Molecular mechanisms underlying LRRK2-mediated centrosomal cohesion deficits as biomarker for Parkinson’s disease

Abstract

In the present doctoral thesis, we demonstrate that the LRRK2-mediated centrosomal cohesion deficits are not only caused by accumulation of phospho-RAB8A but also of phospho-RAB10. Using CRISPR-Cas9 approaches, we identify that the LRRK2-mediated centrosomal cohesion deficits are crucially dependent on the presence of RAB8A, RAB10 and RILPL1. Previous studies have indicated that RILPL1 may be localised to the centrosome. Here we show for the first time that RILPL1 is localised to subdistal appendages of the mother centriole, which allows for the recruitment of the LRRK2-phosphorylated RAB proteins to cause the centrosomal defects. The pathogenic LRRK2-mediated ciliogenesis defects also correlate with the pericentrosomal accumulation of both phospho-RAB8A and phospho-RAB10. In addition, we show here that various LRRK2 variants that modify risk for PD, as well as currently described regulators of the LRRK2 signalling pathway (vps35 and PPM1H) impact upon centrosomal cohesion deficits. Our data suggest that the LRRK2-mediated centrosomal cohesion and ciliogenesis defects are two distinct cellular readouts of the same underlying phospho-RAB8/RAB10/RILPL1 nexus and highlight the possibility that either centrosomal cohesion and/or ciliogenesis alterations may serve as cellular biomarkers for LRRK2-related PD. Indeed, we demonstrate that LRRK2-mediated centrosomal cohesion and ciliogenesis defects are observable under endogenous conditions in primary astrocytes from mutant LRRK2 knockin mice as compared to control, and reverted upon LRRK2 kinase inhibition. In addition, we describe centrosomal cohesion deficits in peripheral blood mononuclear cell-derived lymphoblastoid cell lines from a larger sampling of G2019S LRRK2 mutant PD patients as compared to healthy controls, which can also be observed in a subset of sporadic PD patient samples, and which are reverted upon pharmacological LRRK2 kinase inhibition in all cases. Altogether, we describe a robust cell biological assay based on centrosomal cohesion defects which may allow for the stratification of PD patients who may benefit from LRRK2-related therapeutics in clinical settings.

En la presente tesis doctoral, demostramos que el déficit de cohesión centrosomal mediado por LRRK2 no es sólo causado por la acumulación de RAB8A fosforilado, sino que también interviene RAB10 fosforilado. Utilizando la técnica de CRISPR-Cas9, hemos identificado que el déficit de cohesión centrosomal mediado por LRRK2 depende principal y únicamente de la presencia de las proteínas RAB8A, RAB10 y RILPL1. Estudios anteriores han indicado que RILPL1 estaría localizado en el centrosoma. Aquí, hemos identificado por primera vez que RILPL1 está localizado en los apéndices subdistales del centriolo madre, que reclutaría las proteínas RAB fosforiladas por LRRK2 para causar alteraciones centrosomales. Los defectos en ciliogenesis causados por LRRK2 patogénico se correlacionan con la acumulación de fosfo-RAB8A y fosfo-RAB10. Además, mostramos que los diferentes variantes de LRRK2 que modifican el riesgo de padecer la enfermedad de Parkinson, así como los diferentes reguladores de las rutas de señalización de LRRK2 (vps35 y PPM1H) tienen un efecto en el déficit de cohesión centrosomal. Conjuntamente, nuestros datos sugieren que las alteraciones mediadas por LRRK2 en ciliogénesis y cohesión centrosomal son dos efectos celulares diferentes de un mismo nexo subyacente (fosfo-RAB8A/RAB10/RILPL1) y destacan la posibilidad de que las alteraciones de cohesión centrosomal y/o las alteraciones en ciliogénesis puedan servir como biomarcadores para la enfermedad de Parkinson relacionada con LRRK2. De hecho, demostramos que los defectos de cohesión centrosomal y ciliogénesis se pueden observar en condiciones endógenas en astrocitos primarios de ratones portadores de mutaciones en LRRK2 en comparación con ratones control, y son revertidos mediante inhibición de la actividad kinasa de LRRK2. Además, describimos la presencia de déficits de cohesión centrosomal en líneas celulares linfoblastoides derivadas de células mononucleares de sangre periférica en una muestra mayor de pacientes de Parkinson que portan la mutación G2019S de LRRK2 en comparación con individuos sanos, que son observables también en algunos pacientes de Parkinson esporádico, y son revertidos mediante inhibición de la actividad kinasa de LRRK2 en todos los casos. En conjunto, describimos un ensayo biológico celular robusto basado en defectos de cohesión centrosomal que puede permitir la estratificación de pacientes de Parkinson que pueden beneficiarse de terapias relacionadas con LRRK2 en entornos clínicos.