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ACTUALIZACIÓN
SOBRE
NEURODEGENERACIÓN
Laboratorio de Fisiología de la Conducta
Febrero 2005
Noviembre 2010
Ximena Páez
Facultad Medicina
ULA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
I.
INTRODUCCIÓN
II.
PATOGENIA MOLECULAR
III. ENFERMEDADES
NEURODEGENERATIVAS
IV. FUTURO EN PREVENCIÓN,
DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
I. INTRODUCCIÓN
1. Neurodegeneración
2. Envejecimiento y Demencia
3. Enf. Neurodegenerativas
Historia Natural
Clasificaciones: actual y futura
Causas. Mecanismos patogénicos
4. Muerte celular
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neurodegeneración Autofagia
ESTRÉS OXIDATIVO
apoptosis
DISFUNCIÓN
MITOCONDRIAL
?
Excitotoxicidad
Priones
Inflamación
metales
agregación de
proteínas
Ciclo
necrosis celular
degradación de
proteínas
muerte neuronal
Mal plegamiento de proteínas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Muerte neuronal
en
Neurodegeneración
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Tipos de
células en
el cerebro
• Neuronas
• Glia
Astrocitos
Oligodendrocitos
Microglia
•C. endoteliales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Dendritas
cuerpo
Axón
núcleo
Mielina
Dirección
del impulso
Una
neurona !
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neurona hipocampal
GFP
http://www.greenspine.net/en/mGFP_neuron2.html
http://www.greenspine.net/en/GFP_neuron.html
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neuronas y Astrocito
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/08705a.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neuronas hipocampo (verde)
Glia (rojo)
http://www.greenspine.net/en/neurons_and_glial_cells.html
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Interacción microglia vasos
angiogénesis
Microglia
Células
endoteliales
microcirculación
http://www.grad.ucl.ac.uk/comp/2008-2009/research/gallery/entries/042.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿POR QUÉ MUEREN LAS NEURONAS?
* NO se sabe QUÉ las lleva a la
muerte en una enfermedad
particular
* No se sabe si la diversidad de
disfunciones celulares son
primarias o secundarias
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
La muerte neuronal NO es
indiscriminada
• Poblaciones específicas
• Áreas específicas funcional y
anatómicamente conectadas
Estriado
HD
aunque estén separadas
Ej. Estriado en Enf . Huntington
Hipocampo, corteza en Enf. Alzheimer
Degeneración Transneuronal en ALS,
motoneuronas de corteza y
médula espinal
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Corteza
Hipocampo
AD
¿Por qué?
UBICACIÓN Y EXTENSIÓN
DEL DAÑO
En la mayoría de las Enf. ND
se conoce la localización,
pero NO la extensión de la lesión
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Establecer la EXTENSIÓN es difícil
- examen incompleto
- cuantificación no rigurosa
- las neuronas enfermas pueden perder
marcadores usados para identificarlas
y contarlas
Estimación de DISTRIBUCIÓN Y MAGNITUD
de muerte debe hacerse con cuidado
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
El proceso de MUERTE en
la célula ocurre porque:
º Se dispara un programa
autodestructor
º Es dañada por otras células
º Es dañada por neurotóxicos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
FACTORES QUE CONTRIBUYEN
A LA MUERTE NEURONAL
• Estrés oxidativo:
aumenta ROS y/o disminuyen antioxidantes
• Disfunción mitocondrial/falla metabólica
• Sobrecarga de calcio intracelular
• Excitotoxicidad
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿Qué se ve?
* PÉRDIDA LOCAL DE NEURONAS
Y GLIOSIS REACTIVA
* NEURONAS SOBREVIVIENTES
- forma y tamaño alterados
- reducción de prolongaciones
- fragmentación de organelos
- vacuolización y condensación
de cromatina
* INCLUSIONES INTRANEURONALES
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neuronas
Neuronas
dañadas
dañadas
Neuronas
sanas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neuronas In Vitro
Neuronas sanas
http://ladulab.anat.uic.edu/images/neurons.jpg
Neuronas enfermas
y muertas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neuronas
sanas
Neuronas
lesionadas
por hipoxia
http://www.sciencedaily.com/images/2009/01/090116175214.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neurona normal
núcleos (azul),
LRRK2 proteína kinasa (verde)
Neurona degenerada encogida y núcleo
comienza a fragmentarse, que expresa
LRRK2 mutada (Parkinson)
http://www.dana.org/uploadedImages/News_and_Publications/Special_Publications/Articles/4-genetic_discoveries-1.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Neuronas sanas
Neuronas lesionadas
(isquemia)
Cresyl
violeta
Neuronas con nucleolo
intacto y cuerpos de Nissl
Hematoxilina
eosina
Neuronas “azul oscuro”
luego de daño irreversible
Patrón normal de
neuronas sanas cuerpo
y prolongaciones
Encogimiento núcleo y
vacuolización citoplasma
http://www.nf.mpg.de/index.php?id=76&L=1
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
TIPOS DE MUERTE NEURONAL
* Muerte no deseada: Necrosis
* Muerte programada regulada
conveniente: Apoptosis
* Muerte programada
no Apoptótica: Autofagia
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NECROSIS vs. APOPTOSIS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NECROSIS
“Muerte celular incontrolada que
lleva a lisis celular, respuesta
inflamatoria y potencialmente a
problemas de salud”
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NECROSIS
“Proceso patológico causado por
acción degradativa enzimática,
asociado con severo trauma celular.
Hay edema mitocondrial, floculación
nuclear, lisis celular descontrolada,
respuesta inflamatoria y muerte”
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NECROSIS
Muerte celular pasiva
Afecta a un grupo de células
Vasculitis
necrotizante
http://www.medscape.com/viewarticle/403759_2
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
“Una porción de tejido muere por:
pérdida de aporte sanguíneo,
corrosión, quemadura o lesión
local por enfermedad”
Ej. “el infarto”
La célula NO se quiere morir...
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Necrosis
• En isquemia aguda o trauma
• Colapso bioquímico generación de
excitotoxinas, ROS y aumento de calcio
• Edema nuclear y mitocondrial,
disolución de organelos y condensación
de cromatina alrededor del núcleo
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Necrosis
• Ruptura de membranas nuclear y
plasmática, LISIS
• Degradación de ADN por cortes al
azar
• Ocurre rápidamente, difícil de tratar
o prevenir
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NECROSIS
Falta de oxígeno
nutrientes
Deterioro de la
membrana celular
Falta de ATP
en la célula
Liberación de enzimas
causa inflamación
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Mecanismos que inducen Necrosis
1. Hipoxia/isquemia inhiben respiración aeróbica:
disminución de ATP
2. Generación de especies oxígeno reactivas (ROS)
3. Defectos en la permeabilidad de la membrana:
daño de la membrana
4. Alteración de la homeostasis del calcio:
entrada de calcio
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MUERTE NEURONAL POR NECROSIS
Entrada excesiva
Calcio
Disminución de ATP
Calpainas
ROS y RNS
Proteasas no
lisosomales
Alteraciones de
proteínas y enzimas
MUERTE NEURONAL
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
APOPTOSIS
“Proceso de autodestrucción celular
determinado genéticamente,
caracterizado por fragmentación del
ADN nuclear, que elimina ADN dañado
o superfluo, y células dañadas no
queridas o no necesarias”
“Serie normal de eventos en una célula
que lleva a su muerte”
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
APOPTOSIS
Autodestrucción activa
Afecta a una célula aislada
http://www.bmt.tue.nl/research/unit%20descriptions/apoptosis.GIF
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
“Parte normal del desarrollo,
las células mueren en respuesta a
una serie de estímulos, de manera
regulada, ordenada”
“La célula tiene papel activo en su
propia muerte” (suicidio celular)
La célula quiere o necesita morirse...
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Ejemplos de apoptosis
en el desarrollo y vida adulta
• Separación de dedos en
el embrión
• Desarrollo de conexiones
neuronales
• Remoción células
epiteliales GI
• Remoción de glóbulos
rojos viejos
• Regulación S. inmune
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
http://mcb.berkeley.edu/courses/mcb130L/Originals/
APOPTOSIS
Disparo programa
muerte celular
Señales intracel.
caspasas
Fragmentación de
célula en vesículas
Fagocitosis por
células vecinas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Algo anda
mal y no
se puede
reparar
La célula
programa
eliminarse
http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/apoptosisprocess
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Célula sana
Lesión a
la célula
Errores
genéticos
que resultan
del daño
Algunos
errores
quedan
Célula
incapaz
de reparar
Célula
Todos los
intenta
repararlos errores
reparados
Lesión
adicional
Célula programa
morir por
apoptosis
Proceso Apoptótico
1. La célula recibe señales apoptóticas
2. Serie de cambios bioquímicos y
morfológicos
3. Activación de caspasas
- Rompen proteínas estructurales
membrana y núcleo
- Activan enzimas que fragmentan e
inhiben enzimas que reparan ADN
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Proceso APOPTÓTICO
Bulas de membrana
Se frunce la célula
cromatina se condensa
Lisis
Cuerpos
apoptóticos
Formación
cuerpos apoptóticos
Colapso núcleo
más Bulas
http://www.microbiologybytes.com/virology/kalmakoff/baculo/pics/Apoptosis.gif
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Condensación núcleo picnosis
Proceso
APOPTÓTICO
Bulas
Fruncimiento
de célula
Fraccionamiento núcleo cariorrexis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cuerpo
apoptótico
Fagocito engullendo
cuerpos apoptóticos
Proceso APOPTÓTICO
Cromatina
heterogenea
Reducción
volumen
Condensación
cromatina
Marginación
cromatina
No derrame
de contenidos
No inflamación
Colapso
núcleo
Fragmentación
ADN
Cuerpos apotóticos
http://www.copewithcytokines.de/apoptosis.gif
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Citoplasma
se constriñe
Núcleo se condensa
en “herradura”
APOPTOSIS
Célula
muriendo
Cambios
morfológicos
Continua
constricción
Cuerpos
apoptóticos
http://www.reading.ac.uk/nitricoxide/intro/apoptosis/index.htm
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cromatina
Condensada
Células
apoptóticas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
SH-SY5Y cells
Óxido nítrico
Apoptosis por
Neuronas corticales
Óxido nítrico
BAX (verde)
acción de óxido
nítrico (NO)
Cambios en
citoplasma y
núcleo
va a mitocondrias
distribución
no homogénea
http://depts.washington.edu/neurosur/research/images/morrison_5.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
* Para ser fagocitadas las células
apoptóticas disparan la respuesta
de macrófagos traslocando
fosfatidilserina al exterior de la
membrana
* Los macrófagos remueven las
células apoptóticas limpiamente
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Leucocito
Célula
apoptótica
Fagocitosis de
célula apoptótica
http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/apoptosismacrophage.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
NECROSIS
VS.
APOPTOSIS
Daño celular
Disparadores
Expresión
genética
APOPTOSIS
NECROSIS
Contenido
retenido
Contenido
liberado
FAGOCITOSIS
INFLAMACIÓN
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Reconocimiento de
cuerpos apoptóticos
NO
INFLAMACIÓN
VÍAS DE APOPTOSIS
1. Receptores de muerte
2. Mitocondria
3. Retículo endotelial
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
1
2
3
INDUCCIÓN DE APOPTOSIS
1. Estímulos extrínsecos
Ligandos a receptores de muerte
Granzima de linfocitos T citotóxicos
2. Estímulos intrínsecos
vía mitocondrial
ESTRÉS CELULAR
Disminución de factores neurotróficos
Radiación, químicos, infección viral
ESTRÉS OXIDATIVO
Aumento de ROS/disminución antioxidantes
3. Vía retículo endotelial
Por alteración homeostasis del Ca++
Por activación de caspasa 12
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Vías de APOPTOSIS
2
Vía
mitocondrial
1
Recep.
muerte
Estrés RE
3
Caspasas
ejecutoras
Muerte neuronal
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Receptor
muerte
Inducción
Apoptosis
1. Señales
Extrínsecas
Infección
viral
-Vía Receptores
de Muerte
-Granzima
Radiaciones
ionizantes
2. Señales
intrínsecas
Vía mitocondrial
Granzima
Receptor
muerte
Estrés celular
Falta F. Crec.
nutrientes
Estrés oxidativo
ROS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
1 Apoptosis Vía Extrínseca
Receptores de MUERTE
Disparan apoptosis en segundos
1. TNF1
Apoptosis,
Activación genes proinflamatorios
y genes inmunomoduladores
2. CD95 o Fas
Apoptosis en sitios
privilegiados (SNC)
3. TRAIL (DR4-DR5)
Apoptosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
1
Inducción Apoptosis
Vía Extrínseca Receptores Muerte
Ligando
TNF a
Ligando CD95
Receptor
Muerte
TNF R
CD95 Fas L
Proteína
adaptadora
TRADD
Procaspasa
FADD
Procasp 8
TRAIL
DR4 DR5
FADD
TRAF2
NF-kb; JNK AP1 Procasp 8
Cascada de
apoptosis
APOPTOSIS
Inflamación
Inmuno
modulación
APOPTOSIS
APOPTOSIS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
1
Receptores
de Muerte
TNFR1
(Superfamilia
de genes TNF)
Trimerización
Proteínas
adaptadoras
Dominios
muerte
Procaspasa 8
Caspasa 8
Caspasa 9
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
Vía señalización
Inducción
Genes proinflam.
Inmunomodulación
Receptores
FasL o CD95
1
Receptores
de muerte
(Superfamilia
de genes TNF)
CD95 receptor
FADD
Procaspasa 8
} DISC
Death inducing
signaling complex
Procaspasa 8
Caspasa 8
Proteína
adaptadora
FADD
Caspasa 3
Apoptosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
2 Apoptosis Vía Intrínseca
Mitocondria
ROS
ATP
fosforilación oxidativa
producción ATP
generación ROS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
2
Vía Intrínseca Mitocondrial
Inducción
Flia. Bcl2
Estrés
Celular
Radiaciones
Químicos
Infección viral
Estrés
Oxidativo
Deprivación
F. Crec.
ROS
Mitocondria
AIF
Endonucleasa G
Caspasa
independ
Cit c
Apoptosoma
Inhibe
inhibidores
SEÑALES
que inducen
LIBERACIÓN
de mediadores
de apoptosis
de la
mitocondria
Muerte
celular
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
2
Vía Intrínseca Mitocondrial
Flia. Bcl2 ROS
Cascadas
Moléculas
mitocondriales
que MEDIAN vías
apoptóticas
Mitocondria
AIF
Endonucleasa G
Caspasa
independ
Cit c
Apoptosoma
Inhibe
inhibidores
1. Caspasa
independientes
2. Caspasa
dependientes
Muerte
celular
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
APOPTOSIS
Staurosporin
estimula apoptosis
Factor
inductor de
Apoptosis
AIF
Apoptosis
caspasa
independiente
Receptores
muerte
Caspasas
ejecutoras
Bulas
membran
a
Fragmentación
núcleo
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
1. Vía Receptores de Muerte:
Activan caspasas Iniciadoras 8 y 10
que activan a las Efectoras 3 , 6 y 7
que clivan proteínas estructurales responsables
de cambios morfológicos y fragmentación nuclear
2. Vía Mitocondrial
Se forma el Apoptosoma, rueda de 7 moléculas
de APAF1, citocromo C y procaspasa 9 que activa
caspasa 9 que activa la Efectora 3 y otras
responsables de cambios morfológicos y fragmentación
nuclear
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
La SENSIBILIDAD
de la célula a
Estímulos Apoptóticos
depende del:
BALANCE
entre
proteínas PRO y
ANTI-apoptóticas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
FAMILIA PROTEÍNAS Bcl2
1. Pro: Bax y Bad (citosol)
Sensores de daño o estrés celular
Forman POROS transmembrana
en la mitocondria
2. Anti: Bcl2 y BclXL (mitocondria)
Evitan que las Pro formen el poro
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
En APOPTOSIS
las proteínas Pro y Antiapoptóticas
interactúan sobre la membrana mitocondrial
forman POROS
y
desencadenan
CASCADAS
CASPASA dependiente
y
CASPASA independiente
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
BALANCE PROTEÍNAS FAMILIA BCL2
Aumento de Proteínas Aumento de Proteínas
Anti-Apoptóticas
Pro-Apoptóticas
Bcl2
BclXL
SOBREVIDA
BAD
BAX
MUERTE
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Bcl2
BclXL
Antiapoptóticas
sobre
mitocondria
Bcl2
BAD
BAD, BAX
Proapoptóticas
en citosol
Apaf-1
APOPTOSOMA
Procaspasa 9
PORO transmembrana
(PT):
* Eflujo Cit C
y AIF
*Disminución
Vm mt
Cascada de
caspasas
Factor inductor
apoptosis AIF
Bax
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cascada
de caspasas
Señales
apoptóticas
Desfosforilación Bad
Liberación
Bad
Citocromo c
Apoptosoma
Cascada caspasas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Dominio de
reclutamiento
de caspasa
Cascada de caspasas
Formación
del
apoptosoma
Citocromo c
Apaf
Apaf
Factor activante
apoptótico
Monomérico
citosol
Enlace
citocromo c
Dominio
oligomerización
Procaspasa 9
Oligomerización
Apoptosoma
http://www.nature.com/nrm/journal/v9/n7/images/nrm2434-i2.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cascada de caspasas
Apoptosoma
Apaf1
Citocromo c
Procaspasa 9
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cuando se
ABRE UN PORO
en la
membrana mitocondrial:
1. Pérdida del potencial de membrana
(Vm mt)
2. Eflujo de citocromo C
(vía caspasa dependiente)
3. Eflujo de Factor Inductor de Apoptosis
(AIF) (vía caspasa independiente)
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Estímulos apoptóticos
Liberación
Cit c
Apoptosoma
Caspasa 3 activa
Apoptosis
http://www.bumc.bu.edu/phys-biophys/files/2010/04/intrinsic-apoptotic-pathway.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Ca++
Exceso
Ca++
Excitotoxicidad
Químicos
radiaciones
Ca++
Activación
calpaína
Bcl2
APOPTOSOMA
Cit c
ROS
Vm mt
Mitocondria
Cascada de Caspasas
efectoras 3,6,7
AIF
Fragmentación
ADN
Apoptosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Señales
supervivencia
Estímulos
Hipoxia ROS
Ligandos
Inducen muerte
Aumento
expresión
Proteínas
antiapoptóticas
http://emedicine.medscape.com/article/812407-overview
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Señales de supervivencia
Estrategias neuroprotectoras
implican activación de
receptores de supervivencia via
eritropoyetina (EPO)
http://emedicine.medscape.com/article/812407-overview
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
CASPASAS
Familia de cisteína proteasas que se activan luego
de inducción de apoptosis
Inductoras
Vía Receptores de Muerte: caspasas 8 y 10
Vía Mitocondria: caspasa 9
Vía estrés Retículo endoplásmico: caspasa 12
Ejecutoras
3, 6 y 7
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
EFECTOS DE CASPASAS
1. Inactivación de enzimas que reparan ADN:
PARP polimerasa poliADP ribosa
2. Inactivación de enzimas implicadas en
replicación:
ADN topoisomerasa II
3. Destrucción de proteínas estructurales
del núcleo lamin, y de citoplasma actina
4. Fragmentación ADN
activan CAD (ADN asa) que fragmenta al
núcleo
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
EFECTOS NUCLEARES
Fragmentación nucleosomal de ADN
Caspasa 3
Caspasa 3
CAD
cliva ICAD,
deja ADNasa
activada que
fragmenta ADN
Nucleosoma
cliva PARP,
no se puede
sintetizar
PAR que
repara ADN
Fragmento ADN
Caspasa 3
PARP sintetiza PAR que
repara ADN
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Acción de caspasas
Vía
receptores
muerte
Fragmentación
de ADN nuclear
Caspasa 3
activa cliva
a ICAD
Caspasa 8
activa cliva
a caspasa 3
CAD
fragmenta
ADN
CAD=Caspase Activated Deoxyribonuclease
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
* Es la forma predominante de muerte en ND
* Se activan proteasas que destruyen moléculas
que se necesitan para sobrevivir
El citoplasma y núcleo se condensan,
mitocondrias, ribosomas y cromatina
se agregan
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
* Los cuerpos apoptóticos y el ADN cromosómico
son clivados en fragmentos internuclosomales
de 180 bp
* Disminuye el potencial de membrana de la
mitocondria
* Hay acidificación intracelular, generación de ROS
y externalización de residuos fosfatidilserina para
permitir fagocitosis por macrófagos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
Señales de
muerte
•
•
•
•
Estrés oxidativo
Glutamato
Dism F. Crec.
Mutación genética
fosfatidilserina
bulas
Proteolisis
endonucleasas
Núcleo
Fase Inicio
Núcleo
Fase Efectora
Fase Degradación
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
http://www.nearingzero.net/screen_res/nz253.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis en estados patológicos
Aumento
- En neurodegeneración: AD, PD
- En trofoblastos en relación con preeclampsia
Disminución
- En cáncer proliferación de células
- En enfermedades autoinmunes proliferación
células sinoviales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
En Neurodegeneración ocurre
apoptosis y necrosis
pero,
predomina
APOPTOSIS
excesiva
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Cascada de Vida
Mitocondria
en la vida
y muerte
celular
Aumenta producción de:
Proteínas antiapoptóticas
Enzimas antioxidantes
Inhibidores de apoptosis
Apoptosis en
neurodegeneración
a nivel de la sinapsis Cascada
de Muerte
M.P. Mattson
Apoptosis in neurdegenerative disorders
Nature Reviews Molecular Cell Biology
1: 120-30, 2000
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Aumenta:
Actividad RGLU
Entrada Ca++ externo
y del RE al citosol
Inducción cascadas
apoptóticas
Rol de mitocondria
en apoptosis
Apoptosis
Citosol
Prot. Pro Daño ADN
apoptótica
Prot. Anti
apoptótica
Proteínas en
el espacio
intermembrana
Matriz
Nature 443; 787-95,2006
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MINOCILINA
Antibiótico que inhibe la permeabilidad
de la mitocondria que media liberación
de citocromo c y por tanto evita apoptosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis en Alzheimer
Amiloide
beta
Vía
mitocondrial
Estrés
oxidativo
Vía
Receptores
muerte
Caspasa 3
Apoptosoma
Apoptosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis en Alzheimer
En cerebros de pacientes con AD se ha
encontrado aumento de actividad de caspasa 6
que no aparece en sanos.
La actividad de caspasa 6 aumenta cuando las
células están bajo estrés. Las neuronas sanas
expuestas a caspasa 6 degeneran
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis en modelo de ALS
En 2% ALS hay mutaciones del gen SOD1
que llevan a la muerte de motoneuronas
APOPTOSIS EN
MOTONEURONAS
Condensación de
cromatina
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis en modelo de ALS
Motoneuronas
Cromatina
condensada
a.
b.
c.
d.
Condensación de cromatina motoneuronas asta anterior med. esp.
Movilización de BAX de citosol a membrana mitocondrial
Movilización citocromo c a la inversa
Caspasa 7 activada en el curso de la enfermedad
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Tipos de
muerte neuronal
1. Necrosis
2. Apoptosis
3. Autofagia
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia
• Degradación de componentes
citosólicos en lisosomas
• Importancia reciente en
neuronas
• Acumulación de autofagosomas
en neurodegeneración
¿Es bueno o malo?
Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases.
Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia
¿Es un testigo inocente de muerte celular?
¿Es una vía ejecutora de muerte directa?
¿Es un mecanismo de defensa que falló?
¿ Es un mecanismo que limpia remanentes
de la célula que ya decidió morir?
¿O es todo esto?
Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases.
Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia
AUMENTA cuando la célula necesita
Supervivencia
Nutrientes y ATP, velocidad baja en
condiciones normales
Remodelar arquitectura
Eliminar componentes dañados por
estrés oxidativo, agregados
proteicos
Muerte
Ser fagocitada, velocidad alta como
mecanismo de muerte programada
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Apoptosis
• Colapso
citoesqueleto
• Preservación
de organelos
• Fragmentación
ADN
• No inflamación
vs Autofagia
• Preservación
citoesqueleto
• Degradación de
organelos
• No fragmentación
ADN
• No inflamación
vs. Necrosis
• Disolución de la célula
• Hay Inflamación
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Tipos de Autofagia
• Macroautofagia
Secuestración de citosol por
autofagosomas
• Microautofagia
Secuestración de citosol por invaginación
membrana lisosómica
• Autofagia mediada por chaperonas
La carga es selectivamente reconocida por
complejo de chaperonas citosólicas que la
entregan al lisosoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
TIPOS DE AUTOFAGIA
Autofagia
mediada por
chaperona
Proteína
Macro
autofagia
Micro
autofagia
Lisosoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
AUTOFAGIA
Autofago
lisosoma
Autofagosoma
Lisosoma
Macro
autofagia
Micro
autofagia
Preautofagosoma
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Macro-micro-autophagy.gif
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Pasos en la formación y maduración de autofagosomas
Endosoma
multivesicular
Autofagosoma
Lisosoma
Anfisoma
Autolisosoma
http://www.helsinki.fi/bioscience/biochemistry/pictures/Figure1Eskelinen.gif
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Proceso autofágico
Preautofagosoma
Autofagosoma
Proteínas citosólicas
y organelos
Hidrolasas
Lisosoma
Autolisosoma
http://www.nature.com/ncb/journal/v9/n10/images/ncb1007-1102-f1.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MACRO
AUTOFAGIA
Autofagosomas
Vesícula endosomal
http://www.helsinki.fi/bioscience/biochemistry/eskelinen
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagosoma
AUTOFAGIA
Macroautofagia
Autofagolisosoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Vacuola autofágica
inicial con mitocondria,
ribosomas y retículo
endoplásmico
Vacuola autofágica
degradante
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=eurekah&part=A24952&rendertype=figure&id=A24956
Regulación
Proceso de Autofagia
Nutrientes activan mTOR
(target of rapamicin)
Complejo enzimático
inhibidor
No hay
Autofagia
Deprivación nutrientes
fact. crecimiento
Rapamicina
Inactivan mTOR
Inducen
Autofagia
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Inhibición de mTOR
Falta
nutrientes
Autofago
lisosoma
Anclaje y fusión
con el lisosoma
Inducción
Formación de
autofagosoma
http://www.abcam.com/ps/cms/Images/Autophagic_Pathway_480px.jpg
Proceso de Autofagia
Lisosoma
http://nanobiotechnews.com/wp-content/uploads/2010/10/cellular_autophagy.jpg
1. Preautofagosoma
2. Membrana de aislamiento
Degradación material
citoplásmico
3. Autofagosoma
Aminoácidos, ácidos grasos
4. Lisosoma
Síntesis proteínas, ATP
5. Autofagolisosoma
Supervivencia
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Otras circunstancias pueden
inducir autofagia:
Agregados de proteínas
Estrés de organelos
Invasión patológica
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
AUTOFAGIA
Relación con muerte programada
Protege o daña la célula??
Relación con neurodegeneración?
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
http://en.wikipedia.org/wiki/Autophagy_(cellular)
AUTOFAGIA
1. Mecanismo supervivencia
2. Autolimpieza de células que
están muriendo
3. Defectos de autofagia
Enfermedad ND
Acúmulo de proteínas anormales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia en Neurodegeneración
Inducción por
aumentadores
de autofagia
Neurodegeneración
Proteína mutada
proclive a agregarse
Degradación
proteína
mutada
Reducción
agregados
y toxicidad
Protección en
modelos de ND
http://www.nature.com/cdd/journal/v16/n1/fig_tab/cdd2008110f1.html#figure-title
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia y neurodegeneración
Se ha considerado tanto beneficiosa
como perjudicial en relación con ND
Está defectuosa en algunos modelos de
Enf. ND
Hay evidencias de autofagia en células
que están muriendo, pero puede ser que
esté ayudando a supervivencia
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Alteraciones en Macroautofagia
en neurodegeneración
• Inducción de autofagia está reducida
• Represión de autofagia está aumentada
• Reconocimiento de la carga está alterado
• Fusión autofagosoma-lisosoma es ineficiente
• Degradación de la carga autofágica es ineficiente
Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases.
Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia y neurodegeneración
Ejemplos de alteraciones de autofagia:
Alzheimer:
Disminución de inducción de macroautofagia
Huntington:
Aumento de represión autofagia (mTOR)
Alteraciones del reconocimiento de la carga
Deficiente fusión con el lisosoma
Alteraciones de almacenamiento
lisosomal:
Deficiente degradación de la carga en el lisosoma
Autophagy gone awry in neurodegenerative diseases.
Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia y neurodegeneración
2.
mHtt y
excitotoxicidad
3.
1.
mHtt
Activa
apoptosis
Inhibe
autofagia
Huntigtin
mutada
Aumenta
ND
http://www.nature.com/cdd/journal/v16/n1/images/cdd2008110f4.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Autofagia en neurodegeneración
Proteínas
mutadas
Acúmulo de proteínas mutadas pueden
ser limpiadas por autofagia
http://nanobiotechnews.com/wp-content/uploads/2010/10/cellular_autophagy.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
RAPAMICIN A
Antimicótico que por inhibir al
complejo enzimático mTOR induce
autofagia en modelo de Enf.
Huntington y acelera la limpieza
de Htt mutada agregada
Y por último…
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Noviembre 2010
La necrosis se considera una forma de
muerte accidental, un proceso no controlado
a diferencia de apoptosis y autofagia
Pero, trabajos recientes retan este dogma
para considerar NECROSIS PROGRAMADA!!
y la mitocondria con papel preponderante
Esta visión también hace asociar esta necrosis
con enfermedades como las neurodegenerativas
C. Baines.
Role of the mitochondrion in programmed necrosis.
Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Necrosis Programada
Interacción PK
Mitocondria
PARP1 poliADP
ribosa polimerasa
Componentes de señalización del programa necrótico
C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156
http://www.frontiersin.org/Journal/Abstract.aspx?s=689&name=mitochondrial%20physiology&ART_DOI=10.3389/fphys.2010.00156
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Necrosis Programada
Proteínas flia Bcl2
Mediadores mitocondriales de necrosis programada
C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156
http://www.frontiersin.org/Journal/Abstract.aspx?s=689&name=mitochondrial%20physiology&ART_DOI=10.3389/fphys.2010.00156
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
MECANISMOS MOLECULARES
que conducen a
MUERTE NEURONAL
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Mecanismos Patogénicos en
Neurodegeneración
CENTRALES
Estrés oxidativo
Disfunción mitocondrial
OTROS
Agregación de proteínas anormales
Disfunción de degradación de proteínas
Excitotoxicidad e Inflamación
Alteración homeostasis de metales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
A pesar de muchas evidencias de
estos procesos patogénicos en estas
enfermedades, todavía hoy continua
el dilema:
QUIEN ES PRIMERO
?
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
¿Son causas,
consecuencias,
combinaciones???
¿El huevo o la gallina?
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
el siguiente...
Mecanismos Patogénicos
Moleculares
Estrés oxidativo
Disfunción mitocondrial
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010