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ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005

ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010. Ximena Páez Facultad de Medicina ULA. INTRODUCCIÓN PATOGENIA MOLECULAR ENF. NEURODEGENERATIVAS FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA.

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ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005

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

  2. INTRODUCCIÓN • PATOGENIA MOLECULAR • ENF. NEURODEGENERATIVAS • FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  3. Htt Ab a sinucleina Neurodegeneración DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL ESTRÉS OXIDATIVO microglia ? apoptosis agregación de proteínas degradación de proteínas necrosis Inflamación Metales Excitotoxicidad SOD1 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  4. II Patogenia en neurodegeneración • MECANISMOS CENTRALES • Estrés oxidativo y Disfunción mitocondrial • OTROS • 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 2010

  5. AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  6. Enfermedades tan diferentes como Alzheimer, Parkinson, Huntington y ALS tienen en común: AGREGACIÓN Y DEPÓSITO DE UNA PROTEÍNA ANORMAL La expresión de esas proteínas en animales transgénicos sirve de modelo de enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  7. PROTEÍNAS ANORMALES ß-amiloide ALZHEIMER Tau ALZHEIMER Enf. Pick / Demencia Frontotemporal Degeneración corticobasal FTDP-17Sinucleina PARKINSONDegeneración estriato nigra Síndrome Shy-Drager Huntigtina HUNTINGTONFrataxinaFriedreich ataxia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  8. Proteínas tóxicas en Enf. Neurodegenerativas Proteína tóxica Genes Enfermedad Depósitos * Alzheimer Parkinson * Poliglutamina * Rep. Nucleot. * Pick * ALS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  9. sAPPb Ab Ab oligómeros gsecretasa BACE1 Enf. Neurodeg. Proteínas Anormales Ab Tau SOD1 mutada Huntingtina mutada Placas amiloide ROS Disfunción mitocondrial Proteomic analysis of mitochondrial dysfunction in neruodegenerative diseases. Expert Rev Proteomics 7: 519-542, 2010 http://www.medscape.com/viewarticle/726511_2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  10. CUERPOS DE INCLUSIÓN *Estructuras dentro de la neurona visibles con MO y compuestas de: Fibrillas de amiloide Proteínas chaperonas Componentes del Sist. Ubiquitina Proteasoma * Permiten la identificación anatomopatológica de algunas enfermedades ND X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  11. Agregados intranucleares, intracitoplásmicos, extracelulares y cuerpos de inclusión Corteza Alzheimer Placas Corteza motora Huntington Inclusiones poliglutamina Sust. Negra Parkinson Cuerpo Lewy a sinucleina Corteza frontal Huntington Inclusiones Intranuclear antiUb Hipocampo Alzheimer NFT tau P Corteza Alzheimer Anti Ab Inmunocitoquímica M. óptico. Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, 891-898, 2005 http://www.nature.com/nrm/journal/v6/n11/fig_tab/nrm1742_F1.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  12. INCLUSIONES CELULARES (depósitos de proteínas malplegadas) Intra- nucleares Extra- celulares a-synuclein Neuromelanina (Granulaciones finas) Sustancia Negra Intra- citoplasmáticas C. A. Ross, M.A. Poirier Protein aggregation and neurodegenerative disease Nature Medicine 10 Suppl: S10-S17, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  13. Inclusiones de proteínas anormales tau Inclusión intranuclear Ataxina3 mutante amiloide Amiloide b Inclusión intranuclear Cuerpo de Lewy Proteína tau X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  14. ¿ Son causa o consecuencia de la enfermedad o evidencia de NEUROPROTECCIÓN? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  15. La función normal de una proteína requiere que adopte UNA CONFORMACIÓN PARTICULAR entre muchas posibles, pero incorrectas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  16. Características de las proteínas *La FUNCIÓN de la proteína está determinada por su FORMA (3D) *La FORMA está determinada por su ESTRUCTURA PRIMARIA *La ESTRUCTURA PRIMARIA está determinada por la SECUENCIA DE NUCLEÓTIDOS (ADN) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  17. Estructura primaria Cadena de aa Estructura secundaria Puentes H Estructura terciaria Atracciones entre b sheet y a helix Estructura cuaternaria Más de 1 cadena aa X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  18. “Beta sheet” Un tipo de estructura secundaria repetitiva encontrada en proteínas plegadas Se forman por alternativo doblez de las tiras unidas por puentes de hidrógeno entre aminoácidos y grupos carboxilos del enlace peptídico La formación de beta sheets puede ser estabilizada por oligomerización o agregación de proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  19. Estructura primaria de la proteína arreglada en una hoja plegada por uniones a través de puentes de hidrógeno dando una estructura secundaria X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  20. ESTRUCTURA SECUNDARIA BETA SHEET X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  21. Modelo bsheet Punto COMÚN en diferentes Enf. ND PoliQ expandida Huntington Ab 1-40 fibrilar Alzheimer C. A. Ross, M.A. Poirier. Protein aggregation and neurodegenerative disease. Nature Medicine 10 Suppl: S10-S17, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  22. INICIADORES DE AGREGACIÓN 1. MUTACIONES: estructura primaria ALTERADA 2. MODIFICACIONES COVALENTES: facilitan conversión a conformación ANORMAL oxidación: a sinucleina, fosforilación: a sinucleina y tau clivaje proteolítico: APP, htt X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  23. Proteínas mutadas tienen estructura primaria mutada que predispone a la AGREGACIÓN!! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  24. AMILOIDE Sustancia translúcida que consiste en proteína en combinación con polisacáridos que es depositada en algunos órganos o tejidos animales en condiciones patológicas Ej. En Alzheimer AMILOIDE: que parece o contiene almidón X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  25. AGREGADOS PROTEÍCOS Ensamblaje de una proteína anormal que resulta de dos o más proteínas monoméricas mal conformadas Los agregados proteicos que forman fibrillas amiloides son a menudo insolubles X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  26. FIBRILLA AMILOIDE Las fibrillas (10 nm x 0.1-10mm)de: amiloide beta (Ab) asinucleina poliglutamina o poliQ Forman beta sheets que soncomunes en las proteínas anormales en Enf. Neurodeg. relacionadas a amiloide

  27. * En Enf. ND algunas proteínas parecen NO estar plegadas normalmente * Al aumentar la concentración de la proteína aumenta la probabilidad de AGREGACIÓN: Triplicación del locus de a synuclein Trisomia 21 tiene depósitos precoces de Ab pues llevan copia extra del locus de APP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  28. ¿Cómo se agrega una proteína?

  29. PROCESO DE AGREGACIÓN DE UNA PROTEÍNA • Inicio conformación ANORMAL • 2. Formación de intermediarios OLIGOMÉRICOS • difusibles, anulares, esféricos, fibrilares (M. F. Atómica) • Se cree que son más tóxicos • 3. Ensamblaje de estructuras PROTOFIBRILARES • 4. Ensamblaje de FIBRAS DE AMILOIDE (M.E.) • 5. Ensamblaje de AGREGADOS O INCLUSIONES (visibles M.O.) • Se cree que son protectores X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  30. Forma normal Forma anormal Vía potencial de formación de cuerpos de inclusión Dímeros Agregados Cambio de conformación monómero Oligómeros (3-50 monómeros) Asociación de dos o más proteína o partes Protofibrillas Oligómeros Intermediarios Protofibrillas Fibrillas Agregados amorfos Cuerpos de Inclusión Oligómeros anulares Fibrillas Agregados amorfos Cuerpos de inclusión Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, 891-98, 2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  31. Ensamblaje de amiloide http://talaga.rutgers.edu/research/images/Amyloid%20Mechanisms-2.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  32. INTERMEDIARIOS EN LA AGREGACIÓN Oligómeros anulares MONÓMEROS OLIGÓMEROS reactivos Agregados in vitro Fragmentos de htt fibrillas Imágenes con microscopio de fuerza atómica AGREGADOS inertes protectores? Agregados amorfos Oligómeros esféricos P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones. Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  33. ELEMENTOS PROTEICOS FIBRILARES M. Fuerza Atómica X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  34. Tóxicos?? Proteínas chaperonas median estabilización de monómeros nativos o mal plegamiento en proceso 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 2010

  35. Proteínas anormales diferentes con lesiones de amiloide fibrilar tienen características bioquímicas comunes: • Insolubilidad al detergente • Alto contenido de beta sheet • Estructura beta cruzada • Resistencia a proteasa • Habilidad para enlazar colorantes lipofílicos como el Rojo Congo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  36. OLIGÓMEROS Estructuras meta-estables observadas en diversas proteínas anormales que forman amiloide Se cree son las principales estructuras tóxicas Detectadas por un mismo anticuerpo (poliQ, Ab, a synuclein) ¿MECANISMO PATOGÉNICO COMÚN? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  37. *Hay evidencias de que los Intermediarios • pueden ser los REACTIVOS y los • Agregados los INERTES! • Por Ej. • Placas de amiloide en individuos • SIN síntomas de Alzheimer • Severidad de la demencia NO se • correlaciona con la densidad de placas • - En Parkinson las células CON inclusiones • son MÁS sanas que las vecinas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  38. AGREGADOS DE PROTEÍNAS EN NEURODEGENERACIÓN ¿Son causa o consecuencia? ¿Son perjudiciales o protectores? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  39. PROCESO DE AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS Inhibición aminora toxicidad TOXICOS? Inhibición exacerba toxicidad PROTECTORES? C. A. Ross, M.A. Poirier. Protein aggregation and neurodegenerative disease. Nature Medicine 10 Suppl: S10-S17, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  40. Posibles TERAPÉUTICAS FUTURAS º PRECOZ: Inhibir formación de OLIGÓMEROS TÓXICOS º TARDÍA: No sería conveniente pues se acumularían los Tóxicos y no se formarían los potencialmente Protectores X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  41. Defensas contra agregados de proteínas anormales Macroautofagia Chaperonas Endosoma/ Lisosoma Proteasoma citoplasma núcleo Forma normal/ replegada Forma anormal Macroautofagia Forma normal Chaperona Lisosoma Inclusión intranuclear Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, 891-98,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  42. AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS EN ALZHEIMER X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  43. Neuronas enfermas Neuronas sanas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  44. GENES EN ALZHEIMER FAMILIAR Expert Rev Proteomisc 7: 519-42, 2010 * Variación del gel descubierto por GWAS abril 2010. Bajo folato y alta homocisteína son factores de riesgo http://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100414083305.htm ** http://www.telegraph.co.uk/health/healthnews/6140429/First-new-Alzheimers-genes-discovered-for-15-years.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  45. LESIONES EN ALZHEIMER PLACA: lesión extracelular hecha de péptido Abcon estructura beta sheet y reactividad de amiloide con rojo congo y tioflavina, rodeada de axones y dendritas degenerados OVILLO: lesión intracelular de proteína tau X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  46. Ab oligómero actuando en sinapsis PLACA Ab intracelular glia OVILLOS NFT Déficits cognitivos Fragmentos en formas tóxicas y agregados Nature Medicine 12: 762-63, 2006, pg 762 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  47. péptido b-amiloide proteína tau ovillos placas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  48. OVILLOS neurofibrilares neuronas degeneradas PLACA Axones, dendritas degenerados Hipocampo de paciente con Alzheimer Apoptosis en neurodegenerative disorders. Nature Reviews Molecular Cell Biology 1, 120-130, 2000 Tinción de plata X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  49. Placas en Alzheimer Cresyl violet http://library.med.utah.edu/WebPath/jpeg5/CNS093.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

  50. Placas y ovillos en Alzheimer Sección cerebro paciente con Alzheimer http://www.thenakedscientists.com/HTML/uploads/tx_naksciimages/alzheimer_plaque.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

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