De effecten van gamma-secretaseremming op biologische functies van microglia

γ-Secretasen bemiddelen in de gereguleerde intramembraanproteolyse (RIP) van meer dan 150 integrale membraaneiwitten. In sommige gevallen kan aan deze splitsing een duidelijke functie worden toegewezen: het is bijvoorbeeld de snelheidsbeperkende stap in Notch-signalering. Voor de meeste eiwitten is het echter onduidelijk wat deze splitsing precies betekent. De ‘proteasoom van het membraan’-hypothese van Kopan et al. in 2004, wat vooral een klaringsfunctie suggereert, is in het veld impliciet aanvaard. Tot nu toe is echter voor ten minste 61 substraten gerapporteerd dat deze splitsing tot signaalgebeurtenissen leidt. Een alternatieve interpretatie is daarom dat γ-secretase een controlepunt is voor een hele reeks signaalroutes en dat de functie van γ-secretase niet substraat per substraat moet worden onderzocht, maar als het geïntegreerde resultaat van de meerdere signaalroutes. Dit impliceert ook dat om de functie van γ-secretase te begrijpen, rekening moet worden gehouden met het celtype (bijvoorbeeld microglia) en de toestand waaraan de cel wordt blootgesteld (dat wil zeggen de som van alle liganden en andere stimuli in het milieu van de cel in vitro of in vivo).

In deze studie hebben we een onbevooroordeelde γ-Secretase Substrate Identification (G-SECSI)-methode ontwikkeld om te onderzoeken in hoeverre de meerdere substraten parallel worden verwerkt. We differentieerden menselijke H9-embryonale stamcellen tot microglia-achtige cellen (H9MG) en demonstreerden hier parallelle verwerking van ten minste 85 membraaneiwitten in deze steady-state microgliale celculturen. Deze substraten zijn belangrijke signaalreceptoren, waaronder tyrosinereceptorkinasen, interleukinereceptoren, tumornecrosefactorreceptoren, ITAM- of ITIM-receptoren, enz., en zijn betrokken bij verschillende biologische microglia-processen, waaronder proliferatie, fagocytose, productie van cytokinen, axongeleiding, migratie, enz. γ-Secretase-activiteit verschijnt dus in het centrum van een verscheidenheid aan cruciale signaalroutes in microglia.

Om de vraag te beantwoorden of γ-secretasedeficiëntie het microglia-transcriptoom beïnvloedt, analyseerden we de eencellige transcriptomen van H9MG voor en na behandeling met γ-secretaseremmer (Semagacestat). Farmacologische remming van γ-secretase veroorzaakte substantiële veranderingen in microglia-transcriptomen, waaronder de neerwaartse expressie van genen die verband houden met de ziekte-geassocieerde microglia (DAM)-respons beschreven bij de ziekte van Alzheimer (AD), terwijl beperkte effecten op de algemene transcriptomische celtoestanden werden waargenomen. . Vergelijkbaar met de waarnemingen in vitro bleven de algehele effecten van γ-secretase-blokkering op transcriptomische celtoestanden beperkt in controleomstandigheden in vivo, terwijl de sterke opregulatie van genen gerelateerd aan de DAM-respons werd waargenomen. Onze resultaten suggereren dus dat normale γ-secretase-activiteit het activeren van genexpressie in vitro en homeostatische genexpressie in vivo bevordert – de natuurlijke toestanden van microglia onder deze twee omstandigheden. Vervolgens vroegen we of een tekort aan γ-secretasen invloed heeft op microglia in een amyloïdecontext. Verrassend genoeg ontdekten we dat γ-secretase-deficiënte microglia er niet in slaagden de vermoedelijk beschermende DAM-celstatus op te bouwen en afgestompt waren in hun reactie op amyloïde plaques in AppNL-G-F-GSiΔMG-muizen. Daarom zijn γ-secretasen in hoge mate betrokken bij de regulering van celsignalering bij microgliale reacties onder de diverse omstandigheden.

Alles bij elkaar hebben we de rol van γ-secretase in microglia systematisch onderzocht door het microglia-specifieke γ-secretase-substraatproteoom te identificeren en de effecten van γ-secretasedeficiëntie op microglia-transcriptomen onder verschillende omstandigheden te evalueren. We concluderen dat γ-secretase dient als een kritische signaalhub die het effect van meerdere extracellulaire stimuli integreert in het algehele transcriptoom van de cel.