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ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Noviembre 2010-Enero 2011 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio.

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1 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Noviembre 2010-Enero 2011 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Noviembre 2010-Enero 2011 Ximena Páez Facultad de Medicina ULA Ximena Páez Facultad de Medicina ULA

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

3 ESTRÉS OXIDATIVO NeurodegeneraciónNeurodegeneración apoptosisapoptosis agregación de proteínas proteínas InflamaciónInflamación DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL degradación de proteínas degradación de proteínas ?? microglia Excitotoxicidad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 A A sinucleina sinucleina Htt SOD1 Proteasoma Autofagia Ubiquitina Parkina Chaperonas

4 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 MECANISMOS CENTRALES Estrés oxidativo y Disfunción mitocondrial OTROS Agregación de proteínas Degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Otros MECANISMOS CENTRALES Estrés oxidativo y Disfunción mitocondrial OTROS Agregación de proteínas Degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Otros II Patogenia molecular

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 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

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 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 Se necesita determinar el mecanismo de toxicidad de la proteína mal conformada Se necesita determinar el mecanismo de toxicidad de la proteína mal conformada Aun no se sabe cómo Proteínas Anormales llevan a Neurodegeneración Aun no se sabe cómo Proteínas Anormales llevan a Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

10 Estado no plegado Plegado intermedio Estado nativo Chaperonas Fragmentos de degradación Protofibrillas Fibrillas amiloide Exceso Enfermedad Plegamiento y degradación

11 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, ,2005 Vía potencial de formación de cuerpos de inclusión Vía potencial de formación de cuerpos de inclusión Cambio de conformación monómero Cambio de conformación monómero Asociación de dos o más proteína o partes Asociación de dos o más proteína o partes Oligómeros Intermediarios Protofibrillas Fibrillas Agregados amorfos Cuerpos de Inclusión Oligómeros Intermediarios Protofibrillas Fibrillas Agregados amorfos Cuerpos de Inclusión Cuerpos de inclusión Agregadosamorfos Oligómerosanulares Oligómeros (3-50 monómeros) Dímeros Agregados Protofibrillas Fibrillas Forma normal Forma anormal Monómeros

12 Protectoras?? Tóxicos?? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones. Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005 Diferentes monómeros proteínas mal plegadas Monómero Nativo Fibrillas Agregados amorfos Oligómeros esféricos Oligómeros anulares Proteínas CHAPERONAS median estabilización de monómeros nativos o mal plegamiento en proceso

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

14 1.PROTEÍNAS CHAPERONAS 2.SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA (UPS) 3.AUTOFAGIA MEDIADA EN LISOSOMA 1.PROTEÍNAS CHAPERONAS 2.SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA (UPS) 3.AUTOFAGIA MEDIADA EN LISOSOMA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Defensas que controlan la calidad de las proteínas Defensas que controlan la calidad de las proteínas

15 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 En dos sitios intracelulares Lisosomas: Proteínas extracelulares captadas por endocitosis Proteínas de superficie de membrana Proteínas engullidas por autofagosomas 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 Proteasomas: Proteínas endógenas Proteínas mal plegadas Proteínas dañadas por otras moléculas en el citosol DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS

16 Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, ,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 ChaperonasEndosoma/Lisosoma ProteasomacitoplasmanúcleoMacroautofagiaChaperonasEndosoma/Lisosoma ProteasomacitoplasmanúcleoMacroautofagia Defensas contra agregados de proteínas anormales Defensas contra agregados de proteínas anormales Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, ,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Formaanormal Formanormal/replegada Formanormal ChaperonaLisosoma Inclusiónintranuclear Macroautofagia Microtúbulos Proteolisis Núcleo RE Centríolo

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

18 CHAPERONASY DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS CHAPERONASY X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

19 A stolen interview. Edmund Blair Leighton 1888 No son estas… No son estas… X. Páez Fisiología Medicina ULA molecular-chaperone-for-protein-crytsallization.jpg

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 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 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 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Papel de las proteínas chaperonas Proteína normal Proteína dañada Proteína normal Chaperona Sistema de eliminación

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

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 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 Corrigen el plegamiento de la proteína al salir del ribosoma Corrigen el plegamiento de la proteína al salir del ribosoma X. Páez Fisiología Medicina ULA Chaperonas Heat Shock Proteins HSP Chaperonas Heat Shock Proteins HSP Ribosoma Péptido naciente HSP70 HSP40 Chaperonina Proteína madura

27 X. Páez Fisiología Medicina ULA fig_tab/nrm1492_F1.html Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, , 2004 PROTEÍNAS CHAPERONA PROTEÍNAS CHAPERONA 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 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 Ribosoma Polipéptido naciente Polipéptido nativo Polipéptido nativo Chaperonas Célula procariota Sist. Chaperoninas

28 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, , 2004 PROTEÍNAS CHAPERONA PROTEÍNAS CHAPERONA Ribosoma Polipéptido naciente Polipéptido nativo Polipéptido nativo 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 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

29 fig_tab/nrm1492_F3.html Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, , 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 PROTEÍNAS CHAPERONA PROTEÍNAS CHAPERONA Polipéptido naciente Polipéptido nativo Protea soma Receptores esteroides MiosinaKinasas Pueden enviar a las proteínas a degradación en el sistema Ub- proteasoma Pueden enviar a las proteínas a degradación en el sistema Ub- proteasoma

30 Funciones de chaperonas Funciones de chaperonas 1 1. Facilitan plegamiento y previenen agregación 2. Regulan: Autofagia Degradación proteasomal Fusión de vesículas Apoptosis Signal transduction Endocitosis 1. Facilitan plegamiento y previenen agregación 2. Regulan: Autofagia Degradación proteasomal Fusión de vesículas Apoptosis Signal transduction Endocitosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones. Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005 Marca proteínas para degradación Previene agregación proteínas Media degradación por autofagia Replegamiento proteínas Traslocan proteínas a través de membrana Participa en fusión vesicular Quita cubierta clatrina Disminuye ROS Inhiben cascada apoptótica Regula su propia expresión Activa receptor esteroideo y transcripción Plegamiento proteínas nuevas Chaperona Prot. Malpleg Prot. Nativa Clatrina NT

31 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones. Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005 Funciones de chaperonas 1.Retira clatrina 2.Inhibe apoptosis 3.Disminuye ROS 4.Plegamiento normal de proteína naciente 5.Media degradación autofágica 6.Repliegan proteínas 7.Evitan agregación de proteínas anormales 8.Envían proteínas anormales a degradación 9.Promueve degradación asociada a RE 10.Participa en fusión de vesículas con membrana 11.Promueve enlace horm. esteroideas al receptor nuclear 12.Regula su expresión 1.Retira clatrina 2.Inhibe apoptosis 3.Disminuye ROS 4.Plegamiento normal de proteína naciente 5.Media degradación autofágica 6.Repliegan proteínas 7.Evitan agregación de proteínas anormales 8.Envían proteínas anormales a degradación 9.Promueve degradación asociada a RE 10.Participa en fusión de vesículas con membrana 11.Promueve enlace horm. esteroideas al receptor nuclear 12.Regula su expresión

32 SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA Y DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS 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 SIST. UBIQUITINA-PROTEASOMA Gran complejo proteolítico que identifica selectivamente y degrada proteínas incorrectas, no reparadas y no queridas

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 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 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 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Sustratoproteico Proteína-Ub Cpmplejo 26S protesoma Degradaciónproteínas

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 (Gly terminal C de Ub reacciona con Lys cadena lateral del sustrato) lateral del sustrato) E2: enzima que conjuga y cataliza la unión de Ub al sustrato al sustrato E3: enzima ligasa que junto con E2 reconoce al sustrato sustrato 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 (Gly terminal C de Ub reacciona con Lys cadena lateral del sustrato) lateral del sustrato) E2: enzima que conjuga y cataliza la unión de Ub al sustrato al sustrato E3: enzima ligasa que junto con E2 reconoce al sustrato sustrato X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

39 Ubiquitinización de proteínas Activación Conjugación Unión al sustrato Sustrato poliUb Selectiva con gasto de energía (E1-E3)

40 Enz DUBs E3 tipo RING E3 tipo HECT Proteasoma SISTEMA Ub-Proteasoma Nature Reviews Molecular Cell Biology 10: , 2009 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Proteína degradada

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

42 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Funciones de Ub Además de marcaje para degradación Regula ciclo celular Repara ADN Participa en embriogénesis Regula transcripción Apoptosis Además de marcaje para degradación Regula ciclo celular Repara ADN Participa en embriogénesis Regula transcripción Apoptosis Ub y blancos terapéuticos. San Diego, Enero 2011

43 PROTEASOMA Gran complejo con múltiples subunidades que degrada proteínas celulares cuando no se necesitan más 1 subcomplejo catalítico 1 subcomplejo catalítico 2 subcomplejos reguladores 2 subcomplejos reguladoresPROTEASOMA Gran complejo con múltiples subunidades que degrada proteínas celulares cuando no se necesitan más 1 subcomplejo catalítico 1 subcomplejo catalítico 2 subcomplejos reguladores 2 subcomplejos reguladores X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

44 Proteasoma Visto de arriba Extremos: Partículas Reguladoras regulan entrada Extremos: Partículas Reguladoras regulan entrada Tubo: Sitios catalíticos donde se degrada la proteína Tubo: Sitios catalíticos donde se degrada la proteína

45 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Proteasoma Parte central catalítica Partícula Reguladora Partícula Reguladora Ubiquitina Proteína no plegada

46 LA DEGRADACIÓN PROTEICA * conjugación de múltiples moléculas de Ub al sustrato, seguida por de Ub al sustrato, seguida por * proteolisis de la proteína marcada en el complejo proteasoma 26S en el complejo proteasoma 26S 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 SIST. Ub-PROTEASOMA SIST. Ub-PROTEASOMA Degradación de proteínas 26S proteasoma Proteína poliUb Aminoácidos Conjugación

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

49 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Degradación proteína en proteasoma Aminoácidos Presentación de antígenos Proteasoma Degradación de proteínas Conjugación con ubiquitina 20S proteosoma Proteínas La proteína-Ub interactúa mayor tiempo con el proteasoma. Esto aumenta la probabilidad de que el proteasoma la degrade La proteína-Ub interactúa mayor tiempo con el proteasoma. Esto aumenta la probabilidad de que el proteasoma la degrade

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

51 Subunidad Reguladora (2) Subunidad Catalítica (1) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Sistema Ubiquitina-proteasoma 26S proteasoma Proteína poliUb Péptidos

52 Degradación proteína en proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 desdoblaje entrada clivaje Salida proteína degradada Proteína poliUb 26S proteasoma Proteína degradada Ub libre

53 Degradación proteína en proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Proteína -Ub Proteasoma DesUb Proteolisis

54 Degradación proteína dentro del proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

55 BALANCE DEGRADACIÓN/ NO DEGRADACIÓN regula la cantidad de proteínas de la célula BALANCE DEGRADACIÓN/ NO DEGRADACIÓN regula la cantidad de proteínas de la célula X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

56 Ubiquitinización-desubiquitinización Conjugación 26S Proteasoma Desconjugación DUBs Degradación Oligopéptidos Cadena desensamblaje Ub libre

57 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Enz DUBs E3 tipo RING E3 tipo HECT Proteasoma Nature Reviews Molecular Cell Biology 10: , 2009 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Proteína degradada Ubiquitinización-desubiquitinización

58 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Ubiquitinización- Desubiquitinización Ubiquitinización- Desubiquitinización Proteína Ub pool Proteasoma Péptidos Péptidasas citosólicas Aminoácidos Enzimas DUBs Hay enzimas (DUBs) que remueven Ub para evitar degradación indiscriminada Hay enzimas (DUBs) que remueven Ub para evitar degradación indiscriminada Proteína-Ub

59 Degradación proteínas por Autofagia Autofagia es mecanismo de muerte programada que puede estar aumentada en neurodegeneración También puede ser mecanismo de supervivencia para recuperar nutrientes Macroautofagia es el principal mecanismo de degradación de organelos y proteínas agregadas Autofagia es mecanismo de muerte programada que puede estar aumentada en neurodegeneración También puede ser mecanismo de supervivencia para recuperar nutrientes Macroautofagia es el principal mecanismo de degradación de organelos y proteínas agregadas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

60 Degradación de Proteínas y Enf. Neurodegenerativas Degradación de Proteínas y Enf. Neurodegenerativas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

61 ENF. NEURODEGENERATIVAS * Hay depósitos de proteínas aberrantes Ub positivas Cuerpos de Lowy: sinucleina + Ub NFT y placas: Tau + Ub * Que pueden significar intentos fallidos de eliminar proteínas dañadas * La agregación de estas proteínas parece ser un mecanismo de protección aún no bien conocido ENF. NEURODEGENERATIVAS * Hay depósitos de proteínas aberrantes Ub positivas Cuerpos de Lowy: sinucleina + Ub NFT y placas: Tau + Ub * Que pueden significar intentos fallidos de eliminar proteínas dañadas * La agregación de estas proteínas parece ser un mecanismo de protección aún no bien conocido X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

62 En: ALZHEIMER, PARKINSON HUNTINGTON, ALS la capacidad de los sistemas de degradación es excedida y las proteínas se acumulan En: ALZHEIMER, PARKINSON HUNTINGTON, ALS la capacidad de los sistemas de degradación es excedida y las proteínas se acumulan X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

63 En AD, PD, HD y ALS hay alteración de la degradación de proteínas: - Alteración en chaperonas - Inhibición del Ups - Alteración de autofagia de pequeños agregados Todo esto puede llevar a ND y muerte celular En AD, PD, HD y ALS hay alteración de la degradación de proteínas: - Alteración en chaperonas - Inhibición del Ups - Alteración de autofagia de pequeños agregados Todo esto puede llevar a ND y muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

64 Chaperonas Y Neurodegeneración Chaperonas Y Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

65 En neurodegeneración Las chaperonas se colocalizan con las proteínas aberrantes y los componentes del UPS En neurodegeneración Las chaperonas se colocalizan con las proteínas aberrantes y los componentes del UPS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

66 1. Bloquean interacciones proteicas inapropiadas inapropiadas 2. Facilitan degradación y sequestración 3. Bloquean señales, cascadas que llevan a disfunción y muerte a disfunción y muerte 1. Bloquean interacciones proteicas inapropiadas inapropiadas 2. Facilitan degradación y sequestración 3. Bloquean señales, cascadas que llevan a disfunción y muerte a disfunción y muerte X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Chaperonas neuroprotectoras en ND

67 Acción de Chaperonas sobre toxicidad de Proteínas Anormales Acción de Chaperonas sobre toxicidad de Proteínas Anormales 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

68 1.Previenen formación de oligómeros tóxicos 2.Aumentan formación de inclusiones 3.Aumentan degradación de proteínas: proteosoma, RE, lisosoma proteosoma, RE, lisosoma 4.Previenen señales de apoptosis 5.Previene inhibición de proteasoma por agregados 6.Suprimen estrés oxidativo 7.Aumentan actividad de microglia y fagocitosis de agregados 1.Previenen formación de oligómeros tóxicos 2.Aumentan formación de inclusiones 3.Aumentan degradación de proteínas: proteosoma, RE, lisosoma proteosoma, RE, lisosoma 4.Previenen señales de apoptosis 5.Previene inhibición de proteasoma por agregados 6.Suprimen estrés oxidativo 7.Aumentan actividad de microglia y fagocitosis de agregados Neuroprotección por chaperonas en ND X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

69 Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración Luo et al. Molecular Neurodegeneration 5:24, A. Hsp 90 regula factor transcripción HSF1 que regula respuesta Heat shock en situaciones de estrés Inhibidores Hsp90 activan HSF1 B. Tratamiento con Inhibidor Hsp90 trimeriza HSF1 C. Tratamiento sistémico con Hsp90 inhibidor en ratón tg Alzheimer induce Hsp70 A. Hsp 90 regula factor transcripción HSF1 que regula respuesta Heat shock en situaciones de estrés Inhibidores Hsp90 activan HSF1 B. Tratamiento con Inhibidor Hsp90 trimeriza HSF1 C. Tratamiento sistémico con Hsp90 inhibidor en ratón tg Alzheimer induce Hsp70 A. B. C. Inhibición HSP90 = inducción de chaperonas neuroprotectoras HSF1 HSp70

70 Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración La inhibición de HSP90 produce inducción de la expresión de chaperonas neuroprotectoras Hsp70/Hsp40 La inhibición de HSP90 produce inducción de la expresión de chaperonas neuroprotectoras Hsp70/Hsp40 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 GELDAMICINA Antibiótico que inhibe a Hsp90 e induce Hsp70 En modelo de AD induce aumento de Hsp70 y disminuye cantidad de tau insoluble GELDAMICINA Antibiótico que inhibe a Hsp90 e induce Hsp70 En modelo de AD induce aumento de Hsp70 y disminuye cantidad de tau insoluble

71 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Luo et al. Molecular Neurodegeneration 5:24, Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración A. La estabilidad funcional de estas proteínas aberrantes probablemente requiere mecanismos buffering como los ofrecidos por Hsp90 Esta actividad aberrante desarrolla dependencia de Hsp90 y promueve progresión de la enfermedad A. La estabilidad funcional de estas proteínas aberrantes probablemente requiere mecanismos buffering como los ofrecidos por Hsp90 Esta actividad aberrante desarrolla dependencia de Hsp90 y promueve progresión de la enfermedad B. La inhibición farmacológica de Hsp90 resulta en inactivación o degradación vía proteasoma de las proteínas reguladas por Hsp90 B. La inhibición farmacológica de Hsp90 resulta en inactivación o degradación vía proteasoma de las proteínas reguladas por Hsp90 Degradación Inhibición Hsp90 = reducción en actividad y expresión de proteínas aberrantes A. B. AD PD DFT y parkinsonismo Inhibidor Hsp90 Inhibidor Hsp90 Estabilización estructura y activación función Progresión enfermedad Proteasoma

72 Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración La inhibición de HSP90 produce reducción de la actividad y expresión de proteínas aberrantes La inhibición de HSP90 produce reducción de la actividad y expresión de proteínas aberrantes X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 La utilidad de Inhibidores de Hsp90 como agentes clínicos dependerá de su efecto a dosis no toxicas a largo plazo

73 CHAPERONAS (HSP) protectoras AD: disminuyen hiperfosforilación de tau PD: disminuyen sinucleina agregada ALS: aumento de Hsp enlentece progresión de enfermedad poliQ: suprime formación de cuerpos de inclusión CHAPERONAS (HSP) protectoras AD: disminuyen hiperfosforilación de tau PD: disminuyen sinucleina agregada ALS: aumento de Hsp enlentece progresión de enfermedad poliQ: suprime formación de cuerpos de inclusión X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

74 CHAPERONAS en Alzheimer Disminuyen hiperfosforilación de tau Aumentan tau desfosforilada Suprimen muerte mediada por tau CHAPERONAS en Parkinson Pueden aumentar replegamiento y/o promover degradación de sinucleina Sobreexpresión de Hsp disminuye sinucleina oxidada insoluble CHAPERONAS en Alzheimer Disminuyen hiperfosforilación de tau Aumentan tau desfosforilada Suprimen muerte mediada por tau CHAPERONAS en Parkinson Pueden aumentar replegamiento y/o promover degradación de sinucleina Sobreexpresión de Hsp disminuye sinucleina oxidada insoluble X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

75 Chaperonas y neurotoxicidad sinucleina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Nature Review Neuroscience 4: , 2003 sinucleina oligómeros Chaperona Configuraciones No tóxicas sinucleina Interacción con potenciales proteínas neurotóxicas Cuerpos Lewy Depleción de chaperona Muerte N. DA Déficit motor

76 1.Podrían alterar la conformación de oligómeros tóxicos y reducir toxicidad por cambios en la estructura de la proteína 2.Al modular sinucleina impiden su interacción con otras proteínas neurotóxicas que activan vías de muerte 3.Pueden quedar secuestradas en cuerpos de Lewy, lo que las depleta y puede llevar a muerte celular 1.Podrían alterar la conformación de oligómeros tóxicos y reducir toxicidad por cambios en la estructura de la proteína 2.Al modular sinucleina impiden su interacción con otras proteínas neurotóxicas que activan vías de muerte 3.Pueden quedar secuestradas en cuerpos de Lewy, lo que las depleta y puede llevar a muerte celular Nature Review Neuroscience 4: , 2003 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Chaperonas y Parkinson

77 El aumento de Hsp suprime la formación de PoliQ y cuerpos de inclusión y su toxicidad Las chaperonas aumentan solubilidad de cuerpos de inclusión, por tanto la neuroprotección podría relacionarse más con alteraciones bioquímicas que morfológicas y cuerpos de inclusión El aumento de Hsp suprime la formación de PoliQ y cuerpos de inclusión y su toxicidad Las chaperonas aumentan solubilidad de cuerpos de inclusión, por tanto la neuroprotección podría relacionarse más con alteraciones bioquímicas que morfológicas y cuerpos de inclusión X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 CHAPERONAS en Huntington (Enf. PoliQ)

78 Conversión de poliQ monómeros a conformación sheet seguido de oligomerización y formación de fibrillas amiloide Hsp70/40 previenen cambio de conformación y formación de agregados Hsp104 a baja concentración promueve conversión a sheet, pero a alta puede disociar los oligómeros solubles enlenteciendo la agregación Conversión de poliQ monómeros a conformación sheet seguido de oligomerización y formación de fibrillas amiloide Hsp70/40 previenen cambio de conformación y formación de agregados Hsp104 a baja concentración promueve conversión a sheet, pero a alta puede disociar los oligómeros solubles enlenteciendo la agregación Acción de chaperonas y Agregación poliQ a No tóxicos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Agregados Proteína monomérica Monómero sheet Oligómero sheet Intermediarios tóxicos Fibrillas amiloide Hsp70/40

79 Toxicidad mediada por poliQ y supresión por chaperonas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Factores esenciales de transcripción Reclutamiento Disfunción celular PoliQ monomérico PoliQ intermediarios PoliQ Fibrilar agregado PoliQ monomérico PoliQ intermediarios PoliQ Fibrilar agregado El sistema Ub-proteasoma Inhibición Disfunción celular Degradación Disregulación de la transcripción Inhibición del Ups

80 CHAPERONAS en ALS En motoneuronas ALS no hay aumento de Hsp en respuesta al estrés Esto lleva a aumentar proteínas oxidadas dañadas resistentes a la degradación lo que llevaría a degeneración selectiva de motoneuronas La inyección de vectores con Hsp y SOD mut en motoneuronas disminuye la toxicidad de SOD mut y aumenta la sobrevida CHAPERONAS en ALS En motoneuronas ALS no hay aumento de Hsp en respuesta al estrés Esto lleva a aumentar proteínas oxidadas dañadas resistentes a la degradación lo que llevaría a degeneración selectiva de motoneuronas La inyección de vectores con Hsp y SOD mut en motoneuronas disminuye la toxicidad de SOD mut y aumenta la sobrevida X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

81 ARIMOCLOMOL Droga experimental que activa la respuesta heat shock con producción de Hsp 70 y enlentece la progresión en modelos animales ALS Hsp disminuye la toxicidad de SOD1 mutante en modelos ALS ARIMOCLOMOL Droga experimental que activa la respuesta heat shock con producción de Hsp 70 y enlentece la progresión en modelos animales ALS Hsp disminuye la toxicidad de SOD1 mutante en modelos ALS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

82 Sistema Ub-Proteasoma y Neurodegeneración Sistema Ub-Proteasoma y Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011

83 F.M LaFerla et al. Nature Reviews Neuroscience 8, , 2007 A intracelular o captado del exterior: Inhibe proteosoma Causa tau hiperfosf. Alteración mitocondria Disfunción Ca ++ i Disfunción sináptica A i ntracelular o captado del exterior: Inhibe proteosoma Causa tau hiperfosf. Alteración mitocondria Disfunción Ca ++ i Disfunción sináptica ovillos Tau-hiperP Proteasoma Disfunción Sináptica Disfunción Ca ++ Placas Mitocondria Degradación de Proteínas y Alzheimer Degradación de Proteínas y Alzheimer

84 Además de: Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial Existe, Déficit estructural y funcional del UPS con agregación de sinucleina anormal Además de: Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial Existe, Déficit estructural y funcional del UPS con agregación de sinucleina anormal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Degradación de Proteínas y Parkinson En tg modelos de PD el aumento de expresión de chaperonas revierte déficit funcional del UPS

85 Inhibición del Complejo Mitocondrial I Agregación de sinucleina Inhibición del UPS Falla en degradación de proteínas Muerte N. DA Inhibición del Complejo Mitocondrial I Agregación de sinucleina Inhibición del UPS Falla en degradación de proteínas Muerte N. DA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Degradación de proteínas y Parkinson

86 La sobreexpresión de sinucleina agregada inhibe al proteasoma Las N. DA parecen ser especialmente vulnerables a inhibición del proteasoma La sobreexpresión de sinucleina agregada inhibe al proteasoma Las N. DA parecen ser especialmente vulnerables a inhibición del proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Degradación de proteínas y Parkinson

87 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 DEGRADACIÓN de PROTEÍNAS y PARKINSON Disfunción complejo I Radicaleslibres ATP Despolarizaciónneuronal ExcitaciónExcitotóxicaRNMDA Agregación sinucleina Disfunciónproteasoma Proteasoma activo SOBREVIDA Muerteneuronal

88 Mutaciones en Parkinson familiar Además de mutaciones de SINUCLEINA existen mutaciones PARKINA: proteína como ligasa E3 DJ1: proteína como chaperona UCHL-1: Ub C terminal hidrolasa (DUBs) Estas 3 se relacionan con los sistemas de regulación de calidad de proteínas Mutaciones en Parkinson familiar Además de mutaciones de SINUCLEINA existen mutaciones PARKINA: proteína como ligasa E3 DJ1: proteína como chaperona UCHL-1: Ub C terminal hidrolasa (DUBs) Estas 3 se relacionan con los sistemas de regulación de calidad de proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 DEGRADACIÓN de PROTEÍNAS y PARKINSON

89 PARKINA Participa en detoxificación de proteínas acumuladas por rescatar la función UPS Parkina parece actuar sólo sobre sinucleina aberrante y su efecto protector parece ser rescatar la función UPS PARKINA Participa en detoxificación de proteínas acumuladas por rescatar la función UPS Parkina parece actuar sólo sobre sinucleina aberrante y su efecto protector parece ser rescatar la función UPS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 La pérdida de sus funciones puede reducir la habilidad de la célula para lidiar con la disfunción del proteasoma DJ1 Participa en detoxificación de proteínas por su función de chaperona putativa DJ1 Participa en detoxificación de proteínas por su función de chaperona putativa

90 Nature Reviews Neuroscience 7, , 2006 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Vía Ubiquitina Vía Mitocondrial sinucleinaProteínas Estrés oxidativo Proteínas malplegadas Sistema Ub-proteasoma Degradación de Proteínas en Parkinson Degradación de Proteínas en Parkinson Proteasoma Degra- dación Envejecimiento? Disfunción o disminución ATP Ovillo Tau-P sinucleina-P Envejecimiento ROS Muerte celular ATP UPS Protofibrillas DJ1 Parkina

91 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Mutaciones genéticas en Parkinson que llevan a mal plegamiento y alteración de las vías de degradación de proteínas Mutaciones genéticas en Parkinson que llevan a mal plegamiento y alteración de las vías de degradación de proteínas Nature Medicine 10: S58-S62, 2004 Proteína malplegada Vías de degradaciónProteína degradada Proteína normal Muerte celular

92 Ub marca Htt para degrada- ción Agregados se acumulan X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Agregados htt inhiben proteosoma Htt mut forma agregados HD Normal Se produce una proteína mal plegada Ub marca la proteína anormal La proteína es plegada o degradada Degradación de proteínas en Huntington

93 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Chaperonas Sistema Ub-proteosoma Autofagia Chaperonas Sistema Ub-proteosoma Autofagia Degradación de proteínas

94 Es una importante vía de degradación de organelos y proteínas intracelulares y también de proteínas agregadas Es una importante vía de degradación de organelos y proteínas intracelulares y también de proteínas agregadas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 AUTOFAGIA EN LISOSOMA

95 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Generation of Tau aggregates and clearance by autophagy in an inducible cell modelof tauopathy Neurodegenerative Diseases 7: , 2010 La agregación de tau va precedida de proceso proteolítico que genera fragmentos de alta amiloidogenicidad, mientras más cortos más se agregan La agregación de tau va precedida de proceso proteolítico que genera fragmentos de alta amiloidogenicidad, mientras más cortos más se agregan Agregados de tau se eliminan más por autofagia que por Ups Al inhibir autofagia con 3-MA hay mayor acúmulo de agregados Al inhibir proteasomas con MG 32 no hay cambios significantes Agregados de tau se eliminan más por autofagia que por Ups Al inhibir autofagia con 3-MA hay mayor acúmulo de agregados Al inhibir proteasomas con MG 32 no hay cambios significantes Degradación de Tau y Autofagia

96 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Generation of Tau aggregates and clearance by autophagy in an inducible cell modelof tauopathy Neurodegenerative Diseases 7: , 2010 Se puede revertir la agregación con estimulantes de autofagia Se puede revertir la agregación con estimulantes de autofagia Degradación de Tau y Autofagia RAPAMICINA Inhibe el complejo enzimático mTOR que inhibe autofagia, por tanto, estimula autofagia RAPAMICINA Inhibe el complejo enzimático mTOR que inhibe autofagia, por tanto, estimula autofagia

97 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 II Mecanismos patogénicos moleculares Continua... Agregación de proteínas Degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Alteración homeostasis de metales Óxido nítrico y acción de proteínas como priones Agregación de proteínas Degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Alteración homeostasis de metales Óxido nítrico y acción de proteínas como priones

98 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Es Navidad de nuevo Carl Larsson

99 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011 Noche de Navidad Carl Larsson


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