC). Ambas enfermedades se caracterizan por un impacto devastador en los pacientes, sin embargo actualmente no existe ningún tratamiento modificador para estas enfermedades. La hipótesis más aceptada en el campo propone que la β-amiloidosis cerebral ocurre por la desregulación de los mecanismos de eliminación de Aβ de cerebro. En este contexto, se ha propuesto que las apolipoproteínas ApoA-I y ApoJ/Clusterin tienen un rol protector frente a la β-amiloidosis cerebral. Por ello, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral es estudiar el potencial terapéutico de variantes genéticas y estructurales sobre las proteínas recombinantes ApoA-I y ApoJ, respectivamente, en un modelo animal de β-amiloidosis cerebral. La primera estrategia se basó en el estudio del potencial terapéutico de la variante genética de ApoA-I, ApoA-I-Milano recombinante humana (rApoA-I-M). Se observó que la administración intravenosa crónica en el modelo murino de β-amiloidosis cerebral APP23 promovió una disminución de la carga β-amiloide parenquimal y vascular mediante el aclaramiento del péptido Aβ de cerebro a sangre, así como una disminución de la neuroinflamación. En segundo lugar, se formuló ApoJ recombinante humana en nanodiscos de HDLs reconstituidos (nanodiscos rHDL-rApoJ). Por un lado, esta estructura mostró mayor capacidad de promover el eflujo de colesterol in vitro y tras la administración periférica colocalizó con vasos afectados por Aβ en el modelo murino de β-amiloidosis cerebral APP23. Sin embargo, el tratamiento crónico con nanodiscos rHDL-rApoJ en el modelo APP23 no mostró una mayor capacidad de prevenir la acumulación de β-amiloide en cerebro que la proteína rApoJ libre. Por otro lado, la administración crónica periférica de rApoJ humana libre resultó en una disminución del β-amiloide vascular y carga β-amiloide insoluble, así como un aminoramiento de la muerte neuronal en hipocampo. Este efecto se acompañó de un aumento en la expresión del marcador lisosomal CD68 en la microglía alrededor de las placas neuríticas, proponiendo que la administración de ApoJ a nivel periférico promueve la eliminación de Aβ mediante estimulación de la fagocitosis en el parénquima cerebral. En resumen, consideramos que esta tesis doctoral contribuye a una mejor comprensión de los efectos de ApoA-I y ApoJ circulantes sobre la β-amiloidosis cerebral y propone el valor terapéutico potencial de rApoA-I-M y rApoJ en el contexto de la EA y AAC.

Cerebral β-amyloidosis is characterized by parenchymal and vascular deposition of Amyloid-β peptide (Aβ), being the main neuropathological hallmark of Alzheimer´s Disease and Cerebral Amyloid Angiopathy (CAA). Both diseases are characterized by a devastating impact on patients. Nevertheless, currently there is absence of a disease-modifying therapeutic strategy. The most accepted hypothesis in the field proposes that cerebral β-amyloidosis occurs by a deregulation of Aβ elimination pathways. In this context, ApoA-I and ApoJ/Clusterin apolipoproteins have been proposed to have protective role against cerebral β-amyloidosis. Thus, the main objective of this Doctoral Thesis is to study the therapeutic potential of genetic and structural modifications in recombinant ApoA-I and ApoJ respectively, using an animal model of cerebral β-amyloidosis. The first strategy was to study the potential therapeutic value of a naturally occurring genetic variant of ApoA-I, recombinant ApoA-I-Milano (rApoA-I-M). The chronic intravenous administration of human rApoA-I-M in the cerebral β-amyloidosis mice model APP23, lead to a significant reduction in both vascular and parenchymal Aβ, promoting the Aβ clearance from brain into the bloodstream. The treatment also showed lower levels of certain neuroinflammatory markers. Secondly, recombinant ApoJ was formulated in reconstituted HDL nanodiscs (rHDL-rApoJ nanodiscs). On one hand, this structure was more effective than free rApoJ promoting the cholesterol efflux in vitro and after intravenous administration; rHDL-rApoJ nanodiscs co-localized with fibrillar Aβ affected vessels. Nevertheless, the chronic peripheral administration of rHDL-rApoJ nanodiscs in the APP23 mice model did not improve the effect of free rApoJ in terms of cerebral β-amyloid accumulation. Indeed, the chronic intravenous administration of free human rApoJ prevented the number of β-amyloid affected brain vessels and the total cerebral insoluble Aβ load together with amelioration of neuronal loss in the hippocampus. This effect was accompanied by an increased in the expression of the lysosomal marker CD68 in microglial cells in the periphery of Aβ deposits, proposing that circulating rApoJ promotes the Aβ elimination through cerebral phagocytosis stimulation. In summary, we consider that this Doctoral Thesis contributes to the understanding of the role of circulating ApoA-I and ApoJ in cerebral β-amyloidosis and proposes the potential therapeutic value of rApoA-I-M and free rApoJ in the context of AD and CAA.