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ACTUALIZACIÓN
SOBRE
NEURODEGENERACIÓN
Laboratorio de Fisiología de la Conducta
Febrero 2005
Noviembre 2010
Ximena Páez
Facultad Medicina
ULA
UBIQUITINA
ROS
Autofagia
Neurodegeneración
agregación
de
ESTRÉS OXIDATIVO
proteínas
apoptosis
DISFUNCIÓN
MITOCONDRIAL
?
Excitotoxicidad
Inflamación
metales
necrosis
degradación de
proteínas
muerte neuronal
Mal plegamiento Proteínas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
I.
INTRODUCCIÓN
II. PATOGENIA MOLECULAR
III. ENF. NEURODEGENERATIVAS
IV. FUTURO EN PREVENCIÓN,
DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MECANISMOS MOLECULARES
QUE
CONDUCEN A LA MUERTE
NEURONAL
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Mecanismos patogénicos en ND
Centrales
Estrés oxidativo
Disfunción mitocondrial
Otros
Agregación de proteínas
Degradación de proteínas
Excitotoxicidad e Inflamación
Alteración homeostasis de metales
Óxido nítrico, mec. como priones
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿SON ESTOS MECANISMOS
CAUSA
o
CONSECUENCIA
de
NEURODEGENERACIÓN??
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿Causas,
Consecuencias,
Combinaciones???
Un mecanismo común a varias enfermedades
Varios mecanismos en una misma enfermedad
¿El huevo o la gallina?
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
“Lo que sabemos es una gota,
lo que no sabemos es un océano”
Newton
Sin embargo…
“A la naturaleza le gusta la simplicidad”
Newton
C. Haass. Initiation and propagation of neurodegeneration.
Nature Medicine 16: 1201-04, 2010.
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Puntos clave en Enf. ND
1. Mutaciones genéticas como causa, pero los
mecanismos moleculares responsables del inicio
se desconocen
2. Hay típicamente mal plegamiento de proteínas
3. Identificación con proteomics de composición
de agregados proteicos y alteraciones celulares
asociadas
4. Fallas principales en y comunes a varias
enfermedades: estrés oxidativo y disfunción
mitocondrial
5. Pendiente identificar blancos proteicos del daño
oxidativo a fin de descubrir agentes en inicio y
progresión de la enfermedad
Expert Rev Proteomics 7: 519-42, 2010
Medscape june 9, 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MECANISMOS CENTRALES
• Estrés oxidativo
• Disfunción mitocondrial
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
Acumulación de radicales y especies oxígeno
reactivas (ROS) inadecuadamente neutralizadas
con antioxidantes, que causa daño a
macromoléculas, y que se ha asociado con
cáncer, envejecimiento, ateroesclerosis y
neurodegeneración
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
Resulta por:
•Aumento de ROS
•Disminución de ANTIOXIDANTES
•Falla en reparar el daño causado
por ROS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿Qué son las especies oxígeno reactivas
(ROS) o radicales libres, cuáles son?
¿Cuáles son las fuentes de generación de ROS?
¿Cuáles son los daños causados por ROS?
¿En qué consisten los mecanismos antioxidantes?
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Oxidación
• Pérdida de electrones (e-)
• Adición de oxígeno
• Remoción de hidrógeno
Reducción
• Ganancia de e- de un átomo
• Pérdida de oxígeno
• Ganancia de hidrógeno
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Átomo de Oxígeno (O)
Órbita interna
2 e-
Órbita externa
6 e-
Electrones
No pareados
Átomo
Inestable!
8 protones (+)
Protones = electrones
Tiene 2 e- no pareados en órbita
externa que hacen al átomo susceptible
a la formación de radicales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
El átomo o molécula que NO tenga
completo el número de een su órbita externa
es
INESTABLE y altamente REACTIVO
hasta que complete los
electrones y se convierta en
materia INERTE
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
El átomo busca alcanzar su máxima
estabilidad y tratará de llenar su
órbita externa por:
1. Ganar o perder e- para llenar o
vaciar su órbita externa
2. Compartir sus e- con otros
átomos para completar su órbita
externa
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Molécula de Oxígeno (O2)
Electrones
pareados
Molécula
estable
Cada átomo tiene 8 e- en la órbita externa
Ambos comparten 2 e-
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Especies oxígeno reactivas
(ROS)
Entidades moleculares que ocasionan DAÑO
al reaccionar con componentes celulares
• Radicales libres
con átomos con uno o más e- no pareados
• Aniones reactivos
con átomos de oxígeno
• Moléculas con átomos de oxígeno
que pueden producir radicales libres o son
oxidadas por ellos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Radicales
Átomo o átomos que tienen uno
o más e- no pareados y que son
ALTAMENTE reactivos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Especies oxígeno reactivas (ROS)
 e- no pareados
Oxígeno
Molécula
estable
Anión superóxido
Ojo!
No confundir
Peróxido Radical hidroxilo Ión hidroxilo
Extremadamente
reactivo
NO es ROS
Reducción secuencial (adición de e-) del
oxígeno molecular O2 lleva a la
formación de ROS
La reducción total de O2 produce H20
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ROS
·
Radicales: anión superóxido O2
peróxido ·O2-2
radical hidroxilo ·OH
Otros: peróxido de hidrógeno H2O2
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
GENERACIÓN DE ROS
1. MITOCONDRIA respiración aeróbica
2. SOBREPRODUCCIÓN
3. DEGRADACIÓN GRASAS peroxisomas
4. OTROS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NEURONA
ROS
ATP
ROS generados
en I y III
Cadena transporte
electrones
MITOCONDRIA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Generación de ROS
1. Respiración aeróbica normal en mitocondria
En una neurona rata/día se procesan:
1012 O2
reducidas a
H2O
En la reducción incompleta de O2 a H2O
se forman ROS
2% del O2 es parcialmente reducido
y genera 20 mil millones de:
º Aniones superóxido ·O2º Peróxido de hidrógeno H2O2
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Respiración aeróbica en mitocondria
La mayoría de ROS se genera durante
la reducción metabólica incompleta de
oxígeno a agua (con aceptación de e-)
O2
º
O2
2 O2 +
º
-
-
2H+
e-
2ºO2
e-
ºO2-2
2e-
-
2H2O2
Anión
superóxido
1.
Peroxilo
2.
Peróxido de
hidrógeno
3.
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
El anión superóxido ºO2- puede reaccionar
con óxido nítrico (NO) para dar
peroxinitrito
El NO viene de la conversión Arg a Cit
por acción de enzima NO sintetasa (NOS)
ºO2-
+ NO
ONOO-
Peroxinitrito
4.
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Reacción de Fenton
H2O2 + Fe
++
º
OH
Radical
hidroxilo
5.
De los ROS, el radical hidroxilo ºOH es el
más dañino, reacciona con una serie de
compuestos orgánicos y lleva a producir
más radicales
* Es importante en la sustancia negra
en la Enf. Parkinson
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Generación de ROS
Peroxinitrito
Arg
Peróxido
hidrógeno
NOS
SOD
Fe
Anión
superóxido
++
Radical
hidroxilo
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
2. SOBREPRODUCCIÓN
º INFECCIÓN
Los fagocitos generan aumento de
NO, ºO2-, H2O2
para matar los agentes infecciosos
º HIPOXIA/HIPEROXIA
º RADIACIONES IONIZANTES
3. DEGRADACIÓN DE GRASAS
Se produce H2O2
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
4. OTROS
*
1. SOD a partir de ºO2- da H2O2
2ºO2- + 2H+
H2O2 + O2
*
2. MAO, TH producen H2O2
*
*
3. Autoxidación de CA: DA-quinonas, H2O2
*
5. El Ca++ estimula NOS y se forma NO y otros RNS
4. Activación de receptores de NMDA da ºO2- y ºOH
y ROS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
4. OTROS
6. Oxidasa NADPH y Xantina oxidasa
Transfieren un e- a O2 para dar ºO2-
7. Peroxidasas usan H2O2 para dar más ROS
8. Flavoproteínas
Transfieren 2 e- a O2 para dar H2O2
9. Oxidación de hidroquinonas y thiol dan ºO2-
10. Fuentes externas: CIGARRILLO y Fe y Cu libres
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cigarrillo
aumenta 50% riesgo
desarrollo Alzheimer!!
Heavy smoking in midlife doubles the risk for Alzheimer’s disease
Mesdcape, septiembre 2010
http://cme.medscape.com:80/viewarticle/731674_print
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ROS
RNS
-
ONOO
Arg NOS
NO·
Peroxinitrito
Óxido
nítrico
O2
e-
O2·-
Peróxido
de hidrógeno
eSOD
H2O2
Anión
superóxido
eCatalasa
Glutation
peroxidasa
H2O
Reacción
Fenton
·OH
Radical
hidroxilo
La expresión de iNOS
en la Glia aumenta la ND
J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?.
Nature Medicine 10 Suppl: S18-S25, 2004
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Especies Nitrógeno reactivas (RNS)
º
NO + ºO-2
ONOO- + H+
ONOO-
SOD
ONOOº
peroxinitrito
NO2- + ºOH
NO2+
poderoso
oxidante
más
dañino
hidroxilo
Nitración de Tyr
ºNO2- :
dióxido nítrico reactivo
NO2+: nitronium
Aumento de NO puede terminar en nitración de proteínas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Especies Nitrógeno reactivas (RNS)
http://www.biochemsoctrans.org/bst/034/0965/bst0340965f03.gif
Nitración de proteínas como marcador de riesgo de enfermedad
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
REACCIONES COMUNES DE ROS Y RNS
Enzima
s
Anion superóxido, Peróxido de hidrógeno
Peroxinitrito, Radical carbonato, Dióxido de nitrógeno
Ácido hipocloroso, Nitrotirosina
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Nitración de proteínas
La nitrotirosina es producto de nitración de Tyr por RNS.
La nitración causa modificación de la función de la proteína.
Es marcador de estrés oxidativo dependiente de NO.
Cuando se altera el balance Nitración/desnitración
a favor del primero, aumenta el estrés oxidativo hasta
llegar a excesiva nitración con:
Acumulación y Agregación de proteínas nitradas
O2- + NO
º
ONOO-
NO2
º
Nitración proteínas
En pacientes ALS hay aumento de nitración
de Tyr en motoneuronas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
DAÑOS CAUSADOS POR ROS
• Oxidación de proteínas
Altera sitios activos de enzimas
Altera conformación de proteínas estructurales
• Oxidación de ADN
Lleva a mutación que puede afectar replicación
• Oxidación de ácidos grasos insaturados
Forma peróxidos lipídicos, estos alteran
membranas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿Cómo ocurre el daño?
* Los radicales interactúan con otras
moléculas hasta ganar configuración
estable de e* La molécula blanco queda convertida en
radical
* La reacción en cadena termina al encontrarse
dos radicales y formar un enlace covalente
* Estas uniones en las macromoléculas
deforman las membranas por enlaces entre
lípidos, lípidos y proteínas y entre proteínas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Oxidación de Ácidos Grasos Insaturados
(Peroxidación de Lípidos en Membranas)
Ac. graso
Insaturado
Ac. graso
Insaturado
Radical
hidroxilo
Radical
orgánico
Radical
peroxilo
Oxígeno
molecular
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Oxidación de Ácidos Grasos Insaturados
(Peroxidación de Lípidos en Membranas)
Lípido
radical
Lípido
insaturado
Daño
membranas
Lípido
peróxido
O2
Lípido Radical
peroxilo
http://img.search.com/thumb/9/9e/Lipid_peroxidation.svg/350px-Lipid_peroxidation.svg.png
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
PEROXIDACIÓN DE LÍPIDOS
Oxidación en cadena en ácidos grasos
cercanos daña las MEMBRANAS
celulares y mitocondriales
• Aumenta rigidez de la membrana
• Disminuye la actividad de enzimas
incrustadas en membrana Ej. bombas
• Altera actividad de receptores
• Aumenta la permeabilidad
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Peroxidación de Lípidos en Membranas
Cuando hay peroxidación de
lípidos en células viejas y
apoptóticas le salen bigotes
a la membrana, que son
ácidos grasos oxidados que
protruyen para mejor
enganche de reconocimiento
de receptores de superficie
como CD36 de células
inmunes de vigilancia.
Lípidos
oxidados en
membrana
http://discover8.com/public/images/upload_article_images/
lipid_whisker_model.gif
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MARCADORES
de Estrés Oxidativo
Inmunoreactividad de ROS en
neuronas deprivadas de Factor
Crecimiento Nervioso
Productos intermediarios
oxidación
Peroxidación lípidos:
1. 4-HNE 4-hidroxynonenal
2. MDA malondialdehido
Oxidación ADN:
3. 8-OHdG 8-hidroxi 2 guanosina
E. Oxidativo vía NO
4. Nitrotirosina
http://www.oralchelation.com/
LifeGlowBasic/images/oxidative_illus.gif
Oxidative Stress and Brain Disorders.
Brain Briefings SFN, July 1996
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Acciones beneficiosas de ROS
1. Es necesario H2O2 en la glándula tiroides
para la síntesis de hormona tiroidea
2. Los fagocitos generan H2O2 y
el ión hipoclorito OCl- para matar bacterias
3. En bajas cantidades están implicados en
señalización intracelular!
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MECANISMOS ANTIOXIDANTES
1. Enzimas Antioxidantes
Superóxido dismutasa (SOD)
Catalasa
Glutathione peroxidasa
2. Antioxidantes no enzimáticos
Glutathione el más importante
Vitamina E
Vitamina C
Uratos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Enzimas Antioxidantes
1. Superóxido dismutasa SOD
Cu-Zn (citoplasma) Mn (mitocondria)
2H+ + 2 ºO2-
SOD
O2 + H2O2
2. Catalasa (peroxisomas)
2H2O2
2H2O + O2
3. Glutathione peroxidasa (Se)
2GSH + H2O2
GSSH + 2H2O
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Enzimas Antioxidantes
SOD convierte ºO2- a H2O2 que es
ROS menos dañino
Catalasa y GSH peroxidasa convierten
H2O2 en H2O
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ROS
Radical
hidroxilo
Daño oxidativo
Proteínas
Lípidos
ADN
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Centro cristalino
Peroxisomas
Organelos con enzimas
que generan H2O2
y otras que degradan
como catalasas para
eliminar exceso de H2O2
y lo convierte en agua
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Antioxidantes NO Enzimáticos
1. Glutathione (Glu-Cys-Gly) (GSH)
* La Cys del tripéptido tiene un grupo SH libre
que es muy reactivo y da un BLANCO
abundante para el ataque de radicales
* La reacción con radicales oxida a GSSH que
vuelve a GSH en un ciclo redox que involucra
glutathione reductasa
GSH + radical
GSSH oxidada
GSH
reductasa
GSH
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
GSH
Antioxidante
GSH reductasa
GSH peroxidasa
GSH
REDUCIDA
ANTIOXIDANTE
GSSH
GSH
GSSH OXIDADA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
2. Vit E
Principal antioxidante lipídico
Atrapa radicales peroxi en las
membranas celulares
3. Vit C
Es antioxidante soluble en agua
Reduce radicales de varias fuentes
parece reciclar radicales de Vit E
4. Ácido úrico
Previene nitración Tyr
5. Antioxidantes sintéticos
Coenzima Q Q10
Ácido lipoico
GSH
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
BALANCE
ACCIÓN ANTIOXIDANTE/ OXIDANTE
HOMEOSTASIS REDOX
Enfermedad
Aumentan
ROS
Protección
Aumentan
Antioxidantes
Disminuyen
antioxidantes
Enfermedad
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Estrés oxidativo
Defensa antioxidante
Vit E
Vit C
BALANCE
MUERTE
CELULAR
SOBREVIDA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿Por qué aumenta ROS?
• Aumento de recambio
de CA
Auto-oxidación DA
• Aumento de Fe libre
Reacción de Fenton
• Función mitocondrial
deteriorada
Mayor % O2 que va a ROS
• Disminución de:
glutathion
enz. antioxidantes
antioxidantes de dieta:
Vit E, Vit C, Carotenoides,
flavonoides, uratos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
Y
DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Radiaciones
Tóxicos
ambientales
Antioxidantes
Nutrientes
Glucosa
Virus
ROS
ATP
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
DAÑO OXIDATIVO PRODUCIDO POR
RADICALES GENERADOS EN MITOCONDRIA
Fosfolípidos
membrana
* Lípidos
* Proteínas
* ADN
Radicales
libres
Proteínas
Mitocondria genera
y a la vez es
BLANCO de ROS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Mitocondria BLANCO de daño oxidativo
1. No hay reparación de ADN mt
2. ADN mt no está protegido por histonas
3. ADN mt está cerca de donde se produce ROS
4. El número de mitocondrias defectuosas se
acumula con el envejecimiento
•Disminución de ATP
•Aumento de ROS
•Disfunción mitocondrial
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
Y
ENF. NEURODEGENERATIVA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
EN EL
CEREBRO NORMAL
1.
2.
3.
4.
Alto metabolismo
Alta producción diaria de ROS y RNS
Alto nivel de ácidos grasos insaturados
Bajo nivel de antioxidantes
Cuando la generación de ROS y RNS excede a
los mecanismos antioxidantes hay deterioro de
macromoléculas que lleva a
MUERTE NEURONAL
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
EL CEREBRO
ES
MUY
VULNERABLE
AL
ESTRÉS OXIDATIVO
Sobre todo > 65 años!!
El CEREBRO utiliza 25% del O2 respirado
aunque sólo es 5% del peso corporal
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ENF. NEURODEGENERATIVAS
* NO se sabe si el estrés oxidativo
es el evento inicial
* Pero hay evidencias de su
implicación en daño celular
* El estrés oxidativo está en el
centro de un ciclo de eventos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ROS EN EL CENTRO DE LOS EVENTOS
QUE LLEVAN A ND
MUERTE
PROGRAMADA
MAL
PLEGAMIENTO
ROS
DISFUNCIÓN
PROTEASOMAL
ACTIVACIÓN
GLIAL
DISFUNCIÓN
MITOCONDRIAL
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?.
Nature Medicine 10 Suppl: S18-S25, 2004
Radiaciones
ionizantes
Metabolismo Generadores
aeróbico
de radicales
ROS
Peroxidación
lípidos
Daño ADN Activación
Genes
Modificación
proteínas
Ateroesclerosis
Cáncer
Replicación
Enf CV
envejecimiento Viral HIV-1
Enf. Neurodegenerativas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Estrés Oxidativo y Neurodegeneración
* Hay MARCADORES de estrés oxidativo
(4-HNE, MDA) en áreas cerebrales de ND:
Sustancia negra - Parkinson
Cortex, hipocampo - Alzheimer
LCR - ALS
* ROS aumenta alteraciones de proteínas
aberrantes:
b amiloide en AD
a synucleina en PD
SOD1 en ALS
Cuerpos de
Lewy
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Estrés Oxidativo y Neurodegeneración
* Aumento de metales pesados:
Fe en sustancia negra en PD
Cu, Zn en AD aumentan depósito amiloide
* Disminución de enzimas antioxidantes
SOD CuZn, asociadas con daño y muerte
SOD Mn, es letal
GSH peroxidasa, hace más sensible neuronas a tóxicos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Las neuronas
son muy susceptibles a
Estrés Oxidativo
que causa daño de macromoléculas,
arquitectura y función celular
Estrés Oxidativo
es factor inductor
de
MUERTE
Necrosis y Apoptosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO
Y
ENF. NEURODEGENERATIVAS
ESTRÉS OXIDATIVO en ALZHEIMER
* Reducción de Enz. Antioxidantes
en regiones cerebrales afectadas
* Disminución del potencial antioxidante
aumenta:
Peroxidación de lípidos
Acúmulo de Zn que afecta mitocondria
Acúmulo rápido de agregados Ab
Apoptosis
* Disminución de Ácido Úrico
Aumenta la Nitración de Tyr marcador
precoz para AD, PD y ALS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NITRACIÓN de TYR marcador precoz en
Alzheimer, Parkinson y ALS
Hay secuencias de nitrotirosina en tau y a sinuclina
Ratones sin iNOS son más resistentes a toxicidad por
NMDA y MPTP
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NITRACIÓN de TYR marcador precoz en
Alzheimer, Parkinson y ALS
Intenso
estrés
oxidativo
Acumulación
Agregación
Alteración
función
http://www.biochemsoctrans.org/bst/033/1399/bst0331399f03.gif
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Envejecimiento
Estrés
Oxidativo
Alzheimer
Mutaciones
Presenilina
Aumento
Mutaciones
APP
polimerización
ROS
Membrana
Oxidación y liberación
ácidos grasos
Inducción formación
filamentos Tau
Disfunción
neuronal
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON
La Sustancia Negra esta sometida normalmente
a estrés oxidativo y deterioro del mecanismo
antioxidante
1. AUTOXIDACIÓN de DA
Formación de DA quinonas y ROS
Presencia de neuromelanina
2. OXIDACIÓN de DA por MAO
Producción de H2O2 y DOPAC
(disminuye GSH)
3. AUMENTO de HIERRO
La reacción de Fenton produce radical
hidroxilo ºOH
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON
Neuromelanina
Pigmento oscuro en neuronas DA
de sustancia negra pars compacta
Producto intermediario de
oxidación de DA que acumula
hierro
Tiene afinidad con sustancias
tóxicas lo que indicaría función
protectora
http://www.pathology.vcu.edu/WirSelfInst/neuro_medStudents/image/
parkinsn.jpg/loosepigm.jpg
En Parkinson se pierden neuronas
y se ve pigmento extracelular
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
* La vía DA nigro-estriatal es
particularmente sensible a tóxicos:
6-0HDA, MPTP que producen ROS
* La L-DOPA produce ROS adicional
al existente. En modelos animales
L-DOPA aumenta la toxicidad de
6-OHDA y de MPTP!!!
L-DOPA espada de doble filo
en el tratamiento de Parkinson
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO EN PARKINSON
* Oxidación de DA y Fe libre pueden
estar implicados en oxidación de a sinucleina
* a sinucleina oxidada libera DA al citoplasma
lo que aumenta la oxidación de DA
* a sinucleina oxidada no es reconocida por el
sistema de degradación de proteínas, se
acumula y agrega en Cuerpos de Lewy
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
neuromelanina
Estrés oxidativo en Parkinson
a-sinucleina
regula formación
vesículas sinápticas
a-sinucleina
mutada
o que funciona mal
hace que DA se
acumule en citosol
y aumenta
estrés oxidativo
Oxidación DA:
Espontánea
Por MAO
a sinucleina
50% membrana
vesícula sináptica
J. Lotharius, P. Brundin
Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina
Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON
Metabolismo DA espontáneo o por MAO
J. Lotharius, P. Brundin
Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina
Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Derivados de oxidación de DA Inhiben
Complejo Enzimático Mitocondrial I
Inhibición Complejo I
NEURONA
Aumento
ROS
GLIA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON
ROS y DA quinonas
causan daño oxidativo
Lípidos, proteínas, ADN
Sistemas
antioxidantes
Supervivencia
Muerte
J. Lotharius, P. Brundin
Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina
Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Sistemas Antioxidantes en la célula
• SOD forma H2O2
• Catalasa forma H2O y O2
• GSH antioxidante
• GSH peroxidasa forma GSSH, H20 y O2
• GSSH reductasa forma GSH
Supervivencia
J. Lotharius, P. Brundin
Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina
Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Estrés Oxidativo en Neurona DA
Oxidación
a-synuclein
DAQ Inhibidores
mitocondriales
4HNE Proteasoma
APOPTOSIS
ROS
CK GLU
GLI
A
Estrés
oxidativo
Oxidación
DA a DAQ
a sinucleina
Vesícula
sináptica
DA
J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?.
Nature Medicine 10 Suppl: S18-S25, 2004
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Aumento de DA en citoplasma vía final
en ND en Sustancia Negra (?)
Aumenta DA
J. Lotharius, P. Brundin
Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina
Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
ENFERMEDAD DE PARKINSON
PÉRDIDA DE NEURONAS Y CUERPOS DE LEWY
SANOS
Normal
PD PRECLÍNICA
Pérdida de algunas
neuronas
Cuerpos de Lewy
DA normal
Disminución GSH
PD AVANZADA
Severa pérdida neuronas
Cuerpos de Lewy
Disminución de DA, GSH
Daño de Complejo I
Aumento de Hierro
Macromoléculas dañadas
Aumento enzimas antioxid.
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ENFERMEDAD DE PARKINSON
Oxidación es central pero NO inicial
Factores
Ambiental
Factores
Genéticos
Pesticidas/herbicidas/
inhib mitondriales
Factores Endógenos
Mutaciones en a sinucleina,
parkina, Ubhidrolasa
Metab. anormal DA
Metales divalentes redox
Función mitocondrial
Act. Cel. Inflamat.
Oxidación/nitración
Reducción
antioxidantes
Inhib. respiración cel.
Disminución GSH
Disminución ATP
Muerte celular
Agregación
a sinucleina
Cuerpos Lewy
ENFERMEDAD
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ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS
* En modelos de ALS por mutación SOD1 hay
peroxidación de lípidos, oxidación de ADN y
nitración de proteínas
* Parece ser por “ganancia tóxica” de SOD1,
actúa como:
- dismutasa para reducir ºO2- a H2O2
- peroxidasa aumentando peroxinitrito
(más agresivo)
ºO2-
+ NO
SOD
ONOO- peroxinitrito
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ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS
O2
Daño oxidativo
a motoneuronas
Glucosa
ºO 2
Neurona
motora
SOD
ATP
Daño
ADN
H2O2
mt
núcleo
Catalasa
H2O
O2
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ESTRÉS OXIDATIVO
• Daña mitocondria
• Aumenta mal plegamiento de proteínas
• Favorece acúmulo y agregación de proteínas
• Glia responde con aumento de NO y CK
• Provoca respuesta inflamatoria
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MINOCICLINA
(tetraciclina)
• Inhibe directamente permeabilidad
membrana mitocondrial, bloquea
apoptosis
• Bloquea iNOS, disminuye NO y ROS
• Previene neurodegeneración en
modelos de ALS y MPTP
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TERAPIA RACIONAL EN
ESTRÉS OXIDATIVO
* Aumentar antioxidantes
* Reducir ROS
Quelantes
Inhibidores de iNOS
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ESTRÉS OXIDATIVO
DISFUNCIÓN
MITOCONDRIAL
APOPTOSIS
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II Mecanismos Patogénicos
Moleculares
Estrés oxidativo
Disfunción mitocondrial
sigue...
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The Omo People
Africa
H. Silvester
Photos
http://www.dailymail.co.uk/femail/article-516490/Out-Africa-The-incredible-tribal-fashion-inspired-Mother-Nature.html
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