Una nuova interazione tra LRRK2 e Drebrin nella modulazione del citoscheletro di actina.

Mutations in leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) protein are commonly implicated in the pathogenesis of Parkinson's disease (PD). Over the years, several studies have demonstrated the existence of a physical and functional association between LRRK2 and some cytoskeleton-associated proteins. The main components of the cytoskeleton, actin and microtubules, through a delicate interaction, contribute to the development and maintenance of the nervous system; not surprisingly, the assembly of abnormal cytoskeletal elements is counted among the factors implicated in the pathogenesis of neurodegenerative diseases, such as PD. Consistent with reports in the literature, preliminary data produced in our laboratory have shown that LRRK2 interacts with proteins involved in actin dynamics. Very interestingly, this interaction mainly involves postsynaptic proteins. One of the most significant interactions is with drebrin, a major actin-binding protein at the postsynaptic level, characterized by a predominantly dendritic localization, whose role is to organize and stabilize F-actin thereby regulating the plasticity and function of spines. How LRRK2 and drebrin interact and how this binding is regulated is unknown to date. In this thesis work, we therefore characterized this interaction in more detail using in vitro immunoprecipitation assays. Our results showed that LRRK2 competes with actin in binding to drebrin through the interaction between its enzymatic core and the N-terminal portion of drebrin. We also reconstructed the evolutionary history of drebrin through phylogenetic analysis.

Le mutazioni nella proteina leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) sono comunemente implicate nella patogenesi della malattia di Parkinson (PD). Nel corso degli anni, diversi studi hanno dimostrato l’esistenza di un'associazione fisica e funzionale tra LRRK2 ed alcune proteine associate al citoscheletro. I principali componenti del citoscheletro, actina e microtubuli, tramite una delicata interazione, contribuiscono allo sviluppo e al mantenimento del sistema nervoso; non a caso l’assemblaggio di elementi citoscheletrici anormali è annoverata tra i fattori implicati nella patogenesi delle malattie neurodegenerative, come ad esempio il PD. In linea con quanto riportato in letteratura, dati preliminari prodotti nel nostro laboratorio hanno mostrato come la LRRK2 interagisca con proteine coinvolte nella dinamica dell’actina. Molto interessante è che questa interazione riguarda soprattutto proteine postsinaptiche. Una delle interazioni più significative è quella con drebrin, una delle principali proteine leganti l'actina a livello postsinaptico, caratterizzata da una localizzazione prevalentemente dendritica, il cui ruolo è quella di organizzare e stabilizzare la F-actina regolando così la plasticità e la funzione delle spine. La modalità con cui LRRK2 e drebrin interagiscono e come questo legame sia regolato è ad oggi sconosciuto. In questo lavoro di tesi abbiamo dunque caratterizzato più in dettaglio questa interazione tramite l’utilizzo di saggi di immunoprecipitazione in vitro. I nostri risultati hanno dimostrato che LRRK2 compete con l’actina nel legame con drebrin attraverso l’interazione tra il suo core enzimatico e la porzione N-terminale di drebrin. Abbiamo inoltre ricostruito la storia evolutiva di drebrin attraverso analisi filogenetiche.