ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio.

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1 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 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 2010

3 ESTRÉS OXIDATIVO NeurodegeneraciónNeurodegeneración apoptosisapoptosis agregación de proteínas proteínas necrosisnecrosis InflamaciónInflamación DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL degradación de proteínas degradación de proteínas ?? microglia Excitotoxicidad Metales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 AA AA  sinucleina Htt SOD1

4 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 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 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 II Patogenia en neurodegeneración

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 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 ß-amiloide ALZHEIMER Tau ALZHEIMER Enf. Pick / Demencia Frontotemporal Degeneración corticobasal FTDP-17 Sinucleina PARKINSON Degeneración estriato nigra Degeneración corticobasal FTDP-17 Sinucleina PARKINSON Degeneración estriato nigra Síndrome Shy-Drager Huntigtina HUNTINGTON Frataxina Friedreich ataxia Síndrome Shy-Drager Huntigtina HUNTINGTON Frataxina Friedreich ataxia PROTEÍNAS ANORMALES

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

9 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Proteomic analysis of mitochondrial dysfunction in neruodegenerative diseases. Expert Rev Proteomics 7: 519-542, 2010 http://www.medscape.com/viewarticle/726511_2 AAAA Placasamiloide A  oligómeros BACE1 sAPP   secretasa Disfunción mitocondrial Enf.Neurodeg.ProteínasAnormales A  TauSOD1mutadaHuntingtinamutadaEnf.Neurodeg.ProteínasAnormales AAAATauSOD1mutadaHuntingtinamutada ROS

10 * 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 * 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 CUERPOS DE INCLUSIÓN

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

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

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

14 ¿ Son causa o consecuencia de la enfermedad o evidencia de NEUROPROTECCIÓN? ¿ 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 La función normal de una proteína requiere que adopte UNA CONFORMACIÓN PARTICULAR entre muchas posibles, pero incorrectas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

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

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

18 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 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 “Beta sheet”

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

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

23 Proteínas mutadas tienen estructura primaria mutada que predispone a la AGREGACIÓN!! 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 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 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 0.1-10  m) de: amiloide beta (A  )  sinucleina poliglutamina o poliQ Forman beta sheets que son comunes en las proteínas anormales en Enf. Neurodeg. relacionadas a amiloide FIBRILLA AMILOIDE Las fibrillas (10 nm x 0.1-10  m) de: amiloide beta (A  )  sinucleina poliglutamina o poliQ Forman beta sheets que son comunes 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  synuclein Trisomia 21 tiene depósitos precoces de A  pues llevan copia extra del locus de APP * 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  synuclein Trisomia 21 tiene depósitos precoces de A  pues llevan copia extra del locus de APP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

28 ¿Cómo se agrega una proteína? ¿Cómo se agrega una proteína?

29 PROCESO DE AGREGACIÓN DE UNA PROTEÍNA 1. 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 PROCESO DE AGREGACIÓN DE UNA PROTEÍNA 1. 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 Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, 891-98, 2005 Vía potencial de formación de cuerpos de inclusión Vía potencial de formación de cuerpos de inclusión Cambio de conformación monómero Asociación de dos o más proteína o partes Oligómeros Intermediarios Protofibrillas Fibrillas Agregados amorfos Cuerpos de Inclusión Cuerpos de inclusión Agregadosamorfos Oligómerosanulares Oligómeros (3-50 monómeros) Dímeros Agregados Protofibrillas Fibrillas Forma normal Formaanormal

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

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

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

34 Protectoras?? Tóxicos?? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 P.J. Muchowski, J.L. Wacker. Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones. Nature Review Neuroscience 6: 11-22, 2005 Proteínas chaperonas median estabilización de monómeros nativos o mal plegamiento en proceso

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

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, A ,  synuclein) 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, 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 * 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 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 2010

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

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 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 Defensas contra agregados de proteínas anormales Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, 891-98,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 MacroautofagiaChaperonasEndosoma/Lisosoma ProteasomacitoplasmanúcleoMacroautofagiaChaperonasEndosoma/Lisosoma Proteasomacitoplasmanúcleo Formaanormal Formanormal/replegada Formanormal Chaperona Lisosoma Inclusiónintranuclear Macroautofagia

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

43 Neuronas enfermas Neuronas sanas

44 GENES EN ALZHEIMER FAMILIAR GENPROTEÍNAFUNCIÓN APP Proteína precursora de Amiloide  Proteína integral membrana implicada en formación de sinapsis y plasticidad neural PSEN1 Presenilina 1 Subunidad catalítica Complejo  secretasa PSEN2 Presenilina 2 Subunidad catalítica Complejo  secretasa MTHFD1L * f. riesgo Metabolismo folato CLU**Clusterin CR1** Clearance amiloide PICAL** Conexiones entre neuronas Expert Rev Proteomisc 7: 519-42, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 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

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

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

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

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

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

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

51 http://www.neuropathologyweb.org/chapter9/images9/9-2.jpg Placas Alzheimer Tinción plata Bielschowski Placas Alzheimer Tinción plata Bielschowski X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

52 http://library.med.utah.edu/WebPath/jpeg5/CNS090.jpg Placas de en Alzheimer con terminales presinápticos, astrocitos y microglia Tinción impregnación argéntica Placas de en Alzheimer con terminales presinápticos, astrocitos y microglia Tinción impregnación argéntica X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

53 Inmunohistoquímica para beta amiloide en placas y vasos en corteza en Alzheimer Inmunohistoquímica para beta amiloide en placas y vasos en corteza en Alzheimer http://www.neuropathologyweb.org/chapter9/images9/9-2.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

54 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/ABRA_beta-amyloid_40x.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inmunohistoquímica para  amiloide Biopsia cerebral angiitis AA

55 http://www.abcam.com/ps/datasheet/images/11/ab11132/beta-Amyloid-Primary-antibodies-ab11132-4.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Inmunohistoquímica  amiloide Tejido fijado con formalina incluido en parafina

56 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Placas A  y ovillos proteína tau Nature Medicine 12: 762-63, 2006, pg 763 Inmunohistoquímica

57 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Neuronas y placas amiloide

58 http://www.medgadget.com/archives/img/hist34423.jpg Imágenes difracción aumentada (DEI) que usa rayos X de alta intensidad para detección precoz de placas de Alzheimer Imágenes difracción aumentada (DEI) que usa rayos X de alta intensidad para detección precoz de placas de Alzheimer

59 PROTEÍNA  AMILOIDE Y ALZHEIMER X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

60 AMILOIDE BETA (A  ) Un amiloide particular que se deriva de una proteína precursora grande APP y que es componente predominante de las placas características en ALZHEIMER No es lo mismo que amiloidosis AMILOIDE BETA (A  ) Un amiloide particular que se deriva de una proteína precursora grande APP y que es componente predominante de las placas características en ALZHEIMER No es lo mismo que amiloidosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

61 MUTACIONES en ALZHEIMER familiar APP: proteína precursora de A  PS1-PS2 Presenilinas parte catalítica de  secretasa que cliva APP No hay mutaciones de tau descritas en AD MUTACIONES en ALZHEIMER familiar APP: proteína precursora de A  PS1-PS2 Presenilinas parte catalítica de  secretasa que cliva APP No hay mutaciones de tau descritas en AD X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

62 http://www.nia.nih.gov:80/NR/rdonlyres /878C0448-1597-4E49-A23A-D105795B36FD/10890/02_loss_lg.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 ALZHEIMER Pérdida de neuronas Pérdida de neuronas Placas de amiloide Placas de amiloide

63 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 http://www.nia.nih.gov:80/NR/rdonlyres/878C0448-1597-4E49-A23A-D105795B36FD/ 10887/02_plaques2_lg1.jpg ALZHEIMER De APP a la Placa de Beta Amiloide De APP a la Placa de Beta Amiloide

64 ALZHEIMER Del Amiloide beta a la Placa Del Amiloide beta a la Placa AA Placa

65 SÍNTESIS, CLIVAJE Y AGREGACIÓN DE AMILOIDE BETA SÍNTESIS, CLIVAJE Y AGREGACIÓN DE AMILOIDE BETA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Citoplasma Exterior Inhibidores  secretasa Inhibidores  secretasa Agente selectivo A  42 inhibidor Inhibidores de agregación/ perturbadores fibrilla Agregado A  42 APP Pre- cursor > 90% < 10% A  42 agregaciónespontánea

66 SÍNTESIS, CLIVAJE Y AGREGACIÓN DE AMILOIDE BETA SÍNTESIS, CLIVAJE Y AGREGACIÓN DE AMILOIDE BETA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 ENZIMAS: ALFA SECRETASA BETA SECRETASA GAMMA SECRETASA ENZIMAS: ALFA SECRETASA BETA SECRETASA GAMMA SECRETASA

67 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 No amiloidogénica No formación placas No amiloidogénica No formación placas Amiloidogénica Formación placas Amiloidogénica Formación placas     APP A  30-42 A  oligómeros Placas amiloide Neurodegeneración Síntesis amiloide  Síntesis amiloide 

68 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 No amiloidogénica No formación placas No amiloidogénica No formación placas Amiloidogénica Formación placas Amiloidogénica Formación placas   AAAA APP Síntesis amiloide  Síntesis amiloide 

69 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Muerte celular Síntomas Alzheimer Señalización aberrante Síntesis amiloide  Síntesis amiloide 

70 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 APP embebida en la membrana  secretasa cliva APP y da péptido no amiloidogénico  secretasa cliva primero APP  secretasa continua clivaje y da péptido A  Alzheimer: Unraveling the mistery. National Institute of Aging. http://www.nia.nih.gov/Alzheimers/Publications/Unraveling/ Síntesis amiloide 

71 NATURE MEDICINE 12 JULY 2006 pg 767 Presenilina Complejo  secretasa X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Síntesis amiloide 

72 APP  secretasa Complejo  secretasa  amiloide X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Síntesis amiloide  Síntesis amiloide 

73 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010  amiloide APP Placa Sitio clivaje  secretasa Complejo  secretasa Subunidad reguladora  secretasa Síntesis amiloide  Síntesis amiloide 

74 PRESENILIN (PS1, PS2) Dímero parte del complejo de  secretasa que cliva APP PRESENILIN (PS1, PS2) Dímero parte del complejo de  secretasa que cliva APP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Complejo  secretasa Complejo  secretasa Nicastrin Aph1 Pen2 PS1 o PS2 Nicastrin Aph1 Pen2 PS1 o PS2 E.H. Koo. R. Kopan. Potential role of presenilin-regulated signaling pathways in sporadic neurodegeneration. Nature Medicine 10 Suppl: S26-S33, 2004

75 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Complejo  secretasa Complejo  secretasa

76 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Complejo  secretasa Complejo  secretasa

77 SÍNTESIS DE A   secretasa genera el terminal N de A   secretasa produce clivaje intramembrana y libera el A  Presenilin (PS) es la proteasa en  secretasa  A  1-40 más abundante menos tóxico A  1-42 en Alzheimer es menos abundante y se agrega fácil En Alzheimer familiar A  1-42 está aumentado SÍNTESIS DE A   secretasa genera el terminal N de A   secretasa produce clivaje intramembrana y libera el A  Presenilin (PS) es la proteasa en  secretasa  A  1-40 más abundante menos tóxico A  1-42 en Alzheimer es menos abundante y se agrega fácil En Alzheimer familiar A  1-42 está aumentado X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

78 Histología ALZHEIMER Histología ALZHEIMER Proteína precursora APP (1-770 aa) Proteína precursora APP (1-770 aa) Segmento APP (665-730 aa) Segmento APP (665-730 aa)   secretasas Péptidos A  40-42 A  40-42   placasovillosFosfo-tau X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 E. Bossy- Wetzel et al Molecular pathways to neurodegeneration Nature Medicine 10 Suppl: S2-S9, 2004

79 Formación de PLACAS extracelulares de beta amiloide depósito extracelular depósito extracelular de amiloide  de amiloide  Amiloide beta Impregnación de plata X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

80 Apoptosis en neurodegenerative disorders. Nature Reviews Molecular Cell Biology 1, 120-130, 2000 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

81 SÍNTESIS, CLIVAJE Y AGREGACIÓN DE AMILOIDE BETA SÍNTESIS, CLIVAJE Y AGREGACIÓN DE AMILOIDE BETA

82 SECUENCIA DE FORMACIÓN DE AGREGADOS A  1. Intermediarios Globulares Oligoméricos * 2. Protofibrillas 3. Protofilamentos 4. Fibras maduras 5. Placas * Test para medir ADDL ( ligando difusible)!! Ahora es realidad medición A  1-42 en LCR de pacientes asintomáticos Agosto 2010 SECUENCIA DE FORMACIÓN DE AGREGADOS A  1. Intermediarios Globulares Oligoméricos * 2. Protofibrillas 3. Protofilamentos 4. Fibras maduras 5. Placas * Test para medir ADDL ( ligando difusible)!! Ahora es realidad medición A  1-42 en LCR de pacientes asintomáticos Agosto 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

83 “ la disfunción y muerte neuronal, degeneración neurofibrilar, activación de microglía y manifestación completa de patología de Alzheimer, se inician por el depósito A  ” “ la disfunción y muerte neuronal, degeneración neurofibrilar, activación de microglía y manifestación completa de patología de Alzheimer, se inician por el depósito A  ” HIPÓTESIS AMILOIDE X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

84 DD Christensen CNS Spectr. 12Nº 2 2007. http://www.cnsspectrums.com/aspx/articledetail.aspx?articleid=972 Las placas se forman cuando hay desbalance entre formación y limpieza Las placas se forman cuando hay desbalance entre formación y limpieza X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

85 “HIPÓTESIS AMILOIDE” “HIPÓTESIS AMILOIDE” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Muerte Neuronal Demencia Producción A  alterada Aumento total A  (mutación APP, trisomia 21) Aumento A  42 (mutación PS1-2) Aumento A  amiloidogénico Producción A  alterada Aumento total A  (mutación APP, trisomia 21) Aumento A  42 (mutación PS1-2) Aumento A  amiloidogénico Niveles A  normales + APOE4 Niveles A  normales + APOE4 Niveles A  normales + envejecimiento Niveles A  normales + envejecimiento Agregación A  y acumulación Amiloide en placas y vasos Protofibrillas Oligómeros Agregados intracelulares Toxicidad Estímulos proinflamatorios Aumenta estrés oxidativo Alterada homeostasis calcio Disfunción tau y formación ovillos

86 Formas FAMILIARES autosómicasFormas “ESPORÁDICAS” HIPÓTESIS AMILOIDE EN ALZHEIMER COMIENZO DE SÍNTOMAS DE DEMENCIA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Mutaciones genéticas APP, PS Aumento A  42 a lo largo vida Falla eliminación A  Elevación gradual A  42 en cerebro Acúmulo, oligomerización A  42 en corteza Efectos sutiles de oligómeros A  42 en la eficacia sináptica Gradual depósito de oligómeros A  42 como placas Activación microglial y astrocítica Homeostasis iónica alterada Daño oxidativo Alteradas actividades kinasa/fosfatasa= ovillos Difusa disfunción neuronal/sináptica y pérdida neuronal con déficits de neurotransmisores

87 * Gen que aumenta el riesgo de Alzheimer APOE  4 alelo implicado en depósito de A   Parece que afecta la “limpieza” de A   Ratones KO APOE  4  no tienen depósitos  A  en el cerebro!  * Aumento de expresión de APP  en trisomía 21 (Down) APP (cr. 21)  aumenta A  1-42 * Gen que aumenta el riesgo de Alzheimer APOE  4 alelo implicado en depósito de A   Parece que afecta la “limpieza” de A   Ratones KO APOE  4  no tienen depósitos  A  en el cerebro!  * Aumento de expresión de APP  en trisomía 21 (Down) APP (cr. 21)  aumenta A  1-42 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 A FAVOR DE LA HIPÓTESIS

88 * No hay relación entre formas agregadas y fibrilares formas agregadas y fibrilares en las placas, ni la densidad de en las placas, ni la densidad de placas, con la magnitud de placas, con la magnitud de declinación cognitiva declinación cognitiva * Hay placas en ancianos SIN déficits intelectuales! intelectuales! * No hay relación entre formas agregadas y fibrilares formas agregadas y fibrilares en las placas, ni la densidad de en las placas, ni la densidad de placas, con la magnitud de placas, con la magnitud de declinación cognitiva declinación cognitiva * Hay placas en ancianos SIN déficits intelectuales! intelectuales! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 PROBLEMAS con la hipótesis

89 De los AGREGADOS A  a las formas A  DIFUSIBLES NO fibrilares u oligoméricas o “amiloide invisible” (ADDL) A  42 * Inyecciones de ADDL en hipocampo de ratas causan bloqueo de LTP!! A  actúa como toxina potente!! * Un método para medir ADDL en pacientes! 2005 * 2010 resultados con estos marcadores!! De los AGREGADOS A  a las formas A  DIFUSIBLES NO fibrilares u oligoméricas o “amiloide invisible” (ADDL) A  42 * Inyecciones de ADDL en hipocampo de ratas causan bloqueo de LTP!! A  actúa como toxina potente!! * Un método para medir ADDL en pacientes! 2005 * 2010 resultados con estos marcadores!! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 CAMBIO EN LA HIPÓTESIS

90 CAMBIO EN LA HIPÓTESIS: KG Mawuenyega, et al. Decreased clearance of amyloid-beta in the CNS of humans with Alzheimer's disease Science, online diciembre 9, 2010 DOI:1126/science,1197623 CAMBIO EN LA HIPÓTESIS: KG Mawuenyega, et al. Decreased clearance of amyloid-beta in the CNS of humans with Alzheimer's disease Science, online diciembre 9, 2010 DOI:1126/science,1197623 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 El problema parece ser no el péptido amiloide sino su clearance según los autores!! El problema parece ser no el péptido amiloide sino su clearance según los autores!! http://www.nia.nih.gov/Alzheimers/ResearchInformation/NewsReleases/PR20101209amyloid.htm

91 Neurólogos de la Universidad de Washington estudiaron 24 pacientes: 12 pacientes con Alzheimer tardío y 12 personas sanas * En muestras de LCR midieron la proteína beta- amiloide cada hora, durante 36 horas Los investigadores encontraron el ritmo de eliminación del amiloide beta 30% más lento en los enfermos Alzheimer que en los sanos Neurólogos de la Universidad de Washington estudiaron 24 pacientes: 12 pacientes con Alzheimer tardío y 12 personas sanas * En muestras de LCR midieron la proteína beta- amiloide cada hora, durante 36 horas Los investigadores encontraron el ritmo de eliminación del amiloide beta 30% más lento en los enfermos Alzheimer que en los sanos *Science, online diciembre 9, 2010 DOI:1126/science,1197623 http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2010/12 ^/101210_alzheimer_proteina_eliminacion_men.shtml X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

92 Ahora, el Prof. Randall Bateman líder del grupo, hace la pregunta : ¿qué es lo que causa la disminución en el ritmo de eliminación? Ahora, el Prof. Randall Bateman líder del grupo, hace la pregunta : ¿qué es lo que causa la disminución en el ritmo de eliminación? *Science, online diciembre 9, 2010 DOI:1126/science,1197623 http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2010/12 ^/101210_alzheimer_proteina_eliminacion_men.shtml

93 PROTEÍNA TAU Y ALZHEIMER X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Sigue…

94 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Fco. José Goya Aun aprendo