Mutations in the leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) gene are the most common cause of familial Parkinson’s disease (PD), with autosomal-dominant inheritance, and variants in this gene also confer risk to develop sporadic PD. Whilst the cellular and molecular mechanisms underlying LRRK2-PD remain largely unknown, recent studies have identified a subset of Rab GTPases as physiological LRRK2 kinase substrates.
In the present study, we identify centrosomal alterations caused by pathogenic LRRK2 using different cell lines and confirmed in patient-derived samples. In non-dividing cells, pathogenic LRRK2 causes deficits in centrosome positioning with downstream consequences for cell differentiation, polarity and directional migration. In dividing cells, pathogenic LRRK2 causes centrosomal cohesion defects. Importantly, we demonstrate that these defects are dependent on the LRRK2 kinase activity.
We confirm that Rab8a, a small Rab GTPase with described roles in centrosome-related events, is a LRRK2 kinase substrate, and corroborate that pathogenic LRRK2 increases Rab8a phosphorylation. For the first time, we identify the cellular localization and consequences of LRRK2-mediated Rab8a phosphorylation. We demonstrate that pathogenic LRRK2 causes an abnormal accumulation of phosphorylated Rab8a around the centrosome, which is, at least partially, responsible for the centrosomal cohesion defects.
We also evaluate the effects of Rab7L1, a gene that modifies risk for sporadic PD, on the centrosome phenotype. Remarkably, we observe that when increasing Rab7L1 levels, wildtype LRRK2 mimicks the effects of pathogenic LRRK2 on Rab8a phosphorylation and centrosomal cohesion deficits, suggesting that both phenotypes may be a common readout for a broader spectrum of PD.
Whilst the downstream consequences of the centrosomal defects and its relevance for PD remain to be elucidated, the data presented here identify a new role for LRRK2 in the context of centrosomal functioning, and indicate the important role of Rab proteins for understanding PD pathogenesis.Las mutaciones en el gen leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) son la causa más común de la enfermedad de Parkinson (EP) hereditaria, presentando una herencia autosómica dominante. Además, otras variantes en LRRK2 se han visto asociadas a un mayor riesgo de sufrir EP esporádica, sugiriendo que LRRK2 desempeña un papel importante y general en la EP. Aunque todavía desconocemos los mecanismos celulares y moleculares que subyacen a la EP, recientemente se han descubierto un subgrupo de proteínas de la familia de las Rab GTPasas como sustratos fisiológicos de la actividad quinasa de LRRK2.
En este trabajo, hemos identificado que LRRK2 patogénico causa alteraciones en el centrosoma, usando diferentes líneas celulares y comprobadas en muestras derivadas de pacientes. Por una parte, en células que no se dividen, LRRK2 patogénico causa alteraciones en el posicionamiento del centrosoma, con consecuencias en la capacidad de las células para diferenciarse, polarizarse y migrar. Por otra parte, en células en división, LRRK2 patogénico provoca defectos de cohesión en el centrosoma. De manera significativa, hemos demostrado que dichas alteraciones centrosomales son dependientes de la actividad quinasa de LRRK2.
Conjuntamente, hemos confirmado que Rab8a, una pequeña Rab GTPasa con funciones relacionadas a algunos procesos del centrosoma, es un sustrato de LRRK2, y además hemos comprobado que LRRK2 mutante aumenta dicha fosforilación. Por primera vez, hemos identificado la localización y las consecuencias de la fosforilación de Rab8a. En concreto, LRRK2 patogénico provoca una acumulación de Rab8a fosforilado alrededor del centrosoma, lo que es, al menos en parte, responsable de las alteraciones centrosomales descritas.
Además, hemos evaluado el papel de Rab7L1, un gen que modifica el riesgo de desarrollar EP, en los problemas centrosomales. Notablemente, observamos que al aumentar los niveles de Rab7L1, la proteína LRRK2 silvestre se comporta como las versiones patogénicas de LRRK2, causando un aumento en la fosforilación de Rab8a y alteraciones en el centrosoma, lo que sugiere que ambos fenotipos pueden ser habituales en un espectro más amplio de la EP.
Aunque las consecuencias y la relevancia para la EP de las alteraciones en el centrosoma tienen que ser estudiadas en detalle, este trabajo describe nuevas funciones de la proteína LRRK2 en relación con el centrosoma, y demuestran la importancia de las proteínas Rab en el estudio y comprensión de la EP.Tesis Univ. Granada
