ACTUALIZACIN SOBRE NEURODEGENERACIN Laboratorio de Fisiologa de la

ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 Ximena Páez Facultad Medicina ULA

UBIQUITINA ROS Autofagia Neurodegeneración agregación de proteínas ESTRÉS OXIDATIVO apoptosis DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL ? Excitotoxicidad metales necrosis degradación de proteínas Inflamación muerte neuronal Mal plegamiento Proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

I. INTRODUCCIÓN II. PATOGENIA MOLECULAR III. ENF. NEURODEGENERATIVAS IV. FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MECANISMOS MOLECULARES QUE CONDUCEN A LA MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mecanismos patogénicos en ND Centrales Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial Otros Agregación de proteínas Degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Alteración homeostasis de metales Óxido nítrico, mec. como priones X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿SON ESTOS MECANISMOS CAUSA o CONSECUENCIA de NEURODEGENERACIÓN? ? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Causas, Consecuencias, Combinaciones? ? ? Un mecanismo común a varias enfermedades Varios mecanismos en una misma enfermedad ¿El huevo o la gallina? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

“Lo que sabemos es una gota, lo que no sabemos es un océano” Newton Sin embargo… “A la naturaleza le gusta la simplicidad” Newton C. Haass. Initiation and propagation of neurodegeneration. Nature Medicine 16: 1201 -04, 2010. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Puntos clave en Enf. ND 1. Mutaciones genéticas como causa, pero los mecanismos moleculares responsables del inicio se desconocen 2. Hay típicamente mal plegamiento de proteínas 3. Identificación con proteomics de composición de agregados proteicos y alteraciones celulares asociadas 4. Fallas principales en y comunes a varias enfermedades: estrés oxidativo y disfunción mitocondrial 5. Pendiente identificar blancos proteicos del daño oxidativo a fin de descubrir agentes en inicio y progresión de la enfermedad Expert Rev Proteomics 7: 519 -42, 2010 Medscape june 9, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MECANISMOS CENTRALES • Estrés oxidativo • Disfunción mitocondrial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Acumulación de radicales y especies oxígeno reactivas (ROS) inadecuadamente neutralizadas con antioxidantes, que causa daño a macromoléculas, y que se ha asociado con cáncer, envejecimiento, ateroesclerosis y neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Resulta por: • Aumento de ROS • Disminución de ANTIOXIDANTES • Falla en reparar el daño causado por ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Qué son las especies oxígeno reactivas (ROS) o radicales libres, cuáles son? ¿Cuáles son las fuentes de generación de ROS? ¿Cuáles son los daños causados por ROS? ¿En qué consisten los mecanismos antioxidantes? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación • Pérdida de electrones (e-) • Adición de oxígeno • Remoción de hidrógeno Reducción • Ganancia de e- de un átomo • Pérdida de oxígeno • Ganancia de hidrógeno X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Átomo de Oxígeno (O) Electrones No pareados Órbita interna 2 e- Órbita externa 6 e- 8 protones (+) Átomo Inestable! Protones = electrones Tiene 2 e- no pareados en órbita externa que hacen al átomo susceptible a la formación de radicales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

El átomo o molécula que NO tenga completo el número de een su órbita externa es INESTABLE y altamente REACTIVO hasta que complete los electrones y se convierta en materia INERTE X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

El átomo busca alcanzar su máxima estabilidad y tratará de llenar su órbita externa por: 1. Ganar o perder e- para llenar o vaciar su órbita externa 2. Compartir sus e- con otros átomos para completar su órbita externa X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Molécula de Oxígeno (O 2) Electrones pareados Molécula estable Cada átomo tiene 8 e- en la órbita externa Ambos comparten 2 e- X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies oxígeno reactivas (ROS) Entidades moleculares que ocasionan DAÑO al reaccionar con componentes celulares • Radicales libres con átomos con uno o más e- no pareados • Aniones reactivos con átomos de oxígeno • Moléculas con átomos de oxígeno que pueden producir radicales libres o son oxidadas por ellos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Radicales Átomo o átomos que tienen uno o más e- no pareados y que son ALTAMENTE reactivos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies oxígeno reactivas (ROS) § e- no pareados Oxígeno Molécula estable Anión superóxido Ojo! No confundir Peróxido Radical hidroxilo Extremadamente reactivo Ión hidroxilo NO es ROS Reducción secuencial (adición de e-) del oxígeno molecular O 2 lleva a la formación de ROS La reducción total de O 2 produce H 20 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS Radicales: anión superóxido ·O 2 -2 radical hidroxilo ·OH Otros: peróxido de hidrógeno H 2 O 2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

GENERACIÓN DE ROS 1. MITOCONDRIA respiración aeróbica 2. SOBREPRODUCCIÓN 3. DEGRADACIÓN GRASAS peroxisomas 4. OTROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NEURONA ROS ATP ROS generados en I y III Cadena transporte electrones MITOCONDRIA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Generación de ROS 1. Respiración aeróbica normal en mitocondria En una neurona rata/día se procesan: 1012 O 2 reducidas a H 2 O En la reducción incompleta de O 2 a H 2 O se forman ROS 2% del O 2 es parcialmente reducido y genera 20 millones de: º Aniones superóxido ·O 2º Peróxido de hidrógeno H 2 O 2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Respiración aeróbica en mitocondria La mayoría de ROS se genera durante la reducción metabólica incompleta de oxígeno a agua (con aceptación de e-) 1. ºO 2 -2 Peroxilo 2. 2 H 2 O 2 Peróxido de hidrógeno e- 2 º O 2 - e- º 2 O 2 + º Anión superóxido O 2 - 2 H+ 2 e- 3. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

El anión superóxido ºO 2 - puede reaccionar con óxido nítrico (NO) para dar peroxinitrito El NO viene de la conversión Arg a Cit por acción de enzima NO sintetasa (NOS) º O 2 - + NO ONOO- Peroxinitrito 4. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Reacción de Fenton H 2 O 2 + Fe ++ OH º Radical hidroxilo 5. De los ROS, el radical hidroxilo ºOH es el más dañino, reacciona con una serie de compuestos orgánicos y lleva a producir más radicales * Es importante en la sustancia negra en la Enf. Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Generación de ROS Peroxinitrito Arg Peróxido hidrógeno NOS SOD Anión superóxido lasa Cata Fe + + Radical hidroxilo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

2. SOBREPRODUCCIÓN º INFECCIÓN Los fagocitos generan aumento de NO, ºO 2 -, H 2 O 2 para matar los agentes infecciosos º HIPOXIA/HIPEROXIA º RADIACIONES IONIZANTES 3. DEGRADACIÓN DE GRASAS Se produce H 2 O 2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

4. OTROS * 1. SOD a partir de ºO 2 - da H 2 O 2 2ºO 2 - + 2 H+ H 2 O 2 + O 2 * * 2. MAO, TH producen H 2 O 2 3. Autoxidación de CA: DA-quinonas, H 2 O 2 4. Activación de receptores de NMDA da ºO 2 - y ºOH 5. El Ca++ estimula NOS y se forma NO y otros RNS y ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

4. OTROS 6. Oxidasa NADPH y Xantina oxidasa Transfieren un e- a O 2 para dar ºO 2 - 7. Peroxidasas usan H 2 O 2 para dar más ROS 8. Flavoproteínas Transfieren 2 e- a O 2 para dar H 2 O 2 9. Oxidación de hidroquinonas y thiol dan ºO 2 - 10. Fuentes externas: CIGARRILLO y Fe y Cu libres X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Cigarrillo aumenta 50% riesgo desarrollo Alzheimer!! Heavy smoking in midlife doubles the risk for Alzheimer’s disease Mesdcape, septiembre 2010 http: //cme. medscape. com: 80/viewarticle/731674_ print X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Arg NOS ONOO NO· Peroxinitrito Óxido nítrico O 2 e- ROS RNS - Peróxido de hidrógeno O 2·- e. SOD Anión superóxido ·OH H 2 O 2 e. Catalasa Glutation peroxidasa H 2 O Reacción Fenton Radical hidroxilo La expresión de i. NOS en la Glia aumenta la ND J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence? . Nature Medicine 10 Suppl: S 18 -S 25, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies Nitrógeno reactivas (RNS) NO + ºO-2 º ONOO- + H+ ONOO- SOD poderoso oxidante peroxinitrito NO 2 - + ºOH º NO 2+ más dañino hidroxilo Nitración de Tyr ºNO 2 - : dióxido nítrico reactivo NO 2+: nitronium Aumento de NO puede terminar en nitración de proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies Nitrógeno reactivas (RNS) http: //www. biochemsoctrans. org /bst/034/0965/bst 0340965 f 03. gif http: //www. biochemsoctrans. org/ bst/034/0965/bst 0340965 f 03. gif Nitración de proteínas como marcador de riesgo de enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

REACCIONES COMUNES DE ROS Y RNS Enzimas Anion superóxido, Peróxido de hidrógeno Peroxinitrito, Radical carbonato, Dióxido de nitrógeno Ácido hipocloroso, Nitrotirosina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Nitración de proteínas La nitrotirosina es producto de nitración de Tyr por RNS. La nitración causa modificación de la función de la proteína. Es marcador de estrés oxidativo dependiente de NO. Cuando se altera el balance Nitración/desnitración a favor del primero, aumenta el estrés oxidativo hasta llegar a excesiva nitración con: Acumulación y Agregación de proteínas nitradas O 2 - + NO º ONOO- NO 2 º Nitración proteínas En pacientes ALS hay aumento de nitración de Tyr en motoneuronas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

DAÑOS CAUSADOS POR ROS • Oxidación de proteínas Altera sitios activos de enzimas Altera conformación de proteínas estructurales • Oxidación de ADN Lleva a mutación que puede afectar replicación • Oxidación de ácidos grasos insaturados Forma peróxidos lipídicos, estos alteran membranas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Cómo ocurre el daño? * Los radicales interactúan con otras moléculas hasta ganar configuración estable de e* La molécula blanco queda convertida en radical * La reacción en cadena termina al encontrarse dos radicales y formar un enlace covalente * Estas uniones en las macromoléculas deforman las membranas por enlaces entre lípidos, lípidos y proteínas y entre proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación de Ácidos Grasos Insaturados (Peroxidación de Lípidos en Membranas) Ac. graso Insaturado Radical hidroxilo Radical orgánico Radical peroxilo Oxígeno molecular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación de Ácidos Grasos Insaturados (Peroxidación de Lípidos en Membranas) Lípido radical Lípido insaturado Daño membranas Lípido peróxido O 2 Lípido Radical peroxilo http: //img. search. com/thumb/9/9 e/Lipid_peroxidation. svg/350 px-Lipid_peroxidation. svg. png X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

PEROXIDACIÓN DE LÍPIDOS Oxidación en cadena en ácidos grasos cercanos daña las MEMBRANAS celulares y mitocondriales • Aumenta rigidez de la membrana • Disminuye la actividad de enzimas incrustadas en membrana Ej. bombas • Altera actividad de receptores • Aumenta la permeabilidad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Peroxidación de Lípidos en Membranas Cuando hay peroxidación de lípidos en células viejas y apoptóticas le salen bigotes a la membrana, que son ácidos grasos oxidados que protruyen para mejor enganche de reconocimiento de receptores de superficie como CD 36 de células inmunes de vigilancia. Lípidos oxidados en membrana http: //discover 8. com/public/images/upload_article_images/ lipid_whisker_model. gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MARCADORES de Estrés Oxidativo Inmunoreactividad de ROS en neuronas deprivadas de Factor Crecimiento Nervioso Productos intermediarios oxidación Peroxidación lípidos: 1. 4 -HNE 4 -hidroxynonenal 2. MDA malondialdehido Oxidación ADN: 3. 8 -OHd. G 8 -hidroxi 2 guanosina E. Oxidativo vía NO 4. Nitrotirosina http: //www. oralchelation. com/ Life. Glow. Basic/images/oxidative_illus. gif Oxidative Stress and Brain Disorders. Brain Briefings SFN, July 1996 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Acciones beneficiosas de ROS 1. Es necesario H 2 O 2 en la glándula tiroides para la síntesis de hormona tiroidea 2. Los fagocitos generan H 2 O 2 y el ión hipoclorito OCl- para matar bacterias 3. En bajas cantidades están implicados en señalización intracelular! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MECANISMOS ANTIOXIDANTES 1. Enzimas Antioxidantes Superóxido dismutasa (SOD) Catalasa Glutathione peroxidasa 2. Antioxidantes no enzimáticos Glutathione el más importante Vitamina E Vitamina C Uratos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Enzimas Antioxidantes 1. Superóxido dismutasa SOD Cu-Zn (citoplasma) Mn (mitocondria) 2 H+ + 2 ºO 2 - SOD O 2 + H 2 O 2 2. Catalasa (peroxisomas) 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 3. Glutathione peroxidasa (Se) 2 GSH + H 2 O 2 GSSH + 2 H 2 O X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Enzimas Antioxidantes SOD convierte ºO 2 - a H 2 O 2 que es ROS menos dañino Catalasa y GSH peroxidasa convierten H 2 O 2 en H 2 O X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS Radical hidroxilo Daño oxidativo Proteínas Lípidos ADN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Centro cristalino Peroxisomas Organelos con enzimas que generan H 2 O 2 y otras que degradan como catalasas para eliminar exceso de H 2 O 2 y lo convierte en agua X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Antioxidantes NO Enzimáticos 1. Glutathione (Glu-Cys-Gly) (GSH) * La Cys del tripéptido tiene un grupo SH libre que es muy reactivo y da un BLANCO abundante para el ataque de radicales * La reacción con radicales oxida a GSSH que vuelve a GSH en un ciclo redox que involucra glutathione reductasa GSH + radical GSSH oxidada GSH reductasa GSH X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

GSH Antioxidante GSH reductasa GSH peroxidasa GSH REDUCIDA ANTIOXIDANTE GSSH OXIDADA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

2. Vit E Principal antioxidante lipídico Atrapa radicales peroxi en las membranas celulares 3. Vit C Es antioxidante soluble en agua Reduce radicales de varias fuentes parece reciclar radicales de Vit E 4. Ácido úrico Previene nitración Tyr 5. Antioxidantes sintéticos Coenzima Q Q 10 Ácido lipoico GSH X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

BALANCE ACCIÓN ANTIOXIDANTE/ OXIDANTE HOMEOSTASIS REDOX Enfermedad Aumentan ROS Protección Aumentan Antioxidantes Disminuyen antioxidantes Enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés oxidativo Defensa antioxidante Vit E Vit C BALANCE MUERTE CELULAR SOBREVIDA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Por qué aumenta ROS? • Aumento de recambio de CA Auto-oxidación DA • Aumento de Fe libre Reacción de Fenton • Función mitocondrial deteriorada Mayor % O 2 que va a ROS • Disminución de: glutathion enz. antioxidantes de dieta: Vit E, Vit C, Carotenoides, flavonoides, uratos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Y DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Radiaciones Tóxicos ambientales Antioxidantes Nutrientes Glucosa Virus ROS ATP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

DAÑO OXIDATIVO PRODUCIDO POR RADICALES GENERADOS EN MITOCONDRIA Fosfolípidos membrana * Lípidos * Proteínas * ADN Radicales libres Proteínas Mitocondria genera y a la vez es BLANCO de ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mitocondria BLANCO de daño oxidativo 1. No hay reparación de ADN mt 2. ADN mt no está protegido por histonas 3. ADN mt está cerca de donde se produce ROS 4. El número de mitocondrias defectuosas se acumula con el envejecimiento • Disminución de ATP • Aumento de ROS • Disfunción mitocondrial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Y ENF. NEURODEGENERATIVA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO EN EL CEREBRO NORMAL 1. 2. 3. 4. Alto metabolismo Alta producción diaria de ROS y RNS Alto nivel de ácidos grasos insaturados Bajo nivel de antioxidantes 1. Cuando la generación de ROS y RNS excede a los mecanismos antioxidantes hay deterioro de macromoléculas que lleva a MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

EL CEREBRO ES MUY VULNERABLE AL ESTRÉS OXIDATIVO Sobre todo > 65 años!! El CEREBRO utiliza 25% del O 2 respirado aunque sólo es 5% del peso corporal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENF. NEURODEGENERATIVAS * NO se sabe si el estrés oxidativo es el evento inicial * Pero hay evidencias de su implicación en daño celular * El estrés oxidativo está en el centro de un ciclo de eventos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS EN EL CENTRO DE LOS EVENTOS QUE LLEVAN A ND MUERTE PROGRAMADA MAL PLEGAMIENTO ROS DISFUNCIÓN PROTEASOMAL ACTIVACIÓN GLIAL DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence? . Nature Medicine 10 Suppl: S 18 -S 25, 2004

Radiaciones ionizantes Metabolismo Generadores aeróbico de radicales ROS Peroxidación lípidos Daño ADN Activación Genes Modificación proteínas Ateroesclerosis Cáncer Replicación Enf CV envejecimiento Viral HIV-1 Enf. Neurodegenerativas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés Oxidativo y Neurodegeneración * Hay MARCADORES de estrés oxidativo (4 -HNE, MDA) en áreas cerebrales de ND: Sustancia negra - Parkinson Cortex, hipocampo - Alzheimer LCR - ALS * ROS aumenta alteraciones de proteínas aberrantes: b amiloide en AD a synucleina en PD SOD 1 en ALS Cuerpos de Lewy X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés Oxidativo y Neurodegeneración * Aumento de metales pesados: Fe en sustancia negra en PD Cu, Zn en AD aumentan depósito amiloide * Disminución de enzimas antioxidantes SOD Cu. Zn, asociadas con daño y muerte SOD Mn, es letal GSH peroxidasa, hace más sensible neuronas a tóxicos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Las neuronas son muy susceptibles a Estrés Oxidativo que causa daño de macromoléculas, arquitectura y función celular Estrés Oxidativo es factor inductor de MUERTE Necrosis y Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Y ENF. NEURODEGENERATIVAS

ESTRÉS OXIDATIVO en ALZHEIMER * Reducción de Enz. Antioxidantes en regiones cerebrales afectadas * Disminución del potencial antioxidante aumenta: Peroxidación de lípidos Acúmulo de Zn que afecta mitocondria Acúmulo rápido de agregados Ab Apoptosis * Disminución de Ácido Úrico Aumenta la Nitración de Tyr marcador precoz para AD, PD y ALS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NITRACIÓN de TYR marcador precoz en Alzheimer, Parkinson y ALS Hay secuencias de nitrotirosina en tau y a sinuclina Ratones sin i. NOS son más resistentes a toxicidad por NMDA y MPTP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NITRACIÓN de TYR marcador precoz en Alzheimer, Parkinson y ALS Intenso estrés oxidativo Acumulación Agregación Alteración función http: //www. biochemsoctrans. org /bst/033/1399/bst 0331399 f 03. gif http: //www. biochemsoctrans. org/ bst/033/1399/bst 0331399 f 03. gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Envejecimiento Estrés Oxidativo Alzheimer Mutaciones Presenilina Aumento Mutaciones APP polimerización ROS Membrana Oxidación y liberación ácidos grasos Inducción formación filamentos Tau Disfunción neuronal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON La Sustancia Negra esta sometida normalmente a estrés oxidativo y deterioro del mecanismo antioxidante 1. AUTOXIDACIÓN de DA Formación de DA quinonas y ROS Presencia de neuromelanina 2. OXIDACIÓN de DA por MAO Producción de H 2 O 2 y DOPAC (disminuye GSH) 3. AUMENTO de HIERRO La reacción de Fenton produce radical hidroxilo ºOH X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON Neuromelanina Pigmento oscuro en neuronas DA de sustancia negra pars compacta Producto intermediario de oxidación de DA que acumula hierro Tiene afinidad con sustancias tóxicas lo que indicaría función protectora http: //www. pathology. vcu. edu/Wir. Self. Inst/neuro_med. Students/image/ parkinsn. jpg/loosepigm. jpg En Parkinson se pierden neuronas y se ve pigmento extracelular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* La vía DA nigro-estriatal es particularmente sensible a tóxicos: 6 -0 HDA, MPTP que producen ROS * La L-DOPA produce ROS adicional al existente. En modelos animales L-DOPA aumenta la toxicidad de 6 -OHDA y de MPTP!!! L-DOPA espada de doble filo en el tratamiento de Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO EN PARKINSON * Oxidación de DA y Fe libre pueden estar implicados en oxidación de a sinucleina * a sinucleina oxidada libera DA al citoplasma lo que aumenta la oxidación de DA * a sinucleina oxidada no es reconocida por el sistema de degradación de proteínas, se acumula y agrega en Cuerpos de Lewy X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 neuromelanina

Estrés oxidativo en Parkinson a-sinucleina regula formación vesículas sinápticas a-sinucleina mutada o que funciona mal hace que DA se acumule en citosol y aumenta estrés oxidativo Oxidación DA: Espontánea Por MAO a sinucleina 50% membrana vesícula sináptica J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932 -942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON Metabolismo DA espontáneo o por MAO J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932 -942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Derivados de oxidación de DA Inhiben Complejo Enzimático Mitocondrial I Inhibición Complejo I NEURONA Aumento ROS GLIA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON ROS y DA quinonas causan daño oxidativo Lípidos, proteínas, ADN Sistemas antioxidantes Supervivencia Muerte J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932 -942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Sistemas Antioxidantes en la célula • SOD forma H 2 O 2 • Catalasa forma H 2 O y O 2 • GSH antioxidante • GSH peroxidasa forma GSSH, H 20 y O 2 • GSSH reductasa forma GSH Supervivencia J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932 -942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés Oxidativo en Neurona DA Oxidación a-synuclein DAQ Inhibidores mitocondriales 4 HNE Proteasoma APOPTOSIS ROS CK GLU GLIA a sinucleina Estrés oxidativo Oxidación DA a DAQ Vesícula sináptica DA J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence? . Nature Medicine 10 Suppl: S 18 -S 25, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Aumento de DA en citoplasma vía final en ND en Sustancia Negra (? ) Aumenta DA J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932 -942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENFERMEDAD DE PARKINSON PÉRDIDA DE NEURONAS Y CUERPOS DE LEWY SANOS PD PRECLÍNICA PD AVANZADA Normal Pérdida de algunas neuronas Cuerpos de Lewy DA normal Disminución GSH Severa pérdida neuronas Cuerpos de Lewy Disminución de DA, GSH Daño de Complejo I Aumento de Hierro Macromoléculas dañadas Aumento enzimas antioxid. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENFERMEDAD DE PARKINSON Oxidación es central pero NO inicial Factores Ambiental Factores Genéticos Pesticidas/herbicidas/ inhib mitondriales Factores Endógenos Mutaciones en a sinucleina, parkina, Ubhidrolasa Metab. anormal DA Metales divalentes redox Función mitocondrial Act. Cel. Inflamat. Oxidación/nitración Reducción antioxidantes Inhib. respiración cel. Disminución GSH Disminución ATP Muerte celular Agregación a sinucleina Cuerpos Lewy ENFERMEDAD X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS * En modelos de ALS por mutación SOD 1 hay peroxidación de lípidos, oxidación de ADN y nitración de proteínas * Parece ser por “ganancia tóxica” de SOD 1, actúa como: - dismutasa para reducir ºO 2 - a H 2 O 2 - peroxidasa aumentando peroxinitrito (más agresivo) ºO 2 - + NO SOD ONOO- peroxinitrito X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS O 2 Daño oxidativo a motoneuronas Glucosa ºO 2 Neurona motora SOD ATP Daño ADN H 2 O 2 mt núcleo Catalasa H 2 O O 2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO • Daña mitocondria • Aumenta mal plegamiento de proteínas • Favorece acúmulo y agregación de proteínas • Glia responde con aumento de NO y CK • Provoca respuesta inflamatoria X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MINOCICLINA (tetraciclina) • Inhibe directamente permeabilidad membrana mitocondrial, bloquea apoptosis • Bloquea i. NOS, disminuye NO y ROS • Previene neurodegeneración en modelos de ALS y MPTP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

TERAPIA RACIONAL EN ESTRÉS OXIDATIVO * Aumentar antioxidantes * Reducir ROS Quelantes Inhibidores de i. NOS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL APOPTOSIS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

II Mecanismos Patogénicos Moleculares Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial sigue. . . X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

The Omo People Africa H. Silvester Photos http: //www. dailymail. co. uk/femail/article-516490/Out- Africa-The-incredible-tribal-fashion-inspired-Mother-Nature. html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010