Neuroanatomical and cognitive biomarkers of alpha-synuclein propagation in a mouse model of synucleinopathy prior to onset of motor symptoms
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Biomarcadores neuroanatômicos e cognitivos da propagação da alfa-sinucleína em um modelo murino de sinucleinopatia antes do início dos sintomas motores
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Resumo
Evidências significativas sugerem que a alfa-sinucleína (αSyn) malformada, um componente importante dos corpos de Lewy, se propaga de maneira semelhante a um príon, contribuindo para a progressão da doença de Parkinson (DP) e outras sinucleinopatias. De fato, a inoculação controlada de camundongos hemizigotos M83 com fibrilas pré-formadas (PFF) de αSyn humana recombinante demonstrou déficits sintomáticos após a disseminação substancial da α-sinucleína patogênica, detectada por marcadores de fosforilação da serina 129 (S129) da αSyn. No entanto, ainda não se compreende completamente se a toxicidade acumulada impacta medidas neuroanatômicas cognitivas e estruturais relevantes para humanos. Neste estudo, realizamos uma única injeção unilateral de PFF no estriado de camundongos hemizigotos M83 e, utilizando dois ensaios com potencial translacional – ressonância magnética (RM) ex vivo e teste em tela sensível ao toque – examinamos o impacto neuroanatômico e comportamental combinado da propagação da αSyn. Em camundongos injetados com PFF, observamos atrofia generalizada em regiões bilaterais que projetam para o local da injeção ou recebem informações dele, utilizando ressonância magnética. Também identificamos déficits precoces na aprendizagem de reversão antes do surgimento de sintomas motores. Nossos achados destacam uma rede de regiões com correlatos celulares de patologia que acompanham a progressão da disseminação da α-sinucleína e que afetam áreas cerebrais relevantes para a aprendizagem de reversão. Nossos experimentos sugerem que camundongos hemizigotos M83 injetados com PFF humano fornecem um modelo para entender como a α-sinucleína mal enovelada afeta medidas pré-clínicas relevantes para humanos e sugerem que esses biomarcadores pré-clínicos poderiam ser usados para detectar a toxicidade precoce da α-sinucleína e fornecer melhores medidas translacionais entre camundongos e a doença humana.
Abstract
Significant evidence suggests that misfolded alpha-synuclein (aSyn), a major component of Lewy bodies, propagates in a prion-like manner contributing to disease progression in Parkinson's disease (PD) and other synucleinopathies. In fact, timed inoculation of M83 hemizygous mice with recombinant human aSyn preformed fibrils (PFF) has shown symptomatic deficits after substantial spreading of pathogenic alpha-synuclein, as detected by markers for the phosphorylation of S129 of aSyn. However, whether accumulated toxicity impact human-relevant cognitive and structural neuroanatomical measures is not fully understood. Here we performed a single unilateral striatal PFF injection in M83 hemizygous mice, and using two assays with translational potential, ex vivo magnetic resonance imaging (MRI) and touchscreen testing, we examined the combined neuroanatomical and behavioral impact of aSyn propagation. In PFF-injected mice, we observed widespread atrophy in bilateral regions that project to or receive input from the injection site using MRI. We also identified early deficits in reversal learning prior to the emergence of motor symptoms. Our findings highlight a network of regions with related cellular correlates of pathology that follow the progression of aSyn spreading, and that affect brain areas relevant for reversal learning. Our experiments suggest that M83 hemizygous mice injected with human PFF provides a model to understand how misfolded aSyn affects human-relevant pre-clinical measures and suggest that these pre-clinical biomarkers could be used to detect early toxicity of aSyn and provide better translational measures between mice and human disease.
Assunto
alfa-Sinucleína, Biomarcadores, Doença de parkinson, Agregação patológica de proteínas, Cognição
Palavras-chave
Alpha-synuclein, Mouse model, MRI, Neurodegeneration, Touchscreen, Cognition
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jnc.15967