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
ENF. NEURODEGENERATIVAS INTRODUCCIÓN PATOGENIA MOLECULAR ENF. NEURODEGENERATIVAS FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
? Ab Htt microglia Neurodegeneración apoptosis degradación de 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
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
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CONFORMACIÓN PARTICULAR La función normal de una proteína requiere que adopte UNA CONFORMACIÓN PARTICULAR entre muchas posibles, pero incorrectas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
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
llevan a Neurodegeneración 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
Plegamiento y degradación Plegado intermedio Estado nativo Estado no plegado Chaperonas Chaperonas Fragmentos de degradación Protofibrillas Exceso Enfermedad Fibrillas amiloide Enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Vía potencial de formación de cuerpos de inclusión Forma normal Forma 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
Tóxicos?? Protectoras?? Diferentes monómeros proteínas mal plegadas 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
AGREGADOS DE PROTEÍNAS NEURODEGENERACIÓN ¿Son causa o consecuencia? ¿Son perjudiciales o protectores? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Defensas que controlan la calidad de las proteínas PROTEÍNAS CHAPERONAS SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA (UPS) AUTOFAGIA MEDIADA EN LISOSOMA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
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 Nature Reviews Molecula Cell Biology 6, 891-98,2005 RE Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, 891-98,2005 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
detectar y eliminar proteínas mal plegadas puede contribuir FALLAS en detectar y eliminar proteínas mal plegadas puede contribuir a la neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS CHAPERONAS Y DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
No son estas… A stolen interview. Edmund Blair Leighton 1888 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
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
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
Facilitan el plegamiento apropiado de proteínas 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
Papel de las proteínas chaperonas 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
Proteína ubiquitinada 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
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
CHAPERONAS HSP Chaperonas Heat Shock Proteins HSP Corrigen el 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
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
PROTEÍNAS CHAPERONA En mamíferos las cadenas de polipéptidos nacientes 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
PROTEÍNAS CHAPERONA Pueden enviar a las proteínas a degradación 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
Inhiben cascada apoptótica 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
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
SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA Y DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
SIST. UBIQUITINA-PROTEASOMA Gran complejo proteolítico que identifica selectivamente y degrada proteínas incorrectas, no reparadas y no queridas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
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
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
VÍA Ub-PROTEASOMA Sustrato Proteína-Ub proteico Degradación proteínas Cpmplejo 26S protesoma Degradación proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
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
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
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
Funciones de Ub Ub y blancos terapéuticos . San Diego, Enero 2011 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
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
Proteasoma Extremos: Partículas Reguladoras regulan entrada Tubo: 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
Proteasoma Partícula Reguladora Parte central catalítica Partícula 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
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
Conjugación Degradación de proteínas Proteína SIST. Ub-PROTEASOMA poliUb Degradación de proteínas 26S proteasoma Aminoácidos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de proteína ubiquitinizada en el proteasoma con gasto de energía Proteína Proteína poliUb Proteína degradada Proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
Ubiquitinización-degradación en proteasoma Péptidos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Sistema Ubiquitina-proteasoma Proteína Péptidos 26S proteasoma Proteína poliUb Subunidad Reguladora (2) Subunidad Catalítica (1) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína en proteasoma Ub libre desdoblaje entrada clivaje Proteína poliUb 26S proteasoma Proteína degradada Salida proteína degradada X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína en proteasoma Proteína -Ub Proteolisis Proteasoma DesUb X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación proteína dentro del proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
DEGRADACIÓN/ NO DEGRADACIÓN BALANCE DEGRADACIÓN/ NO DEGRADACIÓN regula la cantidad de proteínas de la célula X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización-desubiquitinización Oligopéptidos Ub libre Cadena desensamblaje Desconjugación DUBs Degradación Conjugación 26S Proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización-desubiquitinización 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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Ubiquitinización- Desubiquitinización Ub pool Hay enzimas (DUBs) que remueven Ub para evitar degradación indiscriminada Enzimas DUBs Proteína Proteína-Ub Aminoácidos Proteasoma Péptidasas citosólicas Péptidos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Proteínas y Enf. Neurodegenerativas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
* Hay depósitos de proteínas aberrantes ENF. NEURODEGENERATIVAS * Hay depósitos de proteínas aberrantes Ub positivas Cuerpos de Lowy: a 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
la capacidad de los sistemas de degradación es excedida y 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
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
Chaperonas Y Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Las chaperonas se colocalizan En neurodegeneración Las chaperonas se colocalizan con las proteínas aberrantes y los componentes del UPS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas neuroprotectoras en ND Bloquean interacciones proteicas inapropiadas Facilitan degradación y sequestración Bloquean señales, cascadas que llevan a disfunción y muerte X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
Neuroprotección por chaperonas en ND Previenen formación de oligómeros tóxicos Aumentan formación de inclusiones Aumentan degradación de proteínas: proteosoma, RE, lisosoma Previenen señales de apoptosis Previene inhibición de proteasoma por agregados Suprimen estrés oxidativo Aumentan actividad de microglia y fagocitosis de agregados X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración B. 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. HSF1 C. Inhibición HSP90 = inducción de chaperonas neuroprotectoras HSp70 Luo et al. Molecular Neurodegeneration 5:24, 2010 http://www.molecularneurodegeneration.com/content/5/1/24 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración La inhibición de HSP90 produce inducción de la expresión de chaperonas neuroprotectoras Hsp70/Hsp40 GELDAMICINA Antibiótico que inhibe a Hsp90 e induce Hsp70 En modelo de AD induce aumento de Hsp70 y disminuye cantidad de tau insoluble X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
AD Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración A. PD B. DFT y parkinsonismo 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 Inhibidor Hsp90 Inhibición Hsp90 = reducción en actividad y expresión de proteínas aberrantes B. Inhibidor Hsp90 Proteasoma Estabilización estructura y activación función B. La inhibición farmacológica de Hsp90 resulta en inactivación o degradación vía proteasoma de las proteínas reguladas por Hsp90 Progresión enfermedad Degradación Luo et al. Molecular Neurodegeneration 5:24, 2010 http://www.molecularneurodegeneration.com/content/5/1/24 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperona HPS 90 y Neurodegeneración La inhibición de HSP90 produce reducción de la actividad y expresión de proteínas aberrantes La utilidad de Inhibidores de Hsp90 como agentes clínicos dependerá de su efecto a dosis no toxicas a largo plazo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS (HSP) protectoras AD: disminuyen hiperfosforilación de tau PD: disminuyen a sinucleina agregada ALS: aumento de Hsp enlentece progresión de enfermedad poliQ: suprime formación de cuerpos de inclusión X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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 a sinucleina Sobreexpresión de Hsp disminuye a sinucleina oxidada insoluble X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas y neurotoxicidad a sinucleina Configuraciones No tóxicas a sinucleina Chaperona Cuerpos Lewy a sinucleina oligómeros Depleción de chaperona Interacción con potenciales proteínas neurotóxicas Muerte N. DA Déficit motor Nature Review Neuroscience 4: 727-38, 2003 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Chaperonas y Parkinson Podrían alterar la conformación de oligómeros tóxicos y reducir toxicidad por cambios en la estructura de la proteína Al modular a sinucleina impiden su interacción con otras proteínas neurotóxicas que activan vías de muerte Pueden quedar secuestradas en cuerpos de Lewy, lo que las depleta y puede llevar a muerte celular Nature Review Neuroscience 4: 727-38, 2003 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
CHAPERONAS en Huntington (Enf. PoliQ) 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
Acción de chaperonas y Agregación poliQ a Agregados Intermediarios tóxicos No tóxicos Hsp70/40 Monómero b sheet Oligómero b sheet Fibrillas amiloide Proteína monomérica Conversión de poliQ monómeros a conformación b 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 b sheet, pero a alta puede disociar los oligómeros solubles enlenteciendo la agregación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Toxicidad mediada por poliQ y supresión por chaperonas monomérico PoliQ intermediarios PoliQ Fibrilar agregado Disregulación de la transcripción Disfunción celular Reclutamiento Factores esenciales de transcripción PoliQ monomérico Inhibición del Ups PoliQ intermediarios PoliQ Fibrilar agregado Disfunción celular Degradación Inhibición El sistema Ub-proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
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
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
Sistema Ub-Proteasoma y Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Proteínas y Alzheimer Ab intracelular o Placas Degradación de Proteínas y Alzheimer Disfunción Ca++ Ab intracelular o captado del exterior: Inhibe proteosoma Causa tau hiperfosf. Alteración mitocondria Disfunción Ca++i Disfunción sináptica Tau-hiperP Mitocondria ovillos Disfunción Sináptica Proteasoma F.M LaFerla et al. Nature Reviews Neuroscience 8, 499-509, 2007 http://www.nature.com/nrn/journal/v8/n7/fig_tab/nrn2168_F3.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Proteínas y Parkinson Además de: Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial Existe, Déficit estructural y funcional del UPS con agregación de a sinucleina anormal En tg modelos de PD el aumento de expresión de chaperonas revierte déficit funcional del UPS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Muerte N. DA Degradación de proteínas y Parkinson Inhibición del UPS Inhibición del Complejo Mitocondrial I Agregación de a sinucleina Inhibición del UPS Falla en degradación de proteínas Muerte N. DA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de proteínas y Parkinson La sobreexpresión de a 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 Disfunción complejo I Radicales libres ATP Despolarización neuronal Agregación a sinucleina Excitación Excitotóxica RNMDA Disfunción proteasoma Proteasoma activo Muerte neuronal SOBREVIDA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
DEGRADACIÓN de PROTEÍNAS y PARKINSON Mutaciones en Parkinson familiar Además de mutaciones de a 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
PARKINA Participa en detoxificación de proteínas acumuladas por rescatar la función UPS Parkina parece actuar sólo sobre a sinucleina aberrante y su efecto protector parece ser rescatar la función UPS DJ1 Participa en detoxificación de proteínas por su función de chaperona putativa La pérdida de sus funciones puede reducir la habilidad de la célula para lidiar con la disfunción del proteasoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Vía Ubiquitina Vía Mitocondrial Degradación de Proteínas en Parkinson a sinucleina Proteínas Muerte celular ATP UPS Parkina Protofibrillas Proteínas malplegadas Degradación de Proteínas en Parkinson Estrés oxidativo DJ1 Envejecimiento Sistema Ub-proteasoma ROS Proteasoma Degra- dación Disfunción o disminución ATP a sinucleina-P Ovillo Envejecimiento? Tau-P Nature Reviews Neuroscience 7, 207-219, 2006 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Mutaciones genéticas en Parkinson que llevan a mal plegamiento y alteración de las vías de degradación de proteínas Proteína normal Vías de degradación Proteína degradada Proteína malplegada Muerte celular Nature Medicine 10: S58-S62, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Agregados htt inhiben proteosoma Degradación de proteínas en Huntington Se produce una proteína mal plegada Ub marca la proteína anormal La proteína es plegada o degradada Normal Ub marca Htt para degrada- ción Htt mut forma agregados Agregados se acumulan Agregados htt inhiben proteosoma HD X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de proteínas Chaperonas Sistema Ub-proteosoma Autofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
AUTOFAGIA EN LISOSOMA Es una importante vía de degradación de organelos y proteínas intracelulares y también de proteínas agregadas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Degradación de Tau y Autofagia 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 Generation of Tau aggregates and clearance by autophagy in an inducible cell modelof tauopathy Neurodegenerative Diseases 7: 103-07, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
RAPAMICINA Degradación de Tau y Autofagia Se puede revertir la agregación con estimulantes de autofagia RAPAMICINA Inhibe el complejo enzimático mTOR que inhibe autofagia, por tanto, estimula autofagia Generation of Tau aggregates and clearance by autophagy in an inducible cell modelof tauopathy Neurodegenerative Diseases 7: 103-07, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
II Mecanismos patogénicos moleculares Continua... II Mecanismos patogénicos moleculares 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 2011
Es Navidad de nuevo. 1907 Carl Larsson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011
Noche de Navidad 1904-1905 Carl Larsson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2011