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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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Es Navidad de nuevo. 1907 Carl Larsson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Noche de Navidad 1904-1905 Carl Larsson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011