Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/12235

TitleThe role of phospholipase D2 in Alzheimer's disease
Author(s)Oliveira, Tiago Gil
Advisor(s)Paolo, Gilbert di
Sousa, Nuno
Issue date7-Dec-2010
Abstract(s)Growing evidence implicates aberrant lipid signaling in Alzheimer‟s disease (AD). While phospholipases A2 and C have been recently shown to mediate key actions of amyloid β-peptide (Aβ) through a dysregulation of arachidonic acid and phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate metabolism, respectively, the role of phospholipase D (PLD) has so far remained elusive. PLD produces phosphatidic acid (PA), a bioactive lipid involved in multiple aspects of cell physiology, including signaling and membrane trafficking processes. Here we show that oligomeric Aβ enhances PLD activity in cultured neurons and that this stimulatory effect does not occur upon ablation of PLD2 via gene targeting. Aβ fails to suppress long-term potentiation in PLD2-deficient hippocampal slices, suggesting that PLD2 is required for the synaptotoxic action of this peptide. In vivo PLD activity, as assessed by detection of phosphatidylethanol levels using mass spectrometry (MS) following ethanol injection, is also increased in the brain of a transgenic mouse model of AD (SwAPP). Furthermore, Pld2 ablation rescues memory deficits and confers synaptic protection in SwAPP mice despite a significant Aβ load. MS-based lipid analysis of Pld2 mutant brains in the presence or absence of the SwAPP transgene unmasks striking crosstalks between different PA species. This lipid analysis shows an exquisite acyl chain specificity and plasticity in the perturbation of PA metabolism, with the notable elevation in SwAPP brains of a pool of PA previously linked to degeneration. Collectively, our results point to specific molecular species of PA as key modulators of AD pathogenesis and identify PLD2 as a novel potential target for therapeutics. Moreover we expanded our MS analysis of the Pld2/SwAPP mice to other lipid groups, other than PA. We found that overexpression of the SwAPP transgene leads to significant increase in the ganglioside, GM3. Remarkably, Pld2 ablation leads to a decrease in GM3 in the non-transgenic background and to a rescue to normals in the SwAPP background. This lipidomic analysis uncovered interesting lipid signaling crosstalks that are modulated by PLD2 in the context of AD models.
Trabalhos anteriores indicam que distúrbios no metabolismo dos lípidos estão relacionados com a doença de Alzheimer (AD). Enquanto que as fosfolipases A2 e C foram demonstradas como mediadoras das acções do péptido, amilóide beta (Aβ), através da desregulação do metabolismo do ácido araquidónico e fosfoinositol-4,5-bifosfato, respectivamente, o papel da fosfolipase D (PLD) permanence por esclarecer. A PLD produz ácido fosfatídico (PA), um lípido envolvido em múltiplos aspectos da fisiologia cellular, como vias de sinalização e tráfico membranar. Neste trabalho, mostramos que oligómeros de Aβ levam a um aumento da actividade da PLD em culturas primárias de neurónios e que esse efeito estimulatório não ocorre após a delecção genética da PLD2. A Aβ perde o seu efeito suppressor de potenciação de longo termo em fatias de hipocampo de ratinhos Pld2--/-, sugerindo que a PLD2 é necessária para o efeito sinaptotóxico deste péptido. A actividade da PLD in vivo, medida através da detecção dos níveis de fosfatidiletanol, por espectrometria de massa (MS) após injecção de etanol, também está aumentada no cérebro de um modelo transgénico de AD (SwAPP). Para além disso a ablação da Pld2 recupera os défices de memória e leva a uma protecção sináptica em ratinhos SwAPP, apesar dos altos níveis de Aβ. Análise de lípidos por MS de cérebros de ratinhos mutantes para a Pld2 na presença ou ausência do transgene SwAPP revela haver uma intensa intraregulação nas espécies de PA. Esta análise lipídica mostra uma especificidade e plasticidade no modo como o metabolismo do PA está alterado, com uma marcada elevação nos cérebros SwAPP de uma espécie de PA previamente ligado a processos neurodegenerativos. Em suma, os nossos resultados apontam para espécies específicas de PA como moduladores da patogénese da AD e identificam a PLD2 como um novo alvo potencial terapêutico. Além disso, expandimos a nossa análise por MS para outros lípidos, para além de PA. Observámos que a sobreexpressão do transgene SwAPP leva a um aumento do gangliosídeo, GM3. A ablação genética de Pld2 leva a um decréscimo de GM3 nos animais não-transgénicos e a uma renormalização dos valores nos animais SwAPP. Em conclusão, esta análise lipidómica revelou ligações mecanísticas interessantes reguladas pela PLD2, no contexto da AD.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de doutoramento em Ciências da Saúde (ramo do conhecimento em Medicina)
URIhttp://hdl.handle.net/1822/12235
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
ICVS - Teses de Doutoramento

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