Mestrado em Biologia Molecular e CelularThe neuronal cytoskeleton is an interconnected network of filamentous
polymers, having in its constitution three major components: actin, microtubules
and intermediate filaments. Up to the discovery of axon actin rings, the
neuronal actin cytoskeleton has gained relevance. Still, the molecular details of
the regulation of the actin cytoskeleton in neurons are largely unknown. Helping
in the actin cytoskeleton regulation and maintenance, there is adducin. Adducin
is organized in heterotetamers of heterodimers which comprises α/β and α/γ
subunits. In the nervous system, the depletion of α subunit results in an almost
complete absence of functional adducin. Given this, α-adducin KO mice arose
as relevant models to study the role of this protein in actin cytoskeleton.
Results from our group showed that α-adducin KO mice develop progressive
axon enlargement and degeneration. As defects in axonal transport have been
related to axon enlargement, we determined the importance of adducin in the
axonal cytoskeleton and, more specifically, in axonal transport. Although no
differences were found in the retrograde transport of CTB in the optic nerve, the
lack of adducin resulted in a decreased speed of axonal transport of
mitochondria and lysosomes. Several neurodegenerative disorders have been
associated with axonal transport deficits and, consequently, with alterations in
MT-based transport. Although no differences were found in the levels of
acetylated and de-tyrosinated tubulin, the levels of tyrosinated tubulin were
significantly decreased in α-adducin KO brains, suggesting a less dynamic
status of the MT cytoskeleton in the absence of adducin. Besides differential
PTMs of tubulin the decreased axonal transport speed may result from the
decreased levels of dynein and kinesin in α-adducin KO mice. Lastly, we
hypothesized that adducin might be involved in the organization and/or
plasticity of the AIS that requires actin dynamics. In α-adducin KO animals,
although the AIS forms normally, neurons do not have the ability to relocate it in
response to chronic depolarization. Still, the specific role of actin and its
associated proteins, like adducin, in this process remains unclear. In sum, with
this Thesis we contributed to understand the relevance of the actin in
cytoskeleton, more specifically, of the actin-binding protein adducin in neuron
biology.O citoesqueleto neuronal é maioritariamente constituído por três componentes:
actina, microtúbulos e filamentos intermédios. Com a descoberta dos anéis de
actina presentes no axónio, o citoesqueleto neuronal de actina tem vindo a
ganhar bastante relevância. Contudo, os mecanismos moleculares envolvidos
na regulação da actina no citoesqueleto continuam por esclarecer. Nesta tese
focámo-nos no estudo da importância da aducina, uma proteína de ligação à
actina, na regulação do citoesqueleto neuronal. A aducina é uma proteína
constituída por heterotetrameros de heterodímeros das subunidades α/β e α/γ,
sendo que no sistema nervoso, a depleção da subunidade α resulta numa
completa ausência da proteína no seu estado funcional. Assim, murganhos KO
para α-aducina demonstraram ser um modelo animal relevante para o estudo
do papel desta proteína no citoesqueleto de actina. Resultados do nosso grupo
demonstraram que murganhos KO para α-aducina desenvolvem uma
degeneração progressiva e um aumento do calibre do axónio. Uma vez que
defeitos no transporte axonal têm vindo a ser relacionados com o alargamento
axonal, tornou-se importante determinar o papel da aducina no citoesqueleto
axonal, mais especificamente no transporte ao longo do axónio. Apesar de não
terem sido encontradas diferenças no transporte da toxina da cólera no nervo
óptico, a ausência da aducina resultou num decréscimo significativo na
velocidade de transporte axonal de mitocôndrias e lisossomas. Diversos
distúrbios neurodegenerativos têm sido associados com deficiências no
transporte axonal consequentes de alterações na maquinaria de transporte
incluindo microtúbulos e proteínas relacionadas. Apesar de não terem sido
encontradas diferenças nos níveis de acetilação e de-tirosinação da tubulina
em amostras de cérebro α-aducina KO, os níveis de tirosinação da tubulina
estão significativamente diminuídos quando comparados com aqueles
encontrados em amostras WT, sugerindo uma menor dinâmica dos
microtúbulos na ausência de aducina. Além das modificações da tubulina, a
diminuição da velocidade de transporte axonal poderá resultar também do
decréscimo dos níveis de ambos os motores moleculares dineina e cinesina
nos murganhos α-aducina KO. Por fim, sugere-se que a aducina poderá
também estar envolvida na organização e/ou plasticidade do segmento inicial
do axónio dada a sua ligação ao citoesqueleto de actina, importante para a sua
função e organização. Nos murganhos KO para α-aducina, foi verificado que
apesar da formação do segmento inicial ser normal, as células não têm a
capacidade para o relocalizar após uma depolarização crónica. Porém, o papel
específico da actina e das suas proteínas associadas, tal como a aducina,
neste processo deverá ser investigado com maior detalhe. Sumariamente, com
esta tese, foi possível contribuir para uma melhor compreensão da relevância
da actina, mais especificamente, da proteína de ligação à actina aducina, na
biologia de um neurónio