Analysis of LRRK2 localization towards understanding the pathogenic mechanisms underlying Parkinson's Disease
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Show full item recordAuthor
Blanca Ramírez, MarianEditorial
Universidad de Granada
Director
Navarro Hilfiker, Sabine NicoleDepartamento
Universidad de Granada. Programa Oficial de Doctorado en Biomedicina; Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Instituto de Parasitología y Biomedicina López-NeyraMateria
Parkinson Microbiología médica Microtúbulos Patógenos Proteínas quinasas Genes de la GTPasa Leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2)
Materia UDC
61 2490
Date
2017Fecha lectura
2017-07-05Referencia bibliográfica
Blanca Ramírez, M. Analysis of LRRK2 localization towards understanding the pathogenic mechanisms underlying Parkinson's Disease. Granada: Universidad de Granada, 2017. []
Sponsorship
Tesis Univ. Granada. Programa Oficial de Doctorado en BiomedicinaAbstract
En esta tesis, primero demostramos que la mayoría de los mutantes patogénicos, así
como su versión farmacológicamente inhibida de la actividad kinasa, intensifican la asociación
de LRRK2 con un grupo de MTs estables, mostrando un fenotipo filamentoso. Esto se
contrapone con wildtype LRRK2, que muestra una localización predominantemente citosólica.
Segundo, encontramos que esta asociación puede ser modulada mediante la alteración de los
niveles de tubulina destirosinada, mientras que el estado de acetilación de los MTs no parece
jugar un papel de manera directa. Esta asociación puede desembocar en la desestabilización de
los MTs. Tercero, dilucidamos que los determinantes moleculares de esta interacción requieren
la unión de GTP. Encontramos que dos mutantes sintéticos (R1398L; R1398L/T1343V), así
como una variante de riesgo protectora para EP (R1398H) dismininuyen la unión a GTP, lo
cual revierte este fenotipo. El tratamiento con dos nuevos inhibidores de GTP también revierte
la localización alterada mostrada por LRRK2 patogénico y kinasa inactivo. Finalmente, esta
localización alterada es inducida por analógos de GTP, lo cual representa una prueba formal de
que la alteración de la unión de GTP a LRRK2 es la causa de esta alteración en su localización
subcelular. Mutations in leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) represent the most common cause of
familial Parkinson's Disease (PD), and variants in this gene modify risk for sporadic PD. Thus,
the study of LRRK2 is key towards elucidating the mechanism(s) underlying both familial and
sporadic disease entities. Towards this goal, previous studies have reported an interaction
between LRRK2 and microtubules (MTs). However, the determinants within LRRK2
responsible for such interactions, and the possible downstream alterations in MT-mediated
transport events remain unknown.
Here, we first we demonstrate that most pathogenic LRRK2 mutants as well as
pharmacological LRRK2 kinase inhibition causes an enhanced association of LRRK2 with a
subset of stable MTs, displaying a filamentous phenotype. This is in contrast to wildtype
LRRK2, which displays a largely cytosolic localization. Second, we find that this association
can be modulated upon altering the levels of detyrosinated tubulin, whereas the MT acetylation
status does not seem to play a direct role. Such association may cause subsequent MT
destabilization. Third, we elucidate the molecular determinants of this interaction to be
regulated by LRRK2 GTP binding. We find that two synthetic mutants (R1398L;
R1398L/T1343V) as well as a protective risk variant for PD (R1398H) decrease GTP binding
which causes a rescue of this phenotype. Treatment with two novel GTP binding inhibitors also
reverts such altered localization of pathogenic or kinase-inhibited LRRK2. Finally, such altered
subcellular localization is induced by GTP analogs, providing formal proof-of-concept that
altered LRRK2 GTP binding causes such altered subcellular localization.
Altogether, our findings indicate a preferential association of pathogenic mutant and
pharmacologically kinase-inhibited LRRK2 with stable MTs, which may directly or indirectly
impact upon various MT-mediated vesicular trafficking events.