Daño cerebral hipóxico-isquémico y el estrés oxidativo

Daño cerebral hipóxico-isquémico y el estrés oxidativo Silvia Suárez Cunza Maestría en Neurociencias 2009

Estrés Oxidativo • Desequilibrio del balance entre pro-oxidantes y antioxidantes. • El cerebro es particularmente susceptible al estrés oxidativo debido a la gran capacidad de demanda de consumo de oxígeno. • La formación natural de oxidantes ocurre a nivel cadena transportadora de electrones, autooxidación de algunos neurotransmisores y durante la hipoxia o isquemia. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Estrés oxidativo Los metabolitos más importantes en el inicio del daño oxidativo a nivel del cerebro son los radicales libres superóxido y el óxido nítrico. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2007. 47:143–83 Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Neuronal Nitric Oxide Synthase (nNOS) Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Neuronal Nitric Oxide Synthase (nNOS) • La NOS neuronal (nNOS, bNOS, cNOS, Type I) está asociada con la proteína de densidad post sináptica (PSD-95) en la membrana neuronal. • En respuesta al incremento del Ca2+ intracelular la nNOS interactua con CaM. El complejo Ca2+-CaM, en combinación con BH4, se liga a la nNOS e induce su translocación desde la membrana plasmática al citoplasma. • La defosforilación de nNOS por la calcineurina inicia la producción de NO. El NO activa la guanilato ciclasa (GC) y activa las diversas rutas de señalización reguladas por cGMP. • La nNOS is inactivada por fosforilación mediante la proteinaquinasa A (PKA) o proteinaquinasa C (PKC). Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Differential activity of redox active Ras superfamily GTPases in response to reactive oxygen and nitrogen species under different cellular conditions. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Uno de los mejores blancos caracterizados para el NO es el hemo de la guanilato ciclasa. La nitrosación de esta enzima lleva a la activación del segundo mensajero Cgmp que regula una amplia variedad de funciones fisiológicas como el tono vascular, agregación plaquetaria, neurotransmisión, vaciado gástrico y la liberación de hormonas. • Los residuos de cisteina en las proteínas también son conocidos como blancos del NO. La nitrosación de tioles se ha probado en cultivos celulares en una variedad grande de condiciones, y puede alterar tanto la expresión como la función de proteínas. Por ejemplo, inhibición de caspasas, de c-Jun-N-terminal quinasa, de tirosina fosfatasas y de ornitina descarboxilasa. Además la S-nitrosación de la hemoglobina aumenta la alfinidad por el oxígeno y modula la vasodilatación.ñ Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Formación de peroxinitrito Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Bajo condiciones fisiopatológicas, la producción excesiva de NO puede provocar daño nitrosativo por ejemplo a nivel de citocromo c, o a través de metabolitos derivados de su reacción con ROS u otros oxidos de nitrógeno. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Hipoxia isquemia • El evento más comun es el “derrame” (stroke), que es la interrupción focal del flujo sanguíneo a una parte del cerebro. • Otros incluyen el daño temporal del flujo sanguíneo a todo el cerebro, isquemia global, como ocurre en el paro cardíaco. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Potenciales rutas de daño cerebral después de hipoxia-isquemia. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Potenciales estrategias terapéuticas de intervención Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Cuando la hipoxia o isquemia cerebral se produce, los niveles de ATP caen y no puede atenderse la demanda de energía. • La pérdida de ATP determina disminución de la actividad de bombas iónicas como la ATPasa Na, K; el transportador más importante para mantener las concentraciones intracelulares adecuadas de K+ (~155 mM) y Na+ (~12 mM). • La pérdida de la función de la bomba de iones permite la alteración de las gradientes de transmembrana, produciendo la despolarización de la membrana, la apertura de los canales iónicos sensibles a voltaje y una cascada de subsecuentes eventos, que sostenidas en el tiempo puede conducir a la muerte celular. • Dependiendo de las circunstancias, esta muerte puede ser restringida a la población neuronal vulnerable o puede implicar a todas las células, llamándose en este caso, infarto. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

La caída del la pO2 durante la isquemia produce aumento del ácido láctico llevando a una dependencia de la glicólisis. La acidosis láctica resultante disminuye el pH del tejido isquémico de un valor normal de 7,3 hasta un 6,2 – 6,8, dependiendo en parte de las cantidades de glucosa preisquémica disponible para la conversión a ácido láctico. • La rápida inactivación de los canales de K+ sensible a O2 por disminución de pO2 puede representar un mecanismo por el que las neuronas ponen freno al eflujo continuo de K+. • Otras gradientes iónicas celulares también se pierden, asi el Na+ and Ca2+ intracelular aumenta y el Mg2+ intracelular cae. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Mechanisms contributing to neuronal injury during ischemia-reperfusion. Simplified diagram showing several pathways believed to contribute to excitotoxic neuronal injury in ischemia. mGluR, metabotropic glutamate receptor; NMDA-R, N-methyl-d-aspartate receptor; GluR, AMPA/Kainate type of glutamate receptors; PL, phospholipids; PLA2, phospholipase A2; DAG, diacylglycerol; PLC, phospholipase C; PKC, protein kinase C; G, G protein; PIP2, phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate; IP3, inositol 1,4,5-trisphosphate; NO•, nitric oxide; O•−2, superoxide radical; H2O2, hydrogen peroxide; VSCC, voltage-sensitive Ca2+ channel. Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Poly(ADP-ribose) polymerase: PARP • La Poly(ADP-ribose) es sintetizada a partir del NAD por PARP y degradada por poly(ADPribose) glycohydrolase (PARG). • PARP es activada en respuesta al daño del DNA como un mecanismo de reparación pero también causa depleción de NAD y ATP, exacerbando potencialmente la injuria isquémica. • Una principal fuente de daño del DNA es probablemente el peroxinitrito formado del superóxido y el NO, mediado por la activación del receptor NMDA (Giovannelli et al., 2002; Mandir • et al., 2000). • PARP fue inicialmente introducido en la literatura isquémica con el informe que los ratones PARP knock-out mice exhibieron profunda disminución de las áreas de infarto cerebral comparados con la contraparte silvestre (Eliasson et al., 1997). Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

¡Gracias! Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

Daño cerebral hipóxico-isquémico y el estrés oxidativo