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ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 Ximena Páez Facultad de Medicina ULA I. INTRODUCCIÓN II. PATOGENIA MOLECULAR III. ENF. NEURODEGENERATIVAS IV. FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Htt Ab a sinucleina Neurodegeneración ESTRÉS OXIDATIVO apoptosis ? DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL microglia agregación de proteínas degradación de proteínas Inflamación Excitotocicidad necrosis Metales SOD1 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 II Patogenia en neurodegeneración MECANISMOS CENTRALES • Estrés oxidativo y Disfunción mitocondrial OTROS • Agregación de proteínas 2da parte • Degradación de proteínas • Excitotoxicidad e Inflamación • Alteración homeostasis de metales • Óxido nítrico y acción de proteínas como priones X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS 2da. parte Enfermedad de Alzheimer Sigue.. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Enfermedad de Alzheimer caracterizada por: depósitos de dos proteínas anormales: Amiloide beta PLACAS (extracelular) Tau hiperfosforilada OVILLOS (intracelular) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 PROTEÍNA TAU Y ALZHEIMER X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos neurofibrilares en Alzheimer Tinción argéntica de Bielschowski http://www.neuropathologyweb.org/chapter9/images9/9-2.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos neurofibrilares en Alzheimer Ovillos neurofibrilares dentro de neuronas deformadas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Nature Medicine 12: 762-63, 2006 pg 765 Ovillos neurofibrilares en Alzheimer Ovillos neurofibrilares Alzheimer Tinción argéntica http://library.med.utah.edu/WebPath/jpeg5/CNS097.jpg http://en.wikipedia.org/wiki/Neurofibrillary_tangle X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos neurofibrilares en Alzheimer Tinción plata de Bielschowsky http://www.pathology.vcu.edu/WirSelfInst/neuro_medStudents/image/dementia/tangle.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos neurofibrilares en Alzheimer Hematoxilina-Eosina http://library.med.utah.edu/WebPath/jpeg5/CNS094.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos neurofibrilares en Alzheimer X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inmunoreactividad negativa para tau cerebro individuo control Corteza temporal Corteza frontal http://www.bu.edu/alzresearch/cste/ X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tauopatías Encefalopatía traumática Control Fútbolista 43a Boxeador 73 a demencia Corteza frontal Inmuno Reactividad Tau Tau negativa Tau positiva Tau positiva intensa http://www.bu.edu/alzresearch/graphics/clip_image002_021.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tauopatías Encefalopatía traumática Neocortex Futbolista 45a Amígdala Inmuno Reactividad Tau + http://www.bu.edu/alzresearch/cste/ X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tauopatías Encefalopatía traumática Corteza frontal Futbolista 18a Corteza insular Inmuno Reactividad Tau + http://www.bu.edu/alzresearch/cste/ X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tau es una proteína asociada a microtúbulos (MAP) FUNCIÓN DE TAU NORMAL 1. Mantiene estabilidad de microtúbulos 2. El grado de fosforilación influye en su función estabilizadora 3. Se encuentra principalmente en axones Permite transporte axónico normal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Microtúbulo Hetero dímero Alfa tubulina Núcleo Beta tubulina Proto filamento Red Micro túbulos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Microtúbulo Proteína motora X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 dineina kinesina Transporte por microtúbulos Terminal Cuerpo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Kinesina vesícula kinesina microtúbulo Kinesina camina a lo largo del microtúbulo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Red de microtúbulos Microtúbulos y proteínas asociadas a microtúbulos en una neurona X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Transporte axónico por un microtúbulo Kinesina va hacia el terminal kinesina dineina Dineína hacia el cuerpo Tau (MAP) en rosado sobre microtúbulo http://www.alzforum.org/images/new/Holzbaur3.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Formación de ovillos de tau dentro de la neurona Neurona sana vesícula Neurona muriendo Neurona enferma PHF Formación ovillos ovillos Filamento tau-p http://www.nia.nih.gov:80/NR/rdonlyres/878C0448-1597-4E49-A23A-D105795B36FD/10888/02_neurons_lg1.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tau estabiliza microtúbulo Neurona sana Microtúbulo Neurona enferma Microtúbulos desintegrándose Formación de ovillos neurofibrilares con tau hiperfosforilada Subunidades separadas Grumos de tau enrredada Microtúbulos desintegrándose http://en.wikipedia.org/wiki/File:TANGLES_HIGH.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 De Tau hiperfosforilada a formación de Ovillos Ovillos Microtubulos desintegrados Fragmentos Tau http://www.nia.nih.gov/NR/rdonlyres/ 51955473-2545-4C9B-A367-BB0BB82C00D1/7752/pic06.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tau estabiliza los microtúbulos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tau estabiliza microtúbulos Microtúbulo normal Tau fosforilada No se adhiere a microtúbulos Microtúbulo desintegrado X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Polimerización de tubulina depende del GRADO de fosforilación tau Tau Hipofosforilada induce polimerización y estabilización Tau Hiperfosforilada lleva a despolimerización X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos de tau Hiperfosforilada dentro de una neurona http://www.rndsystems.com/DAM_public/5213.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Balance Tau fosforilación /desfosforilación Fosforilación normal Fosforilación anormal Alzheimer Agregación tau Epitopes AT100, TG3 en Alzheimer X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Balance Tau fosforilación /desfosforilación Sitios de fosforilación en tau Sitios normales Sitios patológicos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tau hiperfosforilada en Alzheimer Muestras corteza parietal A1 A2 A3 A4 A5 A6 Proteínas tau patológicas Tau patológicas en A1-A6 Alzheimer No hay tau patológicas en C1-C6 controles pareados por edad FEBS Lett 247: 213-6,1989 Nature 346:22,1990 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 FOSFORILACIÓN DE TAU * Tau es sustrato de varias kinasas como GSK3, cdk5, MAPK, etc. * La activación o aumento de expresión de kinasas puede tener significación en la patogénesis de tauopatias * También sus inhibidores pueden tener rol terapéutico GSK3: glucógeno sintetasa kinasa CDK5: Kinasa 5 dependiente de ciclina MAPK: Kinasa de proteínas asociadas a microtubulos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 FOSFORILACIÓN DE TAU CDK5 Kinasa 5 dependiente de ciclina que fosforila a tau. Al ser inhibida disminuye los ovillos de tau, puede tener un efecto protector y regenerador en neurodegeneración. Acaban de reportar un compuesto HSB13 que tiene rol protector en modelos de HD y AD que parece inhibir la vía de CDK Wang et al. Journal of Neuroscience Research 88: 1970–1984, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 FOSFORILACIÓN DE TAU Tau anormalmente hiperfosforilada es ubiquitinada, proteolíticamente procesada y agregada en filamentos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Proteína tau Pair Helical Filaments PHF http://www.neuropathologyweb.org/chapter9/chapter9bAD.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 PHF Filamentos Positivos ALZHEIMER EM Immunogold stain X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Tau anormal HIPERFOSFORILADA 1. Pierde habilidad para enlazarse a microtúbulos 2. Desestabilización de microtúbulos desarreglo del transporte axonal pérdida total de función neuronal 3. Resistencia a degradación proteolítica formación de filamentos helicoides pareados (PHF) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos con patrón fibrilar diferente Hipocampo región CA1 Triple marcaje: Con Ab 423 (azul) es tau más fibrilar compuesta por tau truncada en ac. glutámico-391 Con Ab Tau-66 muestra patrón punteado (verde) Con rojo Thiazin que reconoce la conformación ß-sheet Ovillos pequeños vistos en superposición de canales parecen representar estadíos tempranos ya que son fuertemente teñidos por rojo Thiazin y exhiben más tau epitopes reconocidos por Tau66. http://www.binderlab.northwestern.edu/confocal-web-site.html Microscopio confocal e Inmunohistofluerescencia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregación de tau Balance de tau libre fosforilada/ enlazada a microtúbulos Agresores genéticos y ambientales Hiper fosforilación de tau Tau libre fosforilada Agregación de proteína tau Tau enlazada Micro agregados tau Inclusiones NFT Inicio neurodegeneración En rojo los factores que promueven tau fosforilada (fosfokinasas) En azul los factores protectores (fosfatasas) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregación de tau Balance de tau libre/ enlazada * La fosforilación aberrante de tau 1. reduce la afinidad de tau por los microtubulos 2. aumenta la cantidad de tau libre fosforilada 3. tau se agrega más rápido de lo que puede ser degradada * Una vez que tau libre alcanza un nivel crítico, tiende a la fibrilización, lo cual estimula el aumento de agregación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos tangles neurofibrilares (NFT) Son la característica patognomónica de tauopatías Están compuestos de tau agregada hiperfosforilada y dispuesta en filamentos helicoides en pares (PHF) http://www.neuropathologyweb.org/chapter9/ chapter9bAD.html#ad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ovillos tangles neurofibrilares (NFT) en ALZHEIMER tau agregada intracelular (MO) http://library.med.utah.edu/WebPath/jpeg5/CNS097.jpg Filamentos de tau (PHF) (microscopio electrónico) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 1 1 1. Ovillo NF tau intracelular 2. Placa b amiloide agregado vaso 2 60 x Tioflavina CNND X. Páez 04 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Thioflavina 60x TG3 ANTI-FOSFO TAU Ser 231 60x colocalización 60x Ratones tg Modelos AD Inmunohistoquímica corteza CNND X. Páez 04 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Hipótesis de tau Placas PHF Tau-P Tau hiperfosforilada desarrolla PHF Muerte neuronal PHF se acumulan en neuronas Tau anormal y PHF promueven placas Se forman NFT alterando función La neurona finalmente muere X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 TAU Y ALZHEIMER En Alzheimer familiar no se ha descrito mutaciones genéticas de proteína tau Alzheimer se considera una tauopatía secundaria X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 TAU Y ALZHEIMER El hallazgo del gen mutado de tau como responsable de Demencia Frontotemporal con Parkinsonismo asociada al cromosoma 17 (FTDP-17) ha dado evidencia convincente del rol de tau en neurodegeneración M. Hong et al (grupo JQ Trojanowski) Science 282: 1914-17, 1998 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Modelos transgénicos en Alzheimer •Ratones tg con mutación APP •Ratones tg con mutación PS •Ratones tg con mutación tau •Ratones doble tg con APP y PS •Ratones triple tg con APP, PS y tau La mutación P301L de tau, provoca desestabilización de tau y su agregación y ha permitido construir ratones transgénicos modelos de Alzheimer X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Relación Tau y amiloide beta La combinación de mutaciones APP/PS y tau mutada acelera la formación de NFT Anti-NFT (red) 6E10 teñido Contra amiloide (azul) luego de inyecciones AAV con tau Placas cerca Inyecciones AAV Tau Rodeadas por anillos anti anti-NFT Expresiónde tau en hipocampo de ratones doble transgénicos PSI/APP Modelo de AD American Journal of Pathology 164: 347-53, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Oddo, LaFerla y col. desarrollaron ratón triple transgénico con mutantes humanas APP, PS1 y tau (Neuron 39: 409-21,2003) con aumento precoz de Ab intraneuronal con alteraciones sinápticas y déficit cognitivos antes de que aparezcan placas y ovillos Nature Medicine - 12, 762 – 763, 2006. Aumento rápido de tau en el ratón doble transgénico que expresa mutante APP y PSEN 1 Brain Res 1094: 102-109, 2006 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inyección intracerebral de anticuerpos contra Ab en ratones tg con placas y ovillos redujo rápidamente depósitos fuera y dentro de neuronas y también la acumulación de tau anormal (Oddo et al., 2004). Pero al retirar los anticuerpos reaparecieron la patología amiloide seguida de la patología tau. Otro estudio con el mismo modelo animal encontró que la eliminación de amiloide beta dentro de la neurona se correlacionó con signos precoces de mejoría cognitiva (Billings et al. 2005). Esto indica relación entre amiloide beta y patología tau. También que el acumulo amiloide beta ocurre antes de los depósitos amiloide y coincide con precoz alt cognitiva. http://www.nia.nih.gov/NR/rdonlyres/ 51955473-2545-4C9B-A367-BB0BB82C00D1/7752/pic06.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Más Ab lleva a más patología tau Menos Ab menos patología tau Frank M. LaFerla University of California Irvine http://www.nature.com/nm/journal/v12/n7/box/nm0706-762_BX1.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 * Aunque NFT es característica de Alzheimer, NO se ha encontrado mutaciones de tau en la enfermedad familiar!! * Pero la identificación de una mutación en el gen de tau en la FTDP-17 donde no hay patología amiloide, demuestra que la alteración de tau podría ser causa primaria de ND X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 En ALZHEIMER hay: Pero, *Depósito de Ab insoluble *Depósito de tau insoluble * la relación temporal entre cascada amiloide y agregación de tau, * y la relación de Ab y tau con la muerte neuronal NO están aun definitivamente claras!!! * Pero parece que antecede la patología Ab y luego la de tau X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Ab tau ? Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 INTERACCIÓN MOLECULAR ENTRE APP AND TAU EN EL TRANSPORTE AXÓNICO • APP: parece tener función neurotrófica y es llevado en vesículas por transporte anterógrado • Tau: BAJA concentración, mantiene el transporte axónico ALTA concentración, inhibe el movimiento anterógrado de vesículas de: APP que se concentran en el cuerpo y aumenta Ab, Peroxisomas (vulnerabilidad a estrés oxidativo) Mitocondrias en el terminal, afectando sinapsis y acelerando degeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas cultivadas con expresan APP (Izq.) y con expresión temporal de tau (Der.)) La expresión de tau inhibe el tráfico de APP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Daño neuronal por inhibición de transporte de APP 1. Depleción de APP en la sinapsis: pérdida de función neurotrófica 2. Retención de APP en el soma: aumento de niveles de Ab Esto tiene interés en Alzheimer X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 RELACIÓN ENTRE Ab y tau Ahora que se conocen las cascadas de Ab y y cómo se forman los NFT, se comienza a entender CÓMO influye Ab en tau y viceversa Es posible que la alteración de Ab venga antes que la de tau Aumento de Ab1-42 induce a kinasas GSK3b y cdK5 que llevan a fosforilación de tau y a apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Toxicidad Ab y tau Neuronas hipocampales tratadas con Ab afectan su transporte axónico Pero si los ratones no tienen tau no se afecta, esto sugiere que tau media la toxicidad Ab X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Toxicidad Ab y tau Toxicidad Ab es dependiente de tau En ratón tg con tau mutada hay deterioro del transporte axónico anterógrado que precede la pérdida de neuronas en ratones viejos. Tau-P interactúa con J1P1, la proteína asociada a complejo motor de kinesina. La interacción patológica tau-J1P1 afecta al transporte axónico y depende de la fosforilación de tau de manera independiente de los efectos APP/Ab42. Mitocondrias de tg con tau P301L incubadas con oligómeros Ab pierden Vm mt en n. corticales donde se expresó el gen mutado de tau, esto indica que tau media toxicidad Ab Neurodegenerative diseases 7: 10-12, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Relación Ab y tau Clearance Ab plasma b y g secretasas APP Proteolisis Ab cerebral Transporte BHE Enz. correlativas Ab monomérico Zn/Cu GMI o NAC Ab oligomérico Ab fibrilar Zn/Cu GMI o NAC ROS ROS ROS GSK3b Receptores Tau hiperfosforilada ASK1 JNK HC Huang, ZF Jiang. Accumulated amyloid beta peptide and hyperphosphorylated tau protein: relationship and links in Alzheimer’disease. J Alzheimer DIS 16:15-27, 2009 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Relación Ab y tau En sanos hay mecanismos de eliminación de Ab Si fallan se acumula y hay riesgo de neurotoxicidad La limpieza de Ab ocurre por: • Proteolisis extra e intraneuronal • Transporte por la barrera hematoencefálica Relación Ab y tau Ab y tau fosforilada coexisten Tau se hiperfosforilará si hay desbalance fosforilación/desfosforilación y perderá habilidad de estabilizar microtúbulos Las vías de señalización de hiperfosforilación de tau puede relacionarse con acúmulo de Ab Ab aumentada induce fosforilación de tau por estrés oxidativo y receptores neuronales HC Huang, ZF Jiang. Accumulated amyloid beta peptide and hyperphosphorylated tau protein: relationship and links in Alzheimer’disease. J Alzheimer DIS 16:15-27, 2009 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Relación Ab y tau Ab aumentada induce fosforilación de tau por: estrés oxidativo y receptores neuronales 1. Ab produce aumento de ROS que inicia señal reguladora JNK e induce indirectamente la fosforilación de tau 2. Ab actúa directamente con a7nAChR y forma un complejo que induce actividad de PI3K/AKT, PI3K/AKT induce fosforilación de GSK3b y GSK3b induce fosforilación de tau HC Huang, ZF Jiang. Accumulated amyloid beta peptide and hyperphosphorylated tau protein: relationship and links in Alzheimer’disease. J Alzheimer DIS 16:15-27, 2009 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Toxicidad Ab y tau “El eslabón perdido” Evidencia de la mediación de tau en la toxicidad Ab The missing link. Nature Rev Neurosci 11: 608, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 LA SINAPSIS PRE PRE POST http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/chemical/postsyn.htm POST PRE http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/chemical/schematic2.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 POST http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/chemical/psd.htm Evidencia de la mediación de tau en la toxicidad Ab El eslabón perdido En Alzheimer la ND se inicia en la SINAPSIS Tau regula la interacción de la proteína 95 de la densidad postsináptica (PSD95) con los receptores NMDA, los que se cree median la toxicidad Ab (Cell 142:387-97, 2010). La kinasa FYN regula anclaje de RNMDA a la densidad postsináptica a través de PSD95. Tau regula el anclaje de RNMDA a PSD95 a través de kinasa FYN En ratón tg APP modelo de AD, la toxicidad Ab disminuye si se interfiere con la interacción RNMDA–PSD95 Por tanto, la toxicidad Ab es mediada por tau a nivel postsináptico The missing link. Nature Rev Neurosci 11: 608, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Toxicidad Ab y tau El eslabón perdido Dendritic function of tau mediates amyloid b toxicity in Alzheimer’s disease mouse models Ittner at al. Cell 142: 387-97, 2010 FYN-Tau-Amiloide: una tríada tóxica http://elbiruniblogspotcom.blogspot.com/2010/08/cell-dendritic-function-of-tau-mediates.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS Y PARKINSON X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS EN PARKINSON La lesión característica es el Cuerpo de Lewy, cuerpo de inclusión, compuesto de: fibrilla amiloide, º a sinucleina oxidada agregada º proteínas chaperonas º ubiquitina º sinfilina 1 º X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Cuerpos de Inclusión de Lewy neurona H&E ubiquitina prolongaciones a sinucleina E. Bossy- Wetzel et al Molecular pathways to neurodegeneration Nature Medicine 10 Suppl: S2-S9, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neurona DA sustancia negra en Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inclusiones Intracelulares o CUERPOS DE LEWY a sinucleina Cuerpos (Sustancia Negra) de Lewy neuromelanina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregación de sinucleina Estructura de a sinucleina con sitios de mutaciones DA Agregación de a sinucleina Inclusiones: Cuerpos de Lewy F. Ambiente NO Peroxinitrito R. Hidroxilo Anión superóxido Metales pesados ROS Mutaciones Familiares PD Protofibrillas + + Inhibición proteasoma Fibrillas Muerte celular Cuerpos Lewy Inclusiones neuronas glia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 a sinucleina Monómero Oligómeros Formación cuerpo Lewy Fibrillas b sheet Cuerpo Lewy X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregación a a sinucleina b c a. oligómeros protofibrillas a sinucleina b. ME c. y d. fibrillas bsheet d e f e. y f. cuerpos Lewy a sinucleina http://www.nature.com/nrn/journal/v4/n9/images/nrn1199-f1.jpg Nature Reviews Neuroscience 4, 727-738, 2003 Cuerpo Lewy Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MUTACIONES EN PARKINSON º Puntuales dominantes o por aumento de a sinucleina (triplicación del locus) causan “ganancia de función” º Recesiva en genes de Parkin, DJ1 causan pérdida de función X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Vía DA nigroestriatal afectada en Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MUTACIONES EN PARKINSON FAMILIAR GEN PROTEÍNA SNCA PARKINA UCLH-1 PINK1 HTRA2 Formación vesícula sináptica parkina Ligasa E3 del UPS UCKHL-1 Componente UPS DJ1 LRRK2 (dardarin) ATP13A2 a sinucleina PINK1 DJ1 FUNCIÓN dardarin PK función mitocondrial Protección estrés oxidativo PK ATPasa tipo 13a ATPasa tipo lisosomal HtrA2/OMI Serina proteasa mitocondrial inhibe inhibidores apoptosis Expert Rev Proteomisc 7: 519-42, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Sobreexpresión y mutaciones de a sinucleina a sinucleina a sinucleina monómeros oligómeros Apoptosis citotoxicidad Muerte N. DA a sinucleina Cuerpos Lewy fibrillas Sobrevida Nature Review Neuroscience 4: 727-38, 2003 Patogenia Parkinson Mutaciones Disfunción Degradación Disfunción Mitocondrial Estrés Oxidativo Muerte celular M. Vila , S. Przedborski. Genetic clues to the pathogenesis of Parkinson´s diosease. Nature Medicine 10 Suppl: S58-S62, 2004 AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS Y HUNTINGTON X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN Y HUNTINGTON Mutación de repetición de trinuclétidos CAG codifica para Gln Proteína mutada huntingtin (htt) Hay más 40 CAG repeticiones que da tira poliQ Interacciones patológicas con otras proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregado de huntingtin (htt) Fragts htt Ptes hidrógeno Es un agrupamiento rígido y enrrollado de fragmentos de htt mutada. Puentes de H enlazan los fragmentos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inclusiones en HUNTINGTON La proteína mutada htt es clivada y los fragmentos poliQ forman agregados en cuerpo, procesos y núcleo. Los agregados htt son ubiquitina positivos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN de htt Modelo de htt indica sitio de repeticiones poliQ Agregados de poliQ repeticiones en neurona primaria transfectada con vectores que codifican para 104Q-GFP y HcRed, proteína fluorescente en rojo E. Bossy- Wetzel et al Molecular pathways to neurodegeneration Nature Medicine 10 Suppl: S2-S9, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN Y HUNTINGTON Proteína de la densidad postsináptica (PSD95) que interactúa con receptor NMDA interactúa con el dominio rico en prolina de htt Así puede htt modular la transmisión sináptica aprendizaje y memoria vía P95!!! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN Y HUNTINGTON * Hay buena correlación entre: agregación y enfermedad en humanos el largo de poliQ y la densidad de inclusiones * En cultivo de neuronas htt, las inclusiones predicen la sobrevida, el nivel de htt se correlaciona con muerte Los fragmentos cortos difusibles parecen disparar más disfunción y muerte neuronal que los agregados * Sin embargo, las inclusiones están en áreas que degeneran, pero no se corresponden con las neuronas que degeneran X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN Htt Inclusiones Intracitoplasmáticas Htt X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN en HUNTINGTON 2. mHtt y excitotoxicidad Interacciones Patológicas con proteínas 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 AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS Y ALS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AGREGACIÓN EN ALS Hay en 2% de casos familiares mutación de la enzima antioxidante SOD1 que produce “ganancia tóxica” de función más que pérdida de la actividad catalítica Se ha implicado en la disfunción y muerte neuronal de la motoneurona entre otros al mal plegamiento y agregación de SOD mutada X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregados en ALS Inclusiones citoplasmáticas Positivas a ubiquitina y neurofilamento en motoneuronas espinales de pacientes ALS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregados en motoneuronas en ALS Cuerpos Bunina Neurofilamentos ubiquitina positivos http://www.english.als-charite.de/VM/ALS/Clinicalpicture/Basics/tabid/1228/Default.aspx X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Estudios de ALS en ratones con mutante SOD1 ALS Médula espinal Motoneurona Placa neuromuscular verde: nervio, rojo: músculo http://neurology.emory.edu/ALS/images/researchPic.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregados en motoneuronas en ALS http://www.virtualmedstudent.com/images/BuninaBodyALS.png X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Agregación de SOD1 mutante humana en modelo ALS en mosca Afecta selectivamente a motoneuronas corteza, médula espinal control 1 día 28 días Mutación: Dismutasa superóxido SOD1 enzima antioxidante J. Biol. Chem. 2008, 283, 24972-24981 http://www.jbc.org/content/283/36/e99948/F1.medium.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 SOD1 Factores tóxicos Activación microglial Apoptosis en motoneuronas Parálisis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 PROBLEMAS NO RESUELTOS EN AGREGACIÓN ¿Cuál es la forma tóxica: monómero, oligómero o agregado? ¿Por qué estas proteínas particulares tienden a la agregación? ¿Cuáles son los blancos primarios de las proteínas tóxicas? ¿Los blancos son compartidos en diversidad de estas enfermedades? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Posibles mecanismos comunes de toxicidad 1. Sequestración de factores críticos 2. Inhibición del sistema Ub-proteasoma 3. Inapropiada inducción de caspasas y apoptosis 4. Inhibiciones de funciones específicas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 TRATAMIENTOS RACIONALES COMUNES en ND * Bloquear expresión de la proteína tóxica Ej. Reducir expresión de htt mutante * Acelerar la degradación de la proteína tóxica Bloquear el procesamiento proteolítico y transporte intracelular Ej. Eliminación de intermediarios Ab * Inhibir la tendencia de la proteína a agregarse con ella misma o con otras Ej. Aumentar las proteínas chaperonas HSP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Aun NO SE SABE CÓMO Proteínas Anormales llevan a ND Se necesita determinar el mecanismo de toxicidad de la proteína mal conformada X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 DEGRADACIÓN DEFECTUOSA DE PROTEÍNAS Sigue… X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 “The Doctor” Luck Fildes 1891 http://en.wikipedia.org/wiki/File:The_Doctor_Luke_Fildes.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
