Exploring SNX3 and SNX27 role in nervous system function - insights from aged and “stressed” synapses

Abstract

As Sorting Nexins (SNXs) são proteínas chave na regulação do tráfego proteico e sinalização intracelular, que influenciam a função do sistema nervoso, impactando a plasticidade sináptica e comportamento. Assim, a desregulação da expressão das SNXs ocorre em diferentes condições neurológicas. Particularmente, a SNX3 e a SNX27 são importantes para a cognição, estão reduzidas/mutadas em pacientes com doença de Alzheimer (AD), potenciam a patologia amiloide-beta (Ab) e morte neuronal, entre outros. No entanto, a sua expressão e função no sistema nervoso, nomeadamente sob exposição ao stress ou envelhecimento, dois fatores de risco da neurodegeneração e potenciadores da desregulação da proteostase, ainda não foi devidamente explorada. Atendendo à recente associação entre a SNX27 e o processamento emocional e resposta ao stress, começamos por explorar como é que a expressão diminuída da SNX27, particularmente sob exposição a stress, impactou a morfologia neuronal em regiões do cérebro envolvidas na regulação emocional, a função do eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA) e/ou os níveis de proteína das SNXs. Utilizando modelos animais e in vitro, avaliamos também os efeitos modulatórios do stress (crónico, agudo, farmacológico) e do envelhecimento normal/patológico nos níveis de expressão das SNXs e localização subcelular. Os nossos resultados indicam que a redução da SNX27 e a exposição ao stress crónico impactaram a morfologia neuronal em áreas que regulam a emoção, embora a redução da SNX27 não tenha efeito na função do eixo HPA. Curiosamente, os níveis da SNX27 estavam aumentados no córtex pré-frontal (PFC) de animais SNX27+/- expostos a stress agudo, sugerindo uma possível regulação da expressão da SNX27 pela exposição ao stress. Estudos de expressão evidenciaram o envolvimento das SNXs em processos relacionados com stress/envelhecimento, e uma interação entre a SNX27 e a proteína tau. Os dados in vitro indicaram que os níveis de expressão da SNX27 e do recetor de glucocorticoides (GR) estão aumentados após modulação com glucocorticoides. Em suma, este trabalho providencia novas perspetivas sobre a relação entre as SNXs e o envelhecimento/stress, e como podem contribuir para o desenvolvimento de patologia.

Sorting Nexins (SNXs) are key regulators of protein trafficking and intracellular signaling that influence nervous system function, impacting on synaptic plasticity and behavior. Not surprisingly, SNXs expression dysregulation occurs in distinct neurological conditions. Particularly, SNX3 and SNX27 were shown to be important for cognitive processing, reduced/mutated in Alzheimer’s disease (AD) patients, to potentiate amyloid-beta (Aβ) pathology and neuronal loss, among others. However, their expression and function within the nervous system, namely in aging and/or upon stress-exposure, major risk factors for neurodegeneration and triggers of proteostasis dysregulation, has not been thoroughly explored. Attending on SNX27 novel link to emotional processing and to the stress response we started by surveying how SNX27 downmodulation, namely upon stress exposure, impacted on neuronal morphology in emotional-related brain regions, and evaluated its impact on Hypothalamus-Pituitary-Adrenal (HPA) axis function and/or on SNXs protein levels. Using both rodent and in vitro models, we also aimed to unravel the modulatory effects of stress (chronic/acute/pharmacological) and of healthy- and pathological-aging on SNXs mRNA/protein expression levels and sub-cellular localization. Our results indicate that SNX27 reduction and chronic stress exposure impact on neuronal morphology in emotional-related regions, and that SNX27 downmodulation has no significant impact on HPA axis function. Interestingly, SNX27 levels were found to be up-regulated in the prefrontal cortex (PFC) of SNX27+/- acutely stress exposed mice, supporting a possible and fast regulation of SNX27 expression by stress. Expression studies highlighted SNXs involvement in stress- and age related processes while unveiling a novel interaction between SNX27 and tau protein. In vitro findings indicate that SNX27 and glucocorticoid receptor (GR) mRNA and protein levels are up-regulated upon glucocorticoids (GC) modulation (stress-mimicking conditions). Altogether, this work provides new insights on the link between SNXs and age/stress-associated processes, and how it can be contributing to pathology.