Download Degradación

ACTUALIZACIÓN
SOBRE
NEURODEGENERACIÓN
Laboratorio de Fisiología de la Conducta
Noviembre 2010-Enero 2011
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 2011
Parkina
Htt Ab
Neurodegeneración
ESTRÉS OXIDATIVO
a sinucleina
DISFUNCIÓN
MITOCONDRIAL
microglia
apoptosis
degradación de
agregación de
proteínas
proteínas
Inflamación
Chaperonas
Autofagia
?
Excitotoxicidad
SOD1
Ubiquitina
Proteasoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
II Patogenia molecular
MECANISMOS CENTRALES
• Estrés oxidativo y Disfunción mitocondrial
OTROS
• Agregación de proteínas
• Degradación de proteínas
• Excitotoxicidad e Inflamación
• Otros
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
La función normal de una proteína
requiere que adopte
UNA
CONFORMACIÓN PARTICULAR
entre muchas posibles,
pero incorrectas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
El plegamiento correcto de la proteína
http://kabir93.files.wordpress.com/2009/09/800px-protein_folding.png?w=300&h=132
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
MAL PLEGAMIENTO
y
AGREGACIÓN
son comunes en la mayoría de
Enf. Neurodegenerativas
Esto sugiere
que,
anormalidades en la
homeostasis de Proteínas
contribuyen a la patogénesis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Aun no se sabe
cómo
Proteínas Anormales
llevan a
Neurodegeneración
Se necesita determinar
el mecanismo de toxicidad
de la proteína mal conformada
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Plegamiento y degradación
Estado
no plegado
Plegado intermedio
Chaperonas
Fragmentos de degradación
Chaperonas
Estado
nativo
Protofibrillas
Exceso
Fibrillas amiloide
Enfermedad
Enfermedad
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Forma normal
Vía potencial de
formación de cuerpos
de inclusión
Cambio de
conformación
monómero
Forma
anormal
Dímeros
Fibrillas
Agregados amorfos
Agregados
Oligómeros
(3-50 monómeros)
Asociación de dos o más
proteína o partes
Oligómeros
Intermediarios
Protofibrillas
Monómeros
Protofibrillas
Oligómeros
anulares
Agregados
amorfos
Fibrillas
Cuerpos de
inclusión
Cuerpos de Inclusión
Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, 891-98,2005
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Diferentes monómeros
proteínas mal plegadas
Oligómeros
anulares
Tóxicos??
Oligómeros
esféricos
Monómero
Nativo
Proteínas CHAPERONAS
median estabilización de
monómeros nativos
o mal plegamiento en
proceso
Agregados
amorfos
Fibrillas
Protectoras??
P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by
molecular chaperones.
Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
AGREGADOS DE PROTEÍNAS
EN
NEURODEGENERACIÓN
¿Son causa o consecuencia?
¿Son perjudiciales o protectores?
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Defensas que controlan la calidad
de las proteínas
1.
PROTEÍNAS CHAPERONAS
2. SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA (UPS)
3. AUTOFAGIA MEDIADA EN LISOSOMA
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
En dos sitios intracelulares
Lisosomas:
• Proteínas extracelulares captadas
por endocitosis
• Proteínas de superficie de membrana
• Proteínas engullidas por autofagosomas
Proteasomas:
• Proteínas endógenas
• Proteínas mal plegadas
• Proteínas dañadas por otras moléculas
en el citosol
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Defensas contra agregados
de proteínas anormales
Microtúbulos
Chaperonas
Forma
anormal
Endosoma/
Lisosoma
Proteasoma
Macro
autofagia
Forma
normal
Lisosoma
Chaperona
citoplasma
núcleo
Macroautofagia
Centríolo
Forma
normal/
replegada
Inclusión
intranuclear
Núcleo
Proteolisis
Nature
REReviews Molecula Cell Biology 6, 891-98,2005
Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, 891-98,2005
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
2010
FALLAS
en
detectar y eliminar proteínas
mal plegadas puede contribuir
a la neurodegeneración
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS
Y
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
No son estas…
http://web.emeraldbiosystems.com/Portals/41722/images//
molecular-chaperone-for-protein-crytsallization.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
A stolen interview. Edmund Blair Leighton 1888
http://www.illusionsgallery.com/Stolen-Interview.html
CHAPERONAS
Varias familias de proteínas altamente
conservadas que median el plegamiento
correcto de otras proteínas
Se dirigen a proteínas mal plegadas y
evitan su agregación
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas
Se asocian al polipéptido naciente en el
ribosoma, promueven el plegamiento
correcto y evitan las interacciones
peligrosas con otras proteínas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
PROTEÍNAS
CHAPERONA
Facilitan el plegamiento
apropiado de proteínas
Se enlazan para estabilizar
a proteínas plegadas o
parcialmente plegadas
Evitan interacciones
inapropiadadas con
proteínas vecinas
Forma de rosquilla
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Papel de las proteínas chaperonas
Chaperona
Proteína
normal
Proteína
normal
Proteína
dañada
Sistema de
eliminación
http://www.als-mda.org/publications/als/images/als14_4/als14-4_chaperone-proteins.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Plegamiento y Degradación de Proteínas
Chaperonas
Proteína
inmadura
Controlan
plegamiento
e influyen en
degradación
Sistema
UbiquitinProteasoma
Ubiquitinización
Complejo
chaperona
Proteína
ubiquitinada
Proteasoma
Conformación
madura
Proteína
madura
Preoteína
degradada
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperoninas o HSP
Chaperonas pequeñas que trabajan en
plegamiento de péptidos complejos
Se disparan con aumento de temperatura:
proteínas heat shock (HSP) y otros estrés
celular como ROS
Recuperan las proteínas del daño por estrés
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS HSP
Ribosoma
Chaperonas
Heat Shock
Proteins HSP
Corrigen el
plegamiento
de la
proteína
al salir del
ribosoma
Péptido
naciente
HSP70
HSP40
Chaperonina
Proteína
madura
http://sciphu.files.wordpress.com/2008/01/chaperone-illustration.jpg
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
PROTEÍNAS
CHAPERONA
Se asocian al polipéptido naciente
en el ribosoma. La nueva proteína
pueden plegarse espontáneamente
o ser asistida por chaperonas, o
pasan por sistema chaperoninas
para plegamiento final
Ribosoma
Chaperonas
Polipéptido
naciente
Polipéptido
nativo
Sist.
Chaperoninas
Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 781-791, 2004
http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n10/
fig_tab/nrm1492_F1.html
Célula
procariota
Polipéptido nativo
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
PROTEÍNAS
CHAPERONA
En mamíferos las cadenas
de polipéptidos nacientes
salen de ribosomas y
se encuentran con
Chaperonas proteínas
heat shock HSP70/40
o pueden plegarse
espontáneamente o pasan
por HSP70 o por HSP90
Ribosoma
Polipéptido
naciente
Polipéptido
nativo
Polipéptido nativo
http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n10/fig_tab/nrm1492_F2.html
Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 781-791, 2004
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Polipéptido
naciente
PROTEÍNAS
CHAPERONA
Polipéptido
nativo
Protea
soma
Pueden enviar a las
proteínas a degradación
en el sistema Ubproteasoma
Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 781-791, 2004
http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n10/
fig_tab/nrm1492_F3.html
Receptores
esteroides
Miosina
Kinasas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Funciones
de
chaperonas
1. Facilitan
plegamiento
y previenen
agregación
2. Regulan:
Autofagia
Degradación
proteasomal
Fusión de
vesículas
Chaperona
Prot. Malpleg
Prot. Nativa
Clatrina
NT
Quita cubierta
clatrina
Inhiben cascada
apoptótica
Disminuye
ROS
1
Media
degradación por
autofagia
Replegamiento
proteínas
Previene agregación
proteínas
Traslocan
proteínas a
través de
membrana
Plegamiento
proteínas nuevas
Marca
proteínas para
degradación
Apoptosis
Signal
transduction
Participa en
fusión
vesicular
Activa receptor
esteroideo y transcripción
Regula su propia
expresión
Endocitosis
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by
molecular chaperones.
Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005
Funciones de chaperonas
1.
Retira clatrina
2. Inhibe apoptosis
3. Disminuye ROS
4. Plegamiento normal de proteína naciente
5. Media degradación autofágica
6. Repliegan proteínas
7. Evitan agregación de proteínas anormales
8. Envían proteínas anormales a degradación
9. Promueve degradación asociada a RE
10. Participa en fusión de vesículas con membrana
11. Promueve enlace horm. esteroideas al receptor nuclear
12. Regula su expresión
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by
molecular chaperones.
Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005
SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA
Y
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
SIST. UBIQUITINA-PROTEASOMA
Gran complejo proteolítico que identifica
selectivamente y degrada proteínas
incorrectas, no reparadas y no queridas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Sist. Ub-PROTEASOMA (UPS)
Es la vía principal del catabolismo
de proteínas, importante para el
mantenimiento celular y recambio de
muchas proteínas reguladoras
Las chaperonas cooperan aquí
para mediar degradación de
proteínas anormales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
UBIQUITINA (Ub)
Proteína que al enlazarse covalentemente
a otras proteínas las MARCA para ser
degradadas luego en el proteasoma
La ubiquitinización selectiva se realiza
por una serie de enzimas que constituye
el sistema Ub ligasas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
FUNCIÓN DEL SISTEMA UPS
 Ubiquitina marca las proteínas para
degradación en el proteasoma
 El proceso de ubiquitinización es específico y
regulado
 El complejo proteasoma 26S está presente
abundantemente en todas las células
 La vía ubiquitina-proteasoma controla la
homeostasis de las proteínas en la célula
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
VÍA Ub-PROTEASOMA
Sustrato
proteico
Proteína-Ub
Cpmplejo 26S
protesoma
Degradación
proteínas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
MARCAJE DE PROTEÍNAS CON Ub
Se necesitan 3 enzimas para que la proteína se ligue a
Ub
E1: enzima que activa Ub con gasto de energía
(Gly terminal C de Ub reacciona con Lys cadena
lateral del sustrato)
E2: enzima que conjuga y cataliza la unión de Ub
al sustrato
E3: enzima ligasa que junto con E2 reconoce al
sustrato
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización de proteínas
Selectiva con gasto de energía (E1-E3)
Activación
Conjugación
Unión al sustrato
Sustrato
poliUb
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7f/Ubiquitylation.png
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
SISTEMA Ub-Proteasoma
E3 tipo RING
Enz DUBs
E3 tipo HECT
Enz DUBs
Enz DUBs
Enz DUBs
Proteasoma
Proteína degradada
Nature Reviews Molecular Cell Biology 10: 104-05, 2009
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
SISTEMA Ub-Proteasoma
Ubiquitinización
activa
conjuga
Degradación
liga
Proteasoma 26S
UCH1
Aminoácidos
Sustratos marcados son reconocidos, desdoblados
y degradados por el proteasoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Funciones de Ub
• Además de marcaje para degradación
• Regula ciclo celular
• Repara ADN
• Participa en embriogénesis
• Regula transcripción
• Apoptosis
Ub y blancos terapéuticos . San Diego, Enero 2011
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
PROTEASOMA
Gran complejo con múltiples subunidades
que degrada proteínas celulares cuando
no se necesitan más
1 subcomplejo catalítico
2 subcomplejos reguladores
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Proteasoma
Visto de arriba
Extremos:
Partículas
Reguladoras
regulan
entrada
Tubo:
Sitios
catalíticos
donde se
degrada
la proteína
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Proteaosome_1fnt_top.png
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Proteaosome_1fnt_side.png
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Proteasoma
Ubiquitina
Partícula
Reguladora
Proteína
no plegada
Parte
central
catalítica
Partícula
Reguladora
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/P/Proteasome.html
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
LA DEGRADACIÓN PROTEICA
* conjugación de múltiples moléculas
de Ub al sustrato, seguida por
* proteolisis de la proteína marcada
en el complejo proteasoma 26S
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Conjugación
SIST.
Ub-PROTEASOMA
Proteína
Proteína
poliUb
Degradación
de proteínas
26S proteasoma
Aminoácidos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de proteína ubiquitinizada
en el proteasoma con gasto de energía
Proteína
Proteína poliUb
Proteasoma
Proteína
degradada
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína en proteasoma
Degradación de proteínas
Proteasoma
Proteínas
Aminoácidos
20S proteosoma
Conjugación con ubiquitina
Presentación
de antígenos
La proteína-Ub interactúa mayor tiempo con el proteasoma.
Esto aumenta la probabilidad de que el proteasoma la degrade
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización-degradación en proteasoma
26S
proteasoma
Péptidos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Sistema Ubiquitina-proteasoma
Proteína
26S proteasoma
Péptidos
Proteína
poliUb
Subunidad
Catalítica
(1)
Subunidad
Reguladora
(2)
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína en proteasoma
Ub libre
desdoblaje
entrada
clivaje
Proteína
poliUb
26S proteasoma
Proteína
degradada
Salida proteína
degradada
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína en proteasoma
Proteína -Ub
Proteasoma
Proteolisis
DesUb
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína dentro del proteasoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
BALANCE
DEGRADACIÓN/ NO DEGRADACIÓN
regula
la cantidad de proteínas
de la célula
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización-desubiquitinización
Ub libre
Oligopéptidos
Cadena
desensamblaje
Desconjugación
DUBs
Conjugación
Degradación
26S Proteasoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización-desubiquitinización
E3 tipo RING
Enz DUBs
E3 tipo HECT
Enz DUBs
Enz DUBs
Enz DUBs
Proteasoma
Proteína degradada
Nature Reviews Molecular Cell Biology 10: 104-05, 2009
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
UbiquitinizaciónDesubiquitinización
Ub pool
Hay enzimas (DUBs)
que remueven Ub
para evitar degradación
indiscriminada
Enzimas DUBs
Proteína
Proteína-Ub
Aminoácidos
Péptidasas
citosólicas
Proteasoma
Péptidos
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteínas por Autofagia
Autofagia es mecanismo de muerte
programada que puede estar aumentada en
neurodegeneración
También puede ser mecanismo de
supervivencia para recuperar nutrientes
Macroautofagia es el principal mecanismo de
degradación de organelos y proteínas
agregadas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Proteínas
y
Enf. Neurodegenerativas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
ENF. NEURODEGENERATIVAS
* Hay depósitos de proteínas aberrantes
Ub positivas
Cuerpos de Lowy: a sinucleina + Ub
NFT y placas: Tau + Ub
* Que pueden significar intentos fallidos de
eliminar proteínas dañadas
* La agregación de estas proteínas parece
ser un mecanismo de protección aún no
bien conocido
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
En:
ALZHEIMER, PARKINSON
HUNTINGTON, ALS
la capacidad de los sistemas
de degradación es excedida y
las proteínas se acumulan
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
En AD, PD, HD y ALS hay alteración
de la degradación de proteínas:
- Alteración en chaperonas
- Inhibición del Ups
- Alteración de autofagia de pequeños
agregados
Todo esto puede llevar a ND y
muerte celular
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas
Y
Neurodegeneración
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
En neurodegeneración
Las chaperonas se colocalizan
con las proteínas aberrantes y
los componentes del UPS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas neuroprotectoras en ND
1.
Bloquean interacciones proteicas
inapropiadas
2.
Facilitan degradación y sequestración
3.
Bloquean señales, cascadas que llevan
a disfunción y muerte
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Acción de
Chaperonas
sobre
toxicidad
de
Proteínas
Anormales
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones.
Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005
Neuroprotección por chaperonas en ND
1.
Previenen formación de oligómeros tóxicos
2. Aumentan formación de inclusiones
3. Aumentan degradación de proteínas:
proteosoma, RE, lisosoma
4. Previenen señales de apoptosis
5. Previene inhibición de proteasoma por agregados
6. Suprimen estrés oxidativo
7. Aumentan actividad de microglia y fagocitosis de
agregados
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración
B.
HSF1
A.
C.
B. Tratamiento con Inhibidor
Hsp90 trimeriza HSF1
C. Tratamiento sistémico con
Hsp90 inhibidor en ratón
tg Alzheimer induce Hsp70
Inhibición HSP90 = inducción de
chaperonas
neuroprotectoras
HSp70
A. Hsp 90 regula factor
transcripción HSF1 que
regula respuesta Heat shock
en situaciones de estrés
Inhibidores Hsp90 activan
HSF1
Luo et al. Molecular Neurodegeneration 5:24, 2010
http://www.molecularneurodegeneration.com/content/5/1/24
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración
La inhibición de HSP90 produce inducción
de la expresión de chaperonas
neuroprotectoras Hsp70/Hsp40
GELDAMICINA
Antibiótico que inhibe a Hsp90 e
induce Hsp70
En modelo de AD induce aumento de
Hsp70 y disminuye cantidad de tau
insoluble
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y
Neurodegeneración
A. La estabilidad funcional de
estas proteínas aberrantes
probablemente requiere
mecanismos buffering
como los ofrecidos por Hsp90
Esta actividad aberrante
desarrolla dependencia
de Hsp90 y promueve
progresión de la enfermedad
B. La inhibición farmacológica
de Hsp90 resulta en inactivación
o degradación vía proteasoma
de las proteínas reguladas
por Hsp90
A.
PD
AD
DFT y
parkinsonismo
Inhibidor
Hsp90
Inhibición Hsp90 = reducción en actividad y
expresión de proteínas aberrantes
B.
Inhibidor
Hsp90
Estabilización estructura
y activación función
Progresión
enfermedad
Proteasoma
Degradación
Luo et al. Molecular Neurodegeneration 5:24, 2010
http://www.molecularneurodegeneration.com/content/5/1/24
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración
La inhibición de HSP90 produce
reducción de la actividad y
expresión de proteínas aberrantes
La utilidad de Inhibidores de Hsp90
como agentes clínicos dependerá de
su efecto a dosis no toxicas a largo
plazo
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS (HSP) protectoras
AD: disminuyen hiperfosforilación de tau
PD: disminuyen a sinucleina agregada
ALS: aumento de Hsp enlentece
progresión de enfermedad
poliQ: suprime formación de cuerpos de
inclusión
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS en Alzheimer
Disminuyen hiperfosforilación de tau
Aumentan tau desfosforilada
Suprimen muerte mediada por tau
CHAPERONAS en Parkinson
Pueden aumentar replegamiento y/o
promover degradación de a sinucleina
Sobreexpresión de Hsp disminuye a sinucleina
oxidada insoluble
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas y neurotoxicidad a sinucleina
Chaperona
a sinucleina
oligómeros
Configuraciones
No tóxicas
a sinucleina
Cuerpos Lewy
Interacción con potenciales
proteínas neurotóxicas
Depleción
de chaperona
Muerte N. DA
Déficit motor
Nature Review Neuroscience 4: 727-38, 2003
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas y Parkinson
1. Podrían alterar la conformación de
oligómeros tóxicos y reducir toxicidad
por cambios en la estructura de la proteína
2. Al modular a sinucleina impiden su
interacción con otras proteínas neurotóxicas
que activan vías de muerte
3. Pueden quedar secuestradas en cuerpos de
Lewy, lo que las depleta y puede llevar
a muerte celular
Nature Review Neuroscience 4: 727-38, 2003
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS en Huntington
(Enf. PoliQ)
El aumento de Hsp suprime la formación de
PoliQ y cuerpos de inclusión y su toxicidad
Las chaperonas aumentan solubilidad de
cuerpos de inclusión, por tanto la
neuroprotección podría relacionarse más con
alteraciones bioquímicas que morfológicas y
cuerpos de inclusión
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Acción de chaperonas y Agregación poliQ
a
Agregados
Hsp70/40
Proteína
monomérica
Intermediarios
tóxicos
Monómero
b sheet
Oligómero
b sheet
No tóxicos
Fibrillas
amiloide
Conversión de poliQ monómeros a conformación b sheet seguido de
oligomerización y formación de fibrillas amiloide
Hsp70/40 previenen cambio de conformación y formación de
agregados
Hsp104 a baja concentración promueve conversión a b sheet,
pero a alta puede disociar los oligómeros solubles enlenteciendo la agregación
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Toxicidad mediada por poliQ y supresión por chaperonas
PoliQ
monomérico
Disregulación
de la
transcripción
Inhibición
del Ups
PoliQ
intermediarios
Reclutamiento
Factores esenciales
de transcripción
PoliQ
monomérico
Degradación
PoliQ
Fibrilar agregado
Disfunción
celular
PoliQ
intermediarios
PoliQ
Fibrilar agregado
Disfunción
celular
Inhibición
El sistema Ub-proteasoma
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS en ALS
En motoneuronas ALS no hay aumento de Hsp en
respuesta al estrés
Esto lleva a aumentar proteínas oxidadas dañadas
resistentes a la degradación lo que llevaría a
degeneración selectiva de motoneuronas
La inyección de vectores con Hsp y SOD mut en
motoneuronas disminuye la toxicidad de SOD mut
y aumenta la sobrevida
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
ARIMOCLOMOL
Droga experimental que activa la respuesta heat shock
con producción de Hsp 70 y enlentece la progresión
en modelos animales ALS
Hsp disminuye la toxicidad de SOD1 mutante
en modelos ALS
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Sistema Ub-Proteasoma y
Neurodegeneración
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Placas
Degradación
de Proteínas
y Alzheimer
Disfunción
Ca++
Ab intracelular o
captado del exterior:
• Inhibe proteosoma
Tau-hiperP
Mitocondria
• Causa tau hiperfosf.
• Alteración mitocondria
• Disfunción
Ca++i
• Disfunción sináptica
ovillos
Disfunción
Proteasoma Sináptica
F.M LaFerla et al. Nature Reviews Neuroscience 8, 499-509, 2007
http://www.nature.com/nrn/journal/v8/n7/fig_tab/nrn2168_F3.html
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Proteínas y Parkinson
Además de:
Estrés oxidativo
Disfunción mitocondrial
Existe,
Déficit estructural y funcional del UPS
con agregación de a sinucleina anormal
En tg modelos de PD el aumento de expresión de
chaperonas revierte déficit funcional del UPS
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Degradación de proteínas y Parkinson
Inhibición del Complejo Mitocondrial I
Agregación de a sinucleina
Inhibición del UPS
Falla en degradación de proteínas
Muerte N. DA
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Degradación de proteínas y Parkinson
La sobreexpresión de a sinucleina
agregada inhibe al proteasoma
Las N. DA parecen ser especialmente
vulnerables a inhibición del proteasoma
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DEGRADACIÓN de PROTEÍNAS y PARKINSON
Disfunción
complejo I
Radicales
libres
ATP
Despolarización
neuronal
Agregación a sinucleina
Excitación
Excitotóxica
RNMDA
Muerte
neuronal
Disfunción
proteasoma
Proteasoma activo
SOBREVIDA
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DEGRADACIÓN de PROTEÍNAS y PARKINSON
Mutaciones en Parkinson familiar
Además de mutaciones de a SINUCLEINA existen
mutaciones
PARKINA: proteína como ligasa E3
DJ1: proteína como chaperona
UCHL-1: Ub C terminal hidrolasa (DUBs)
Estas 3 se relacionan con los sistemas de regulación
de calidad de proteínas
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PARKINA
Participa en detoxificación de proteínas
acumuladas por rescatar la función UPS
Parkina parece actuar sólo sobre
a sinucleina aberrante y su efecto
protector parece ser rescatar la función
UPS
DJ1
Participa en detoxificación de proteínas
por su función de chaperona putativa
La pérdida de sus funciones puede
reducir la habilidad de la célula para
lidiar con la disfunción del proteasoma
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Vía Mitocondrial
Vía Ubiquitina
a sinucleina Proteínas
Muerte
celular
ATP UPS
Parkina
Degradación de
Proteínas en
Parkinson
Protofibrillas Proteínas malplegadas
Estrés oxidativo
DJ1
Envejecimiento
Sistema Ub-proteasoma
ROS
Proteasoma
Disfunción o disminución ATP
Degradación
Ovillo
Envejecimiento?
Tau-P
a sinucleina-P
Nature Reviews Neuroscience 7, 207-219, 2006
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Mutaciones genéticas en Parkinson que llevan a mal plegamiento
y alteración de las vías de degradación de proteínas
Proteína
normal
Proteína malplegada
Vías de degradación
Proteína
degradada
Muerte
celular
Nature Medicine 10: S58-S62, 2004
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de proteínas en Huntington
Se produce
Normal una proteína
mal plegada
HD
Htt mut
forma
agregados
Ub marca
la proteína
anormal
Ub marca
Htt para
degradación
La proteína es
plegada
o degradada
Agregados Agregados
se
htt inhiben
proteosoma acumulan
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de proteínas
• Chaperonas
• Sistema Ub-proteosoma
• Autofagia
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
AUTOFAGIA EN LISOSOMA
Es una importante vía de
degradación de organelos y
proteínas intracelulares y
también de proteínas agregadas
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Tau y Autofagia
La agregación de tau va precedida de proceso
proteolítico que genera fragmentos de alta
amiloidogenicidad, mientras más cortos
más se agregan
Agregados de tau se eliminan más por
autofagia que por Ups
Al inhibir autofagia con 3-MA hay mayor
acúmulo de agregados
Al inhibir proteasomas con MG 32 no hay
cambios significantes
Generation of Tau aggregates and clearance by autophagy in an inducible cell modelof tauopathy
Neurodegenerative Diseases 7: 103-07, 2010
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Degradación de Tau y Autofagia
Se puede revertir la agregación con
estimulantes de autofagia
RAPAMICINA
Inhibe el complejo enzimático
mTOR que inhibe autofagia,
por tanto, estimula autofagia
Generation of Tau aggregates and clearance by autophagy in an inducible cell modelof tauopathy
Neurodegenerative Diseases 7: 103-07, 2010
X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Continua...
II Mecanismos patogénicos moleculares
• Agregación de proteínas
• Degradación de proteínas
• Excitotoxicidad e Inflamación
• Alteración homeostasis de metales
• Óxido nítrico y acción de proteínas
como priones
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Es Navidad de nuevo. 1907 Carl Larsson
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Noche de Navidad 1904-1905 Carl Larsson
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