Exosomal alpha-synuclein and TPPP/p25α: potential culprits in multiple system atrophy pathogenesis?

Η ατροφία πολλαπλών συστημάτων συνιστά μία νευροεκφυλιστική διαταραχή, η οποία χαρακτηρίζεται πρωτίστως από το σχηματισμό πρωτεϊνικών εγκλείστων εντός του κυτταροπλάσματος των ολιγοδενδροκυττάρων. Βασικά συστατικά των προαναφερθέντων εγκλείστων αποτελούν η νευρωνική πρωτεΐνη α-συνουκλεΐνη καθώς επίσης και η ολιγοδενδρογλοιακή φωσφοπρωτεΐνη p25α. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η α-συνουκλεΐνη δεν μπορεί να εντοπιστεί σε ώριμα ολιγοδενδρογλοιακά κύτταρα, υπογραμμίζοντας τοιουτοτρόπως το σενάριο πρόσληψης της πρωτεΐνης αυτής από τα ολιγοδενδροκύτταρα, ακολουθούμενης της έκκρισής της από γειτονικά νευρωνικά κύτταρα που την εκφράζουν φυσιολογικά. Εν μέρει η απελευθέρωση της α-συνουκλεΐνης από τα νευρικά κύτταρα διεκπεραιώνεται μέσω της στρατολόγησης των εξωσωμάτων, εξωκυτταρικών κυστιδίων που φαίνεται να ενεργούν ως ‘‘Δούρειοι ίπποι’’ διευκολύνοντας τη μετάδοση των παθολογικών μορφών της α-συνουκλεΐνης. Ωστόσο, ανεξερεύνητη παραμένει η συμβολή των εξωσωμάτων προερχόμενων από ολιγοδενδροκύτταρα στην ανάπτυξη και εξέλιξη της παθολογίας της νόσου. Τα πειραματικά μας αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τόσο η α-συνουκλεΐνη όσο και η p25α μπορούν να εκκριθούν από τα ολιγοδενδροκύτταρα διαμέσου εξωσωμάτων. Ειδικότερα, διαπιστώσαμε ότι η περιεκτικότητα αυτών των κυστιδίων σε α-συνουκλεΐνη, τόσο σε μονομερείς όσο και υψηλότερου μοριακού βάρος μορφές, ενισχύεται κατόπιν επώασης των κυττάρων αυτών με ινίδια α-συνουκλεΐνης που απομονώθηκαν και πολλαπλασιάστηκαν από εγκεφάλους ασθενών με ατροφία πολλαπλών συστημάτων. Παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον το γεγονός ότι η ενδογενής ολιγοδενδρογλοιακή α-συνουκλεΐνη μπορεί να εντοπιστεί εντός εξωσωμάτων προερχόμενων από ολιγοδενδροκύτταρα, με την προϋπόθεση ότι αυτά είχαν προεπωαστεί με αυξημένες ποσότητες ανασυνδυασμένων προσχηματισμένων ινιδίων α-συνουκλεΐνης. Ολοκληρώνοντας, τα ολιγοδενδρογλοιακά αυτά εξωσώματα παρατηρήθηκε να προσλαμβάνονται αποτελεσματικά από πρωτογενείς καλλιέργειες νευρώνων και ολιγοδενδροκυττάρων, ωστόσο το ποσοστό πρόσληψης διαφοροποιούταν αναλόγως του κυτταρικού τύπου. Βασιζόμενοι σε αυτά τα ευρήματα, προτείνουμε ότι τα ολιγοδενδρογλοιακά εξωσώματα πιθανόν να μεσολαβούν τη διασπορά παθολογικών πρωτεΐνών σε νευρώνες και ολιγοδενδροκύτταρα, επισημαίνοντας έτσι έναν πιθανό ρόλο αυτών στη μετάδοση της παθολογίας που σχετίζεται με την ατροφία πολλαπλών συστημάτων.Multiple System Atrophy (MSA) is a debilitating neurodegenerative disorder, mainly defined by the formation of proteinaceous inclusions within oligodendrocytes, mainly consisting of the neuronal protein alpha-Synuclein and the oligodendroglialspecific phosphoprotein TPPP/p25α. Under physiological conditions, alpha-Synuclein cannot be detected in mature oligodendrocytes, thus supporting the notion of alpha-Synuclein entering oligodendrocytes following its release by neighboring neurons that physiologically express the protein. This release takes place partly via exosomes, which may act as “Trojan horses” facilitating the transmission of pathological alpha-Synuclein species. However, the contribution of oligodendroglial-derived exosomes in the development and progression of pathology remains unexplored. Our results indicate that both alpha-Synuclein and TPPP/p25α can be released via oligodendroglial-derived exosomes. Specifically, the exosomal alpha-synuclein cargo (containing both monomeric and high molecular weight protein species) is elevated upon treatment of oligodendrocytes with alpha-synuclein fibrils amplified from MSA brains. Interestingly, endogenous oligodendroglial alpha-Synuclein is detected within exosomes derived from oligodendrocytes treated with higher amounts of recombinant alpha-Synuclein preformed-fibrils. Finally, primary neuronal and oligodendroglial cultures internalize these oligodendroglial-derived exosomes to a different extent. Based on our findings we propose that oligodendroglial-derived exosomes may mediate the spread of disease-associated proteins to neurons and oligodendrocytes, highlighting thus their role in the spread of MSA pathology

Exosomes in Alpha-Synucleinopathies: Propagators of Pathology or Potential Candidates for Nanotherapeutics?

The pathological accumulation of alpha-synuclein governs the pathogenesis of neurodegenerative disorders, such as Parkinson’s disease, dementia with Lewy bodies, and multiple system atrophy, collectively termed alpha-synucleinopathies. Alpha-synuclein can be released in the extracellular space, partly via exosomes, and this extracellular protein pool may contribute to disease progression by facilitating the spread of pathological alpha-synuclein or activating immune cells. The content of exosomes depends on their origin and includes specific proteins, lipids, functional mRNAs and various non-coding RNAs. Given their ability to mediate intercellular communication via the transport of multilevel information, exosomes are considered to be transporters of toxic agents. Beyond neurons, glial cells also release exosomes, which may contain inflammatory molecules and this glia-to-neuron or neuron-to-glia transmission of exosomal alpha-synuclein may contribute to the propagation of pathology and neuroinflammation throughout the brain. In addition, as their content varies as per their originating and recipient cells, these vesicles can be utilized as a diagnostic biomarker for early disease detection, whereas targeted exosomes may be used as scaffolds to deliver therapeutic agents into the brain. This review summarizes the current knowledge regarding the role of exosomes in the progression of alpha-synuclein-related pathology and their potential use as biomarkers and nanotherapeutics in alpha-synucleinopathies

Autophagy mediates the clearance of oligodendroglial SNCA/alpha-synuclein and TPPP/p25A in multiple system atrophy models

Accumulation of the neuronal protein SNCA/alpha-synuclein and of the oligodendroglial phosphoprotein TPPP/p25A within the glial cytoplasmic inclusions (GCIs) represents the key histophathological hallmark of multiple system atrophy (MSA). Even though the levels/distribution of both oligodendroglial SNCA and TPPP/p25A proteins are critical for disease pathogenesis, the proteolytic mechanisms involved in their turnover in health and disease remain poorly understood. Herein, by pharmacological and molecular modulation of the autophagy-lysosome pathway (ALP) and the proteasome we demonstrate that the endogenous oligodendroglial SNCA and TPPP/p25A are degraded mainly by the ALP in murine primary oligodendrocytes and oligodendroglial cell lines under basal conditions. We also identify a KFERQ-like motif in the TPPP/p25A sequence that enables its effective degradation via chaperone-mediated autophagy (CMA) in an in vitro system of rat brain lysosomes. Furthermore, in a MSA-like setting established by addition of human recombinant SNCA pre-formed fibrils (PFFs) as seeds of pathological SNCA, we thoroughly characterize the contribution of CMA and macroautophagy in particular, in the removal of the exogenously added and the seeded oligodendroglial SNCA pathological assemblies. We also show that PFF treatment impairs autophagic flux and that TPPP/p25A exerts an inhibitory effect on macroautophagy, while at the same time CMA is upregulated to remove the pathological SNCA species formed within oligodendrocytes. Finally, augmentation of CMA or macroautophagy accelerates the removal of the engendered pathological SNCA conformations further suggesting that autophagy targeting may represent a successful approach for the clearance of pathological SNCA and/or TPPP/p25A in the context of MSA