ACTUALIZACIN SOBRE NEURODEGENERACIN Laboratorio de Fisiologa de la
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 SOD 1 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
II Patogenia en neurodegeneración MECANISMOS CENTRALES • Estrés oxidativo y Disfunción mitocondrial OTROS • Agregación de proteínas 2 da 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 2 da. 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/chapter 9/images 9/9 -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/Web. Path/jpeg 5/CNS 097. 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/Wir. Self. Inst/neuro_med. Students/image/dementia/tangle. jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Ovillos neurofibrilares en Alzheimer Hematoxilina-Eosina http: //library. med. utah. edu/Web. Path/jpeg 5/CNS 094. 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 43 a Boxeador 73 a demencia Corteza frontal Inmuno Reactividad Tau negativa Tau positiva intensa http: //www. bu. edu/alzresearch/graphics/clip_image 002_021. jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Tauopatías Encefalopatía traumática Neocortex Futbolista 45 a Amígdala Inmuno Reactividad Tau + http: //www. bu. edu/alzresearch/cste/ X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Tauopatías Encefalopatía traumática Corteza frontal Futbolista 18 a 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/Holzbaur 3. 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 Filamento tau-p http: //www. nia. nih. gov: 80/NR/rdonlyres/878 C 0448 -1597 -4 E 49 -A 23 A-D 105795 B 36 FD/10888/02_neurons_lg 1. 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 Microtubulos desintegrados Fragmentos Tau http: //www. nia. nih. gov/NR/rdonlyres/ 51955473 -2545 -4 C 9 B-A 367 -BB 0 BB 82 C 00 D 1/7752/pic 06. 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 AT 100, TG 3 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 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 Proteínas tau patológicas Tau patológicas en A 1 -A 6 Alzheimer No hay tau patológicas en C 1 -C 6 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 GSK 3, cdk 5, 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 GSK 3: glucógeno sintetasa kinasa CDK 5: Kinasa 5 dependiente de ciclina MAPK: Kinasa de proteínas asociadas a microtubulos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
FOSFORILACIÓN DE TAU CDK 5 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 HSB 13 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/chapter 9 b. AD. 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 CA 1 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 Tau 66. 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/chapter 9/ chapter 9 b. AD. html#ad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Ovillos tangles neurofibrilares (NFT) en ALZHEIMER tau agregada intracelular (MO) http: //library. med. utah. edu/Web. Path/jpeg 5/CNS 097. 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 60 x TG 3 ANTI-FOSFO TAU Ser 231 60 x colocalización 60 x 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 P 301 L 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) 6 E 10 teñido Contra amiloide (azul) luego de inyecciones AAV con tau Placas cerca Inyecciones AAV Tau Rodeadas por anillos 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, La. Ferla y col. desarrollaron ratón triple transgénico con mutantes humanas APP, PS 1 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 -4 C 9 B-A 367 -BB 0 BB 82 C 00 D 1/7752/pic 06. jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Más Ab lleva a más patología tau Menos Ab menos patología tau Frank M. La. Ferla University of California Irvine http: //www. nature. com/nm/journal/v 12/n 7/box/nm 0706 -762_BX 1. 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 Ab 1 -42 induce a kinasas GSK 3 b y cd. K 5 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 J 1 P 1, la proteína asociada a complejo motor de kinesina. La interacción patológica tau-J 1 P 1 afecta al transporte axónico y depende de la fosforilación de tau de manera independiente de los efectos APP/Ab 42. Mitocondrias de tg con tau P 301 L 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 GSK 3 b Receptores Tau hiperfosforilada ASK 1 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 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 a 7 n. ACh. R y forma un complejo que induce actividad de PI 3 K/AKT, PI 3 K/AKT induce fosforilación de GSK 3 b y GSK 3 b 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 POST http: //synapses. clm. utexas. edu/anatomy/chemical/postsyn. htm POST PRE http: //synapses. clm. utexas. edu/anatomy/chemical/schematic 2. 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 (PSD 95) 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 PSD 95. Tau regula el anclaje de RNMDA a PSD 95 a través de kinasa FYN En ratón tg APP modelo de AD, la toxicidad Ab disminuye si se interfiere con la interacción RNMDA–PSD 95 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: S 2 -S 9, 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 (Sustancia Negra) Cuerpos 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/v 4/n 9/images/nrn 1199 -f 1. 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, DJ 1 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 FUNCIÓN SNCA PARKINA UCLH-1 PINK 1 parkina Ligasa E 3 del UPS UCKHL-1 Componente UPS DJ 1 LRRK 2 (dardarin) HTRA 2 Formación vesícula sináptica PINK 1 DJ 1 ATP 13 A 2 a sinucleina dardarin PK función mitocondrial Protección estrés oxidativo PK ATPasa tipo 13 a ATPasa tipo lisosomal Htr. A 2/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 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: S 58 -S 62, 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 poli. Q 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 poli. Q 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 poli. Q Agregados de poli. Q repeticiones en neurona primaria transfectada con vectores que codifican para 104 Q-GFP y Hc. Red, proteína fluorescente en rojo E. Bossy- Wetzel et al Molecular pathways to neurodegeneration Nature Medicine 10 Suppl: S 2 -S 9, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
AGREGACIÓN Y HUNTINGTON Proteína de la densidad postsináptica (PSD 95) 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 P 95!!! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
AGREGACIÓN Y HUNTINGTON * Hay buena correlación entre: agregación y enfermedad en humanos el largo de poli. Q 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. m. Htt y excitotoxicidad Interacciones Patológicas con proteínas 3. 1. m. Htt Activa apoptosis Inhibe autofagia Huntigtin mutada http: //www. nature. com /cdd/ images/cdd 2008110 f 4. jpg http: //www. nature. com/ cdd/journal/v 16/n 1/images Aumenta ND 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 SOD 1 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 SOD 1 ALS Médula espinal Motoneurona Placa neuromuscular verde: nervio, rojo: músculo http: //neurology. emory. edu/ALS/images/research. Pic. jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Agregados en motoneuronas en ALS http: //www. virtualmedstudent. com/images/Bunina. Body. ALS. png X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
Agregación de SOD 1 mutante humana en modelo ALS en mosca Afecta selectivamente a motoneuronas corteza, médula espinal control 1 día 28 días Mutación: Dismutasa superóxido SOD 1 enzima antioxidante J. Biol. Chem. 2008, 283, 24972 -24981 http: //www. jbc. org/content/283/36/e 99948/F 1. medium. gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010
SOD 1 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 4. apoptosis 5. 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
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