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Models and therapeutic approaches for Niemann-Pick (A/B and C) and other lysosomal storage disorders

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Universitat de Barcelona. Departament de Genètica

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Las enfermedades de acúmulo lisosómico (LSDs) son un grupo de más de 50 trastornos genéticos diferentes, debido a la falta de degradación de sustratos dentro de los lisosomas. La mayoría de ellas están causadas por mutaciones en los genes que codifican para las hidrolasas lisosomales. Las LSDs se heredan principalmente de forma autosómica recesiva. Aunque en los últimos 25 años ha habido un gran esfuerzo y progreso para desarrollar terapias dirigidas a la corrección de los defectos metabólicos de estas enfermedades, sin embargo, no hay un tratamiento eficaz para muchas de ellas, y los pacientes son tratados exclusivamente con terapias de soporte. Para muchas LSDs sin afectación neurológica, la terapia de reemplazo enzimático puede ser una opción. Sin embargo, este enfoque no es eficiente por el momento para los pacientes con afectación neurológica. Por lo tanto, nuevos aproximaciones terapéuticas han de ser desarrolladas. Una de estas aproximaciones es el uso de fármacos que son capaces de proseguir la lectura a través de los codones de parada prematuros. La ventaja de esta estrategia es que, si tiene éxito, se puede aplicar a cualquier enfermedad cuya causa molecular sea una mutación sin sentido. Niemann-Pick A/B (NPA/B) y Niemann-Pick C (NPC) son dos enfermedades raras, monogénicas y hereditarias. Aunque inicialmente se definieron como tipos de la misma enfermedad, posteriormente se han considerado enfermedades independientes debido al hecho de que tienen diferentes características bioquímicas y moleculares. La enfermedad de NPA/B está causada por mutaciones en el gen SMPD1, localizado en el cromosoma 11, que codifica para la enzima esfingomielinasa ácida, una hidrolasa soluble lisosomal. La enfermedad de NPC está causada por mutaciones en el gen NPC1, localizado en el cromosoma 18, que codifica para una proteína de membrana lisosomal, dicha proteína participa en el transporte del colesterol. La enfermedad de NPC también puede estar causada por mutaciones en el gen NPC2, localizado en el cromosoma 14, que codifica para una proteína soluble lisosomal, que también participa en el transporte del colesterol. La acción anormal de estas proteínas en los pacientes promueve la acumulación de lípidos, diferentes en cada enfermedad, el interior de los lisosomas, provocando su disfunción. Esta tesis realiza contribuciones en el campo de estudio de las LSDs. Se han abordado diversos aspectos. Varias aproximaciones terapéuticas han sido probadas como un primer paso en el logro de una terapia satisfactoria para aquellas LSDs causadas por mutaciones sin sentido. Se han alcanzado importantes avances en la generación de un nuevo modelo celular para NPA/B. Este modelo podría ser útil para entender los procesos moleculares que contribuyen al desarrollo de dicha patología y podría ser una valiosa herramienta para la búsqueda de tratamientos. Por último, se han generado dos nuevos modelos de ratón de NPC y se han caracterizado. Uno de ellos muere pocos días después de su nacimiento, el otro imita las principales características de la enfermedad y podría ser útil para la investigación de tratamientos específicos.

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Lysosomal storage disorders (LSDs) are a group of more than 50 different genetic disorders due to the lack of degradation of substrates within lysosomes. Most of them are caused by mutations in genes coding for lysosomal hydrolases. LSDs are mainly inherited in an autosomal recessive manner. Although in the last 25 years there has been much effort and progress to develop therapies aiming the correction of metabolic defects for these diseases, yet there is no effective therapy for many of them, and patients are exclusively treated with supportive care. For several non-neurological LSDs, enzyme replacement therapy may be an option. However, this approach is not efficient, at the moment, for neurological patients. Thus, new therapeutic approaches need to be developed. One of these approaches is the use of drugs that are able to produce a read-through of premature stop codons. One advantage of this strategy is that, if successful, it can be applied to any disease, provided that the molecular cause is a nonsense mutation. The most extensively studied approach involves read-through by drugs affecting the ribosome-decoding site. Niemann-Pick A/B (NPA/B) and Niemann-Pick C (NPC) are two rare inherited monogenic diseases. Although initially were defined as types of the same disease, subsequently they have been considered independent diseases due to the fact that they have different biochemical and molecular features. NPA/B disease is caused by mutations in the SMPD1 gene, localized in chromosome 11, which codes for the enzyme acid sphingomyelinase, a soluble lysosome hydrolase. NPC disease is caused by mutations in the NPC1 gene, localized in chromosome 18, which codes for a lysosomal membrane protein, involved in cholesterol transport. NPC disease also may be caused by mutations in the NPC2 gene, localized in chromosome 14, which codes for a lysosomal soluble protein, involved in cholesterol transport too. The abnormal action of these proteins in patients promotes the accumulation of lipids, which differ in each disease, inside the lysosomes, causing their dysfunction. This thesis makes contributions to the field of LSDs study. Various aspects have been addressed: therapeutic approaches have been tested as a first step in the achievement of a successful therapy for those LSDs bearing nonsense mutations. Important steps in the generation of a new cellular model for NPA/B have been achieved. This model would be helpful to understand the molecular processes that contribute to the development of this pathology and would be a valuable tool for the search of successful treatments. Finally, two new mouse models for NPC have been generated and characterized while one dies few days after birth, the other mimics the main characteristics of the disease and will be useful to probe specific treatments.

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Tesis Doctorals - Departament - Genètica

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Models and therapeutic approaches for Niemann-Pick (A/B and C) and other lysosomal storage disorders