Expanded polyglutamine peptides disrupt EGF receptor signaling and glutamate transporter expression in Drosophila

Abstract

Huntington's disease (HD) is a late onset heritable neurodegenerative disorder caused by expansion of a polyglutamine (polyQ) sequence in the protein huntingtin (Htt). Transgenic models in mice have suggested that the motor and cognitive deficits associated to this disease are triggered by extended neuronal and possibly glial dysfunction, whereas neuronal death occurs late and selectively. Here, we provide in vivo evidence that expanded polyQ peptides antagonize epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling in Drosophila glia. We targeted the expression of the polyQ-containing domain of Htt or an extended polyQ peptide alone in a subset of Drosophila glial cells, where the only fly glutamate transporter, dEAAT1, is detected. This resulted in formation of nuclear inclusions, progressive decrease in dEAAT1 transcription and shortened adult lifespan, but no significant glial cell death. We observed that brain expression of dEAAT1 is normally sustained by the EGFR-Ras-extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling pathway, suggesting that polyQ could act by antagonizing this pathway. We found that the presence of polyQ peptides indeed abolished dEAAT1 upregulation by constitutively active EGFR and potently inhibited EGFR-mediated ERK activation in fly glial cells. Long polyQ also limited the effect of activated EGFR on Drosophila eye development. Our results further indicate that the polyQ acts at an upstream step in the pathway, situated between EGFR and ERK activation. This suggests that disruption of EGFR signaling and ensuing glial cell dysfunction could play a direct role in the pathogenesis of HD and other polyQ diseases in humans.

PKCγ mutations in spinocerebellar ataxia type 14 affect C1 domain accessibility and kinase activity leading to aberrant MAPK signaling

“…Although there may be several possibilities that may explain the SCA14 disease pathology, defects in MARCKS-dependent cell adhesion or spreading may explain the neurodegenerative phenotype. The role of ERK signaling in neurodegenerative disorders is more complex, because both protective and deleterious roles for ERK activation in neuronal cells have been described (Apostol et al, 2006;Colucci-D'Amato et al, 2003;Lievens et al, 2005). The diversity of ERK activation is not surprising, because the pathway integrates various signals depending on the cellular context, including cell proliferation, differentiation, migration and survival (Bhalla and Iyengar, 1999;Chuderland and Seger, 2005;Hetman and Gozdz, 2004).…”

Mutant huntingtin can paradoxically protect neurons from death

“…It has been demonstrated in a Drosophila model of HD that selective overexpression of Huntingtin in glia can have a remarkable influence on the whole brain and on disease progression. 42 Concerning the possible direct involvement of glutamate receptors in the phenomenon, it has been demonstrated that this neuroprotection is not due to a reduced number of Figure 2 Comparison of Htt domain structure of six HD mouse models that show resistance against excitotoxicity. Different models cover different parts of Htt (full-length Htt shown in orange, covered parts shown in green, yellow, blue and white) (not in scale).…”

Les astrocytes dans la chorée de Huntington

“…On notera que les mouches meurent aussi vite lorsque la protéine pathogène est exprimée dans les cellules gliales avec repo ou dans les neurones avec le promoteur du gène elav. Sur le plan cellulaire, la présence de la protéine Huntingtine mutée dans les cellules gliales réduit progressivement l'expression de EAAT1, l'unique transporteur de glutamate chez la drosophile [18], mais n'affecte pas significativement la survie de ces cellules [19]. Ces données apportent des arguments en faveur d'une action directe de la Huntingtine mutée sur le fonctionnement des astrocytes dans la chorée de Huntington.…”

“…Nous avons donc fait l'hypothèse que la présence de longues chaînes de résidus glutamine modifierait l'expression de gènes essentiels pour le fonctionnement du système nerveux en altérant, entre autres, la voie de signalisation du récepteur à l'EGF dans les cellules gliales. En accord avec cette idée, l'expression de la protéine Huntingtine mutée in vivo dans les cellules gliales de drosophile prévient l'augmentation des taux de transporteur du glutamate induite par l'activation du récepteur à l'EGF, mais pas par l'activation de Ras ou ERK [19]. Ces données sont de plus étayées par des observations obtenues au niveau de l'oeil composé de drosophile, dont le développement dépend étroitement de la voie de signalisation du récepteur à l'EGF.…”

“…En effet, le phénotype induit par la suractivation du récepteur à l'EGF au niveau de l'oeil de drosophile est significativement réduit lorsque de longues chaînes de résidus glutamine sont co-exprimées dans cette structure. En revanche, la malformation de l'oeil qui résulte de l'expression de la forme active de ERK n'est pas affectée par la présence de longues chaînes de résidus glutamine [19]. L'ensemble de ces données suggère donc que la présence de la protéine Huntingtine mutée bloquerait la voie du récepteur à l'EGF en amont de la protéine Ras.…”