Autophagy and alpha-synuclein toxicity during aging

Abstract

The term "aging" refers to the gradual accumulation of changes that take place progressively over time. These changes are either connected with or responsible for the ever-increasing vulnerability to disease and mortality that comes with growing age. The process of aging is responsible for these changes that occur as a result of the passage of time. Notably, cells, in order to maintain their own viability in the face of threats to the integrity of their proteomes, such as those posed by factors like environmental damage or the natural aging process, have evolved very sophisticated systems of adaptability. Thus, aging can be modulated by cell-non-autonomous mechanisms, which comprise a set of pathways that allows for the coordinated response of several cells to a potentially lethal stimulus. A plethora of findings suggests that cells in the vicinity may communicate with one another by releasing and taking up small molecules. However, there are still many unknowns related to the mechanisms that regulate this intercellular communication, it seems that the unconventional autophagy of cells is a key factor behind the release of small transmissible molecules. Synucleinopathies, like Parkinson's disease, is caused by the spread of alpha-synuclein (aSyn) aggregates across neural networks, which disrupts cellular homeostasis. According to research conducted on neurons, aSyn has the capability to behave in a manner similar to that of a prion and to be released into the extracellular space, where it may subsequently be taken up by the cells that are located nearby. Due to conserved cellular processes from yeast to humans, in this thesis, Saccharomyces cerevisiae was used as a cellular model to investigate the secretion of aSyn to the extracellular environment during chronological aging. We have shown that the secretion of aSyn to the extracellular milieu and chronological aging have a strong correlation with the aSyn expression levels. We also evaluated the mechanism that may be responsible for the secretion of aSyn during the chronological lifespan. Based on our findings, we may deduce that inhibition of the biogenesis of MVBs, as well as the ESCRT machinery, can strongly block the secretion of aSyn while they relatively have a small impact on the chronological lifespan of cells. In conclusion, in this thesis, we went through yeast aging, secretion of aSyn with different expression levels, and the mechanism behind it, while we have designed a novel system for further screening of horizontal transmission of the aSyn with the yeast cells.

O termo "envelhecimento" refere-se à acumulação gradual de danos que ocorrem progressivamente ao longo do tempo. Estas mudanças estão ligadas ou são responsáveis pela vulnerabilidade, cada vez maior, à doença e à mortalidade que advém da idade. Notavelmente, as células, para manter a sua própria viabilidade face a ameaças à integridade do seu proteoma, dirigidas por diversos fatores, tais como alterações ambientais ou o processo de envelhecimento natural, desenvolveram sistemas de adaptabilidade muito sofisticados. Neste sentido, o envelhecimento pode ser regulado por mecanismos celulares-não autónomos, que envolvem um conjunto de processo que permitem uma resposta coordenada de várias células a um estímulo potencialmente letal. Evidências sugerem que células próximas podem comunicar umas com as outras, através da secreção e captação de pequenas moléculas. Embora existam ainda muitas incógnitas em relação aos mecanismos associados a esta comunicação entre células, é sugerido que a autofagia não convencional é um dos fatores chave que controlam a libertação de moléculas transmissíveis. As sinucleínopatias, como é exemplo a doença de Parkinson, são causadas pela propagação de agregados de alfa-sinucleína (aSyn) através das redes neuronais, perturbando a homeostase celular. De acordo com estudos realizados em neurónios, a aSyn tem a capacidade de se comportar de uma forma semelhante à de um prião e ser libertada no espaço extracelular, onde pode ser posteriormente ser captada pelas células que estão localizadas nas proximidades. Devido à conservação dos processos celulares, desde a levedura até aos humanos, nesta tese, a levedura Saccharomyces cerevisiae foi o modelo celular usado para estudar os mecanismos relacionadas com a secreção de aSyn para o ambiente extracelular, durante o envelhecimento cronológico. Os resultados aqui apresentados mostram que os níveis de expressão de aSyn têm uma forte correlação com a sua secreção para o meio extracelular, bem como com o envelhecimento cronológico. Também avaliámos o mecanismo que pode ser responsável pela secreção de aSyn durante o tempo de vida cronológico. Com base nos nossos resultados, podemos deduzir que a inibição da biogénese dos MVBs, bem como a maquinaria ESCRT podem bloquear a secreção de aSyn e regular o envelhecimento cronológico das células. Em suma, nesta tese, avaliámos o envelhecimento cronológico da levedura, a sua correlação com a secreção de aSyn com diferentes níveis de expressão, e os mecanismos associados a essa mesma secreção, enquanto desenhamos um novo sistema para posteriormente avaliar a transmissão horizontal da aSyn, usando como modelo a levedura.