The role of cellular prion protein in Alzheimer’s disease

Alzheimer’s disease (AD) is the most prevalent age-related neurodegenerative disease that leads to cognitive impairment and dementia. The major defined pathological hallmark of AD is the accumulation of amyloid beta (Aβ), a neurotoxic peptide, derived from beta and gamma-secretase cleavage of the amyloid precursor protein (APP). It has been described that cellular prion protein (PrPC) plays a role in the pathogenesis of Alzheimer disease. Although, the role of PrPC is still unclear, previous studies showed contradictious results. To elucidate this issue, the main objective of the present study is to investigate the influence of a knockout of the PRNP gene in 5XFAD mice, 5xFAD mice exhibited 5 mutations related to familial Alzheimer disease. These mice show an Aβ1-42 accumulation and an increased neuronal loss during aging. To create a bi-transgenic 5xFAD mice were crossed with Prnp0/0 Zurich 1 mice (prion protein knockout mice). We subjected two transgenic mice (5xFAD and Prnp0/05xFAD) at different ages (3, 9 and 12 months of age) to a battery of task to evaluate cognitive and motoric deficits and a biochemical analysis (ELISA, western blot and immunohistochemistry) to investigate the regulation and potential involvement of downstream signaling proteins in the Aβ induced toxicity process dependent of the PrPC concentration. The study revealed that the deficits induced by Aβ mediated toxicity appeared earlier in 5xFAD mice (9 months of age) than in Prnp0/05xFAD (12 months of age). Investigating the amount of amyloid beta in 5xFAD mice we observed a PrPC dependent regulation in 9 month-old animals of Aβ1−40 but not of the toxic form Aβ1−42. We did not found in Prnp0/05xFAD mice the up-regulation of P-Fyn, Fyn or Cav-1 as we found in 5xFAD mice. This suggests an important role of PrPC in Alzheimer’s disease as a promoter of toxic effect of Aβ oligomers. Our results may suggest the loss of PrPC delays the toxicity of amyloid beta. In conclusion, our data support a role of PrPC as a mediator of Aβ toxicity in AD by promoting early onset of disease.

Doença de Alzheimer (AD) é a doença neurodegenerativa mais comum relacionada com a idade que conduz à disfunção cognitiva e demência. A principal característica patológica da doença de Alzheimer é definida pela acumulação de beta-amilóide (Aβ), um péptido neurotóxico, derivado da clivagem da proteína precursora da amilóide (APP) pela beta e gama-secretase. Embora tenha sido descrito que o prião celular (PrPC) desempenha um papel na patogénese da doença de Alzheimer, o seu papel ainda é pouco claro. Diversos estudos têm mostrado resultados contraditórios em relação à sua função na doença de Alzheimer. Para esclarecer esta questão, o principal objetivo deste estudo é investigar a influência do gene PRNP em ratinhos 5xFAD. Os ratinhos 5xFAD exibem 5 mutações envolvidas na doença de Alzheimer familiar. Estes apresentam a acumulação de Aβ1-42 e um aumento da perda neuronal durante o envelhecimento. Para criar ratinhos bi-transgénicos, os ratinhos 5xFAD foram cruzados com Prnp0/0 Zurich 1 (nocaute para o prião celular). Os ratinhos transgénicos (5xFAD e Prnp0/05xFAD) com diferentes idades (3, 9 e 12 meses de idade) foram submetidos a uma bateria de testes de avaliação cognitiva e motora. Em seguida procedeu-se a uma avaliação bioquímica (ELISA, western blot e imunohistoquimica) para investigar o potencial envolvimento do PrPC na regulação e sinalização proteica induzida pela toxicidade da Aβ. O estudo revelou que os défices induzidos pela toxicidade da Aβ aparecem mais cedo nos ratinhos 5xFAD (9 meses de idade) do que nos Prnp0/05xFAD (12 meses de idade). A produção de beta amilóde revelou uma regulação dependente do PrPC na isoforma Aβ1−40 ao contrário da isoforma Aβ1−42. Ao contrário do que acontece nos ratinhos 5xFAD, não foi encontrada nenhuma sobre expressão das proteínas P-Fyn, Fyn e Cav-1 nos ratinhos Prnp0/05xFAD. Estes resultados sugerem um papel importante do PrPC na doença de Alzheimer como promotor do efeito tóxico dos oligómeros de beta amilóide, uma vez que a perda do PrPC atrasa o efeito tóxico dos oligómeros de beta amilóide. Em conclusão, os nossos dados apoiam o papel do PrPC como um agente mediador de toxicidade da Aβ na doença de Alzheimer. PrPC promove o início precoce da doença de Alzheimer.

Mestrado em Biologia Molecular e Celular