A diminuição dos níveis de expressão do gene UBE3A resulta na Síndrome de Angelman, uma doença rara de neurodesenvolvimento caracterizada por défices cognitivos e motores, epilepsia e abnormalidades em EEG, assim como pela ausência de fala e dificuldades relacionadas com o sono. Existem várias etiologias genéticas que podem comprometer a expressão adequada do UBE3A, incluindo deleções na região 15q11-q13, defeitos de imprinting, disomia uniparental e mutações no gene UBE3A. A Ube3A, uma E3 ligase do sistema ubiquitina-proteossoma, é expressa sob a forma de diferentes isoformas: longa (maioritariamente citosólica) e curta (maioritariamente nuclear). Enquanto a isoforma nuclear tem sido principalmente associada com a doença, o papel da isoforma citosólica tem sido menos estudado, mas estudos recentes sugerem uma potencial contribuição para a função neuronal. Apesar o direcionamento e dinâmica da localização subcelular das diferentes isoformas ser conhecido, a sua função específica nos diferentes compartimentos subcelular, particularmente na pré-sinapse, permanece desconhecida. Assim, estudámos o papel da Ube3A na diferenciação presináptica. Neste trabalho, demonstrámos que a diminuição de Ube3A reduz o número de terminais pré-sinápticos glutamatérgicos. Além disso, os resultados revelaram que a área e a densidade integrada de puncta por comprimento axonal tendem a diminuir com a redução de Ube3A. Por outro lado, também observámos uma diminuição nos terminais pré-sinápticos após a sobre-expressão de ambas as isoformas de Ube3A, destacando o equilíbrio necessário para o funcionamento da Ube3A no desenvolvimento pré-sináptico. Não observámos uma recuperação da diferenciação pré-sináptica ao restabelecer a expressão da isoforma nuclear de Ube3A. No geral, os nossos resultados sublinham o papel crítico de Ube3A na diferenciação pré-sináptica e sugerem que a restauração da isoforma nuclear de Ube3A pode mitigar os efeitos adversos da sua diminuição no desenvolvimento pré-sináptico, sugerindo que a modulação direcionada da expressão das isoformas de Ube3A pode servir como uma estratégia terapêutica para mitigar os défices sinápticos associados à Síndrome de Angelman.

The decrease in UBE3A gene expression levels results in Angelman Syndrome, a rare neurodevelopmental disease characterized by cognitive and motor impairments, epilepsy and EEG abnormalities, as well as lack of speech and sleep difficulties. Various genetic etiologies can disrupt proper UBE3A expression, including deletions in the 15q11-q13 region, imprinting defects, uniparental disomy, and UBE3A mutations. Ube3A, an E3 ligase involved in the ubiquitin-proteasome system, as different isoforms: long (mainly cytosolic) and short (mainly nuclear). While the nuclear isoform has been the mostly associated with the pathophysiology of the disease, the cytosolic isoform’s role cannot be discredited, as emerging data suggests its potential contribution to neuronal function. Although the subcellular localization targeting and dynamics of the different isoforms have been explored, their specific functions in distinct subcellular compartments, particularly in the presynapse, remain to be elucidated. To address this gap, we studied the role of Ube3A in presynaptic differentiation. In this work we demonstrate that Ube3A downregulation decreases the number of glutamatergic presynaptic terminals. Furthermore, we observed that the puncta area and integrated density per axonal length exhibited a tendency to decrease upon Ube3A downregulation. Surprisingly, we also observed a decrease in presynaptic terminals upon overexpression of both Ube3A isoforms, highlighting the balance required for optimal Ube3A functioning in synaptic development. We did not observe a restoration of presynaptic differentiation upon reinstating Ube3A each isoform expression. Collectively, our findings underscore the critical role of Ube3A in presynaptic differentiation and suggest that restoring Ube3A nuclear isoform may mitigate the adverse effects of Ube3A downregulation in presynaptic development, supporting that targeted modulation of Ube3A isoforms expression can serve as a therapeutic strategy for mitigating the synaptic deficits associated with AS.

Mestrado em Biomedicina Molecular