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ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta

ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Noviembre 2010-Enero 2011. Ximena Páez Facultad de Medicina ULA. INTRODUCCIÓN PATOGENIA MOLECULAR ENF. NEURODEGENERATIVAS FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO y TERAPÉUTICA.

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Presentation Transcript

  1. ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Noviembre 2010-Enero 2011 Ximena Páez Facultad de Medicina ULA

  2. INTRODUCCIÓN • PATOGENIA MOLECULAR • ENF. NEURODEGENERATIVAS • FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  3. Htt Ab Parkina a sinucleina Neurodegeneración DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL ESTRÉS OXIDATIVO microglia ? apoptosis degradación de proteínas agregación de proteínas Inflamación Chaperonas Autofagia Excitotoxicidad SOD1 Ubiquitina Proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  4. 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

  5. DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  6. La función normal de una proteína requiere que adopte UNA CONFORMACIÓN PARTICULAR entre muchas posibles, pero incorrectas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. Plegamiento y degradación Estado nativo Plegado intermedio Estado no plegado Chaperonas Chaperonas Protofibrillas Fragmentos de degradación Exceso Enfermedad Fibrillas amiloide Enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  11. Forma normal Monómeros 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 Molecular Cell Biology 6, 891-98,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  12. Diferentes monómeros proteínas mal plegadas Tóxicos?? Oligómeros anulares Oligómeros esféricos Monómero Nativo Agregados amorfos Proteínas CHAPERONAS median estabilización de monómeros nativos o mal plegamiento en proceso 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

  13. AGREGADOS DE PROTEÍNAS EN NEURODEGENERACIÓN ¿Son causa o consecuencia? ¿Son perjudiciales o protectores? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  14. Defensas que controlan la calidad de las proteínas • PROTEÍNAS CHAPERONAS • SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA (UPS) • AUTOFAGIA MEDIADA EN LISOSOMA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  15. 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

  16. Defensas contra agregados de proteínas anormales Microtúbulos Forma normal/ replegada Chaperonas Endosoma/ Lisosoma Proteasoma citoplasma núcleo Macroautofagia Forma anormal Macro autofagia Centríolo Forma normal Chaperona Lisosoma Inclusión intranuclear Núcleo Proteolisis RE Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, 891-98,2005 Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, 891-98,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  17. FALLAS en detectar y eliminar proteínas mal plegadas puede contribuir a la neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  18. CHAPERONAS Y DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  19. No son estas… http://web.emeraldbiosystems.com/Portals/41722/images// molecular-chaperone-for-protein-crytsallization.jpg A stolen interview. Edmund Blair Leighton 1888 http://www.illusionsgallery.com/Stolen-Interview.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. Plegamiento y Degradación de Proteínas Chaperonas Sistema Ubiquitin- Proteasoma Proteína inmadura Controlan plegamiento e influyen en degradación Ubiquitinización Complejo chaperona Proteína ubiquitinada Proteasoma Conformación madura Proteína madura Preoteína degradada X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  25. 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

  26. CHAPERONAS HSP Ribosoma Chaperonas Heat Shock Proteins HSP HSP70 Péptido naciente HSP40 Corrigen el plegamiento de la proteína al salir del ribosoma Chaperonina Proteína madura http://sciphu.files.wordpress.com/2008/01/chaperone-illustration.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  27. PROTEÍNAS CHAPERONA Ribosoma 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 Chaperonas Polipéptido naciente Polipéptido nativo Sist. Chaperoninas Célula procariota Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 781-791, 2004 http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n10/ fig_tab/nrm1492_F1.html Polipéptido nativo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  28. Ribosoma PROTEÍNAS CHAPERONA Polipéptido naciente 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 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

  29. Polipéptido naciente PROTEÍNAS CHAPERONA Polipéptido nativo Protea soma Pueden enviar a las proteínas a degradación en el sistema Ub- proteasoma 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

  30. Funciones de chaperonas Chaperona Prot. Malpleg Prot. Nativa Clatrina NT Inhiben cascada apoptótica Quita cubierta clatrina Disminuye ROS 1. Facilitan plegamiento y previenen agregación 2. Regulan: Autofagia Degradación proteasomal Fusión de vesículas Apoptosis Signal transduction Endocitosis 1 Traslocan proteínas a través de membrana Media degradación por autofagia Replegamiento proteínas Plegamiento proteínas nuevas Previene agregación proteínas Marca proteínas para degradación Participa en fusión vesicular Regula su propia expresión Activa receptor esteroideo y transcripción 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

  31. Funciones de chaperonas • Retira clatrina • Inhibe apoptosis • Disminuye ROS • Plegamiento normal de proteína naciente • Media degradación autofágica • Repliegan proteínas • Evitan agregación de proteínas anormales • Envían proteínas anormales a degradación • Promueve degradación asociada a RE • Participa en fusión de vesículas con membrana • Promueve enlace horm. esteroideas al receptor nuclear • Regula su expresión 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

  32. SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA Y DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  33. SIST. UBIQUITINA-PROTEASOMA Gran complejo proteolítico que identifica selectivamente y degrada proteínas incorrectas, no reparadas y no queridas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  34. 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

  35. 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

  36. 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

  37. VÍA Ub-PROTEASOMA Proteína-Ub Sustrato proteico Cpmplejo 26S protesoma Degradación proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  38. 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

  39. 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

  40. 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

  41. SISTEMA Ub-Proteasoma Ubiquitinización activa conjuga liga Degradación Proteasoma 26S UCH1 Aminoácidos Sustratos marcados son reconocidos, desdoblados y degradados por el proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  42. 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

  43. 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

  44. Proteasoma Extremos: Partículas Reguladoras regulan entrada Visto de arriba 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

  45. 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

  46. 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

  47. Conjugación Proteína SIST. Ub-PROTEASOMA Proteína poliUb Degradación de proteínas 26S proteasoma Aminoácidos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  48. Degradación de proteína ubiquitinizada en el proteasoma con gasto de energía Proteína Proteína poliUb Proteína degradada Proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

  49. Degradación proteína en proteasoma Degradación de proteínas Proteasoma Aminoácidos Proteínas 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

  50. Ubiquitinización-degradación en proteasoma 26S proteasoma Péptidos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

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