Studio del recettore del kainato come potenziale target per la terapia neuroprotettiva nella malattia di Parkinson associata a PARK2

Loss of function mutations in the parkin gene (PRKN, PARK2), which encodes the protein parkin, cause autosomal recessive juvenile parkinsonism (ARJP), a neurodegenerative disease characterized by degeneration of the dopaminergic neurons localized in the substantia nigra pars compacta. No therapy is effective in slowing disease progression mostly because the pathogenesis of the disease is yet to be understood. Kainate Receptors (KARs) are ionotropic glutamate receptors located at both pre- and postsynaptic membranes in the central nervous system (CNS) where they contribute to excitatory synaptic transmission regulating post-synaptic currents, neurotransmitter release and neuronal excitability. Our previous study showed that KARs are regulated by parkin. We found that parkin interacts with the GluK2 subunit of KARs and that the loss of parkin function or the expression of parkin mutants associated with ARJP lead to GluK2/KAR accumulation and increase of postsynaptic KAR currents in neurons. Because KARs regulate neuron excitability, we hypothesized that KARs accumulation at the post-synapse of ARJP DA neurons dysregulates DA neuron excitability thus leading to DA neuron death. In this project, we tested the hypothesis that the partial or total block of KAR provides neuroprotective effect in the parkinQ311X mouse model, a transgenic mouse that expresses a human ARJP parkin variant in DA neurons. KAR blockade in parkinQ311X mice was achieved through both a genetic and a pharmacological approach. We tested whether hemizygousity or deletion of the key KAR subunit GluK2 have neuroprotective effects on SNc DA neurons of parkinQ311X mice as quantified by DA neuron firing, and whether the KAR antagonist UBP310 rescues DA neuron dysfunction and death in parkinQ311X. The results of this study support KAR as a potential target in the neuroprotective therapy of Parkinson’s Disease.

Mutazioni che portano a perdita di funzione nel gene parkin (PRKN, PARK2), che codifica per la proteina parkin, causano una forma di parkinsonismo giovanile a trasmissione autosomica recessiva (ARJP), una malattia neurodegenerativa caratterizzata da degenerazione dei neuroni dopaminergici localizzati nella regione pars compacta della substantia nigra. Nessuna terapia ad oggi è efficace nel rallentare la progressione della malattia e la patogenesi della malattia non è ancora stata compresa. I recettori del kainato (KAR) sono recettori del glutammato, di tipo ionotropico, localizzati a livello delle membrane pre- e post-sinaptiche nel sistema nervoso centrale (SNC). Questi recettori contribuiscono alla trasmissione sinaptica eccitatoria regolando le correnti post-sinaptiche, il rilascio di neurotrasmettitori e l'eccitabilità neuronale. Un nostro studio precedente ha dimostrato che i KAR sono regolati dalla proteina parkin. In particolare, parkin interagisce con la subunità GluK2 dei KAR e la perdita della funzione di parkin o l'espressione di mutanti di parkin associati ad ARJP portano all'accumulo di GluK2 / KAR e all'aumento di correnti KAR postsinaptiche nei neuroni. Poiché i KAR regolano l'eccitabilità neuronale, abbiamo ipotizzato che l'accumulo di KAR a livello delle post-sinapsi dei neuroni dopaminergici ARJP possa disregolare l'eccitabilità dei neuroni dopaminergici DA, portando così alla loro degenerazione. In questo progetto, abbiamo testato l'ipotesi che il blocco parziale o totale di KAR possa esercitare un effetto neuroprotettivo nel modello murino parkinQ311X, un modello transgenico che esprime una variante di parkin umana nei neuroni dopaminergici. Il blocco KAR nei topi parkinQ311X è stato ottenuto attraverso un approccio sia genetico che farmacologico. Abbiamo testato se l'emizigosi o la delezione della subunità chiave di KAR chiamata GluK2 avesse effetti neuroprotettivi sui neuroni dopaminergici dei topi parkinQ311X, e se l'antagonista farmacologico KAR chiamato UBP310 previene la disfunzione e la degenerazione dei neuroni dopaminergici nel modello parkinQ311X. I risultati di questo studio supportano il ruolo del KAR come potenziale bersaglio terapeutico nella terapia neuroprotettiva della malattia di Parkinson.