Laboratorio de Fisiología de la Conducta ACTUALIZACIÓN SOBRE NEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero 2005 Noviembre 2010 Ximena Páez Facultad Medicina ULA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

III. ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS INTRODUCCIÓN PATOGENIA MOLECULAR III. ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS IV. FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

I. INTRODUCCIÓN 4. Muerte celular Historia Natural 1. Neurodegeneración 2. Envejecimiento y Demencia 3. Enf. Neurodegenerativas Historia Natural Clasificaciones: actual y futura Causas. Mecanismos patogénicos 4. Muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

? apoptosis Neurodegeneración agregación de proteínas necrosis Autofagia agregación de proteínas ESTRÉS OXIDATIVO apoptosis ? Ciclo celular necrosis DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL degradación de proteínas Excitotoxicidad Priones Inflamación muerte neuronal metales Mal plegamiento de proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Muerte neuronal en Neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Tipos de células en el cerebro Neuronas Glia C. endoteliales Astrocitos Oligodendrocitos Microglia C. endoteliales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Una neurona ! Dendritas cuerpo Dirección del impulso Axón núcleo Mielina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neurona hipocampal GFP http://www.greenspine.net/en/GFP_neuron.html http://www.greenspine.net/en/mGFP_neuron2.html http://www.greenspine.net/en/GFP_neuron.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neuronas y Astrocito http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/08705a.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neuronas hipocampo (verde) Glia (rojo) http://www.greenspine.net/en/neurons_and_glial_cells.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Microglia Interacción microglia vasos angiogénesis Células endoteliales microcirculación http://www.grad.ucl.ac.uk/comp/2008-2009/research/gallery/entries/042.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿POR QUÉ MUEREN LAS NEURONAS? * NO se sabe QUÉ las lleva a la muerte en una enfermedad particular * No se sabe si la diversidad de disfunciones celulares son primarias o secundarias X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Por qué? La muerte neuronal NO es indiscriminada Poblaciones específicas Áreas específicas funcional y anatómicamente conectadas aunque estén separadas Ej. Estriado en Enf . Huntington Hipocampo, corteza en Enf. Alzheimer Degeneración Transneuronal en ALS, motoneuronas de corteza y médula espinal Estriado HD Corteza Hipocampo AD ¿Por qué? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

En la mayoría de las Enf. ND se conoce la localización, UBICACIÓN Y EXTENSIÓN DEL DAÑO En la mayoría de las Enf. ND se conoce la localización, pero NO la extensión de la lesión X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Establecer la EXTENSIÓN es difícil - examen incompleto - cuantificación no rigurosa - las neuronas enfermas pueden perder marcadores usados para identificarlas y contarlas Estimación de DISTRIBUCIÓN Y MAGNITUD de muerte debe hacerse con cuidado X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

El proceso de MUERTE en la célula ocurre porque: º Se dispara un programa autodestructor º Es dañada por otras células º Es dañada por neurotóxicos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA MUERTE NEURONAL Estrés oxidativo: aumenta ROS y/o disminuyen antioxidantes Disfunción mitocondrial/falla metabólica Sobrecarga de calcio intracelular Excitotoxicidad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Qué se ve? * PÉRDIDA LOCAL DE NEURONAS * NEURONAS SOBREVIVIENTES Y GLIOSIS REACTIVA * NEURONAS SOBREVIVIENTES - forma y tamaño alterados - reducción de prolongaciones - fragmentación de organelos - vacuolización y condensación de cromatina * INCLUSIONES INTRANEURONALES X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neuronas dañadas Neuronas dañadas Neuronas sanas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neuronas enfermas y muertas Neuronas In Vitro Neuronas sanas Neuronas enfermas y muertas http://ladulab.anat.uic.edu/images/neurons.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neuronas sanas Neuronas lesionadas por hipoxia http://www.sciencedaily.com/images/2009/01/090116175214.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

LRRK2 proteína kinasa (verde) Neurona normal núcleos (azul), LRRK2 proteína kinasa (verde) Neurona degenerada encogida y núcleo comienza a fragmentarse, que expresa LRRK2 mutada (Parkinson) http://www.dana.org/uploadedImages/News_and_Publications/Special_Publications/Articles/4-genetic_discoveries-1.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Neuronas lesionadas Neuronas sanas (isquemia) Cresyl violeta Hema- Neuronas con nucleolo intacto y cuerpos de Nissl Neuronas “azul oscuro” luego de daño irreversible Patrón normal de neuronas sanas cuerpo y prolongaciones Hema- toxilina eosina Encogimiento núcleo y vacuolización citoplasma http://www.nf.mpg.de/index.php?id=76&L=1 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

TIPOS DE MUERTE NEURONAL * Muerte no deseada: Necrosis * Muerte programada regulada conveniente: Apoptosis * Muerte programada no Apoptótica: Autofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NECROSIS vs. APOPTOSIS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NECROSIS “Muerte celular incontrolada que lleva a lisis celular, respuesta inflamatoria y potencialmente a problemas de salud” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NECROSIS “Proceso patológico causado por acción degradativa enzimática, asociado con severo trauma celular. Hay edema mitocondrial, floculación nuclear, lisis celular descontrolada, respuesta inflamatoria y muerte” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Afecta a un grupo de células NECROSIS Muerte celular pasiva Afecta a un grupo de células Vasculitis necrotizante http://www.medscape.com/viewarticle/403759_2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

“Una porción de tejido muere por: pérdida de aporte sanguíneo, corrosión, quemadura o lesión local por enfermedad” Ej. “el infarto” La célula NO se quiere morir... X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Necrosis En isquemia aguda o trauma Colapso bioquímico generación de excitotoxinas, ROS y aumento de calcio Edema nuclear y mitocondrial, disolución de organelos y condensación de cromatina alrededor del núcleo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Necrosis Ruptura de membranas nuclear y plasmática, LISIS Degradación de ADN por cortes al azar Ocurre rápidamente, difícil de tratar o prevenir X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NECROSIS Falta de oxígeno nutrientes Falta de ATP en la célula Deterioro de la membrana celular Liberación de enzimas causa inflamación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mecanismos que inducen Necrosis Hipoxia/isquemia inhiben respiración aeróbica: disminución de ATP Generación de especies oxígeno reactivas (ROS) 3. Defectos en la permeabilidad de la membrana: daño de la membrana 4. Alteración de la homeostasis del calcio: entrada de calcio X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Entrada excesiva Calcio MUERTE NEURONAL POR NECROSIS Entrada excesiva Calcio Disminución de ATP Alteraciones de proteínas y enzimas Calpainas Proteasas no lisosomales ROS y RNS MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

“Serie normal de eventos en una célula APOPTOSIS “Proceso de autodestrucción celular determinado genéticamente, caracterizado por fragmentación del ADN nuclear, que elimina ADN dañado o superfluo, y células dañadas no queridas o no necesarias” “Serie normal de eventos en una célula que lleva a su muerte” X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

APOPTOSIS Autodestrucción activa Afecta a una célula aislada http://www.bmt.tue.nl/research/unit%20descriptions/apoptosis.GIF X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis La célula quiere o necesita morirse... “Parte normal del desarrollo, las células mueren en respuesta a una serie de estímulos, de manera regulada, ordenada” “La célula tiene papel activo en su propia muerte” (suicidio celular) La célula quiere o necesita morirse... X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

en el desarrollo y vida adulta Ejemplos de apoptosis en el desarrollo y vida adulta Separación de dedos en el embrión Desarrollo de conexiones neuronales Remoción células epiteliales GI Remoción de glóbulos rojos viejos Regulación S. inmune http://mcb.berkeley.edu/courses/mcb130L/Originals/ X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

APOPTOSIS Disparo programa muerte celular Señales intracel. caspasas Fragmentación de célula en vesículas Fagocitosis por células vecinas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Algo anda mal y no se puede reparar Célula sana Lesión a la célula Errores genéticos que resultan del daño Célula intenta repararlos Todos los errores reparados Algunos errores quedan La célula programa eliminarse Lesión adicional Célula incapaz de reparar Célula programa morir por apoptosis http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/apoptosisprocess X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Proceso Apoptótico La célula recibe señales apoptóticas Serie de cambios bioquímicos y morfológicos 3. Activación de caspasas - Rompen proteínas estructurales membrana y núcleo - Activan enzimas que fragmentan e inhiben enzimas que reparan ADN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Proceso APOPTÓTICO Bulas de membrana Se frunce la célula cromatina se condensa Formación cuerpos apoptóticos Lisis Cuerpos apoptóticos Colapso núcleo más Bulas http://www.microbiologybytes.com/virology/kalmakoff/baculo/pics/Apoptosis.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Proceso APOPTÓTICO Condensación núcleo picnosis Bulas Fruncimiento de célula Fraccionamiento núcleo cariorrexis Cuerpo apoptótico X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 Fagocito engullendo cuerpos apoptóticos

Proceso APOPTÓTICO No derrame de contenidos No inflamación Cromatina heterogenea Reducción volumen Condensación cromatina Marginación Fragmentación ADN Cuerpos apotóticos Colapso núcleo No derrame de contenidos No inflamación http://www.copewithcytokines.de/apoptosis.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

APOPTOSIS Célula muriendo Cambios morfológicos Citoplasma se constriñe Núcleo se condensa en “herradura” APOPTOSIS Célula muriendo Cambios morfológicos Continua constricción Cuerpos apoptóticos http://www.reading.ac.uk/nitricoxide/intro/apoptosis/index.htm X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Células apoptóticas Cromatina Condensada X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis por acción de óxido nítrico (NO) SH-SY5Y cells Óxido nítrico Apoptosis por acción de óxido nítrico (NO) Neuronas corticales Óxido nítrico Cambios en citoplasma y núcleo BAX (verde) va a mitocondrias distribución no homogénea http://depts.washington.edu/neurosur/research/images/morrison_5.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* Para ser fagocitadas las células apoptóticas disparan la respuesta de macrófagos traslocando fosfatidilserina al exterior de la membrana * Los macrófagos remueven las células apoptóticas limpiamente X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Leucocito Fagocitosis de célula apoptótica Célula apoptótica http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/apoptosismacrophage.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NECROSIS APOPTOSIS VS. INFLAMACIÓN NO INFLAMACIÓN Disparadores Expresión genética APOPTOSIS Daño celular Contenido retenido NECROSIS Contenido liberado FAGOCITOSIS Reconocimiento de cuerpos apoptóticos INFLAMACIÓN NO INFLAMACIÓN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

VÍAS DE APOPTOSIS Receptores de muerte Mitocondria Retículo endotelial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

1 2 3 http://focosi.immunesig.org/apoptosis.htm

INDUCCIÓN DE APOPTOSIS 1. Estímulos extrínsecos Ligandos a receptores de muerte Granzima de linfocitos T citotóxicos 2. Estímulos intrínsecos vía mitocondrial ESTRÉS CELULAR Disminución de factores neurotróficos Radiación, químicos, infección viral ESTRÉS OXIDATIVO Aumento de ROS/disminución antioxidantes Vía retículo endotelial Por alteración homeostasis del Ca++ Por activación de caspasa 12 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

1 2 3 Vías de APOPTOSIS Muerte neuronal Caspasas ejecutoras Recep. Vía mitocondrial 3 Estrés RE Caspasas ejecutoras Muerte neuronal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Inducción Apoptosis Extrínsecas intrínsecas Receptor muerte 1. Señales -Vía Receptores de Muerte -Granzima Infección viral Radiaciones ionizantes 2. Señales intrínsecas Vía mitocondrial Granzima Estrés celular Falta F. Crec. nutrientes Estrés oxidativo ROS Receptor muerte X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis Vía Extrínseca 1 Apoptosis Vía Extrínseca Receptores de MUERTE Disparan apoptosis en segundos TNF1 Apoptosis, Activación genes proinflamatorios y genes inmunomoduladores 2. CD95 o Fas Apoptosis en sitios privilegiados (SNC) 3. TRAIL (DR4-DR5) Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Vía Extrínseca Receptores Muerte Inducción Apoptosis Vía Extrínseca Receptores Muerte 1 Ligando TNF a Ligando CD95 TRAIL Receptor Muerte DR4 DR5 TNF R CD95 Fas L Proteína adaptadora TRADD FADD FADD TRAF2 Procaspasa Procasp 8 Procasp 8 NF-kb; JNK AP1 Cascada de apoptosis APOPTOSIS Inflamación Inmuno modulación APOPTOSIS APOPTOSIS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

1 Receptores de Muerte TNFR1 Trimerización Proteínas adaptadoras (Superfamilia de genes TNF) 1 TNFR1 Trimerización Dominios muerte Proteínas adaptadoras Procaspasa 8 Caspasa 8 Inducción Genes proinflam. Inmunomodulación Caspasa 9 Apoptosis Vía señalización X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

} 1 Apoptosis Receptores de muerte CD95 receptor FADD Procaspasa 8 FasL o CD95 Receptores de muerte (Superfamilia de genes TNF) 1 CD95 receptor FADD Procaspasa 8 } DISC Death inducing signaling complex Procaspasa 8 Caspasa 8 Proteína adaptadora FADD Apoptosis Caspasa 3 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

fosforilación oxidativa producción ATP 2 Apoptosis Vía Intrínseca Mitocondria ROS ATP fosforilación oxidativa producción ATP generación ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

2 Vía Intrínseca Mitocondrial Inducción Muerte celular SEÑALES Flia. Bcl2 ROS Estrés Celular Radiaciones Químicos Infección viral Oxidativo Deprivación F. Crec. SEÑALES que inducen LIBERACIÓN de mediadores de apoptosis de la mitocondria Mitocondria Cit c Endonucleasa G AIF Inhibe inhibidores Caspasa independ Apoptosoma Muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

2 Vía Intrínseca Mitocondrial Cascadas Muerte celular 1. Caspasa Flia. Bcl2 Cascadas ROS Moléculas mitocondriales que MEDIAN vías apoptóticas Mitocondria Cit c Endonucleasa G AIF 1. Caspasa independientes Inhibe inhibidores Caspasa independ Apoptosoma 2. Caspasa dependientes Muerte celular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

APOPTOSIS Staurosporin Caspasas ejecutoras estimula apoptosis Factor inductor de Apoptosis AIF Receptores muerte Apoptosis caspasa independiente Bulas membrana Caspasas ejecutoras Fragmentación núcleo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis Vía Receptores de Muerte: Activan caspasas Iniciadoras 8 y 10 que activan a las Efectoras 3 , 6 y 7 que clivan proteínas estructurales responsables de cambios morfológicos y fragmentación nuclear 2. Vía Mitocondrial Se forma el Apoptosoma, rueda de 7 moléculas de APAF1, citocromo C y procaspasa 9 que activa caspasa 9 que activa la Efectora 3 y otras responsables de cambios morfológicos y fragmentación nuclear X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estímulos Apoptóticos La SENSIBILIDAD de la célula a Estímulos Apoptóticos depende del: BALANCE entre proteínas PRO y ANTI-apoptóticas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

FAMILIA PROTEÍNAS Bcl2 1. Pro: Bax y Bad (citosol) Sensores de daño o estrés celular Forman POROS transmembrana en la mitocondria 2. Anti: Bcl2 y BclXL (mitocondria) Evitan que las Pro formen el poro X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

las proteínas Pro y Antiapoptóticas En APOPTOSIS las proteínas Pro y Antiapoptóticas interactúan sobre la membrana mitocondrial forman POROS y desencadenan CASCADAS CASPASA dependiente CASPASA independiente X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MUERTE SOBREVIDA BALANCE PROTEÍNAS FAMILIA BCL2 Aumento de Proteínas Anti-Apoptóticas Bcl2 BclXL Aumento de Proteínas Pro-Apoptóticas BAD BAX MUERTE SOBREVIDA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Bcl2 Bcl2 BclXL Anti- apoptóticas BAD, BAX sobre Proapoptóticas mitocondria Bcl2 BAD, BAX Proapoptóticas en citosol BAD Apaf-1 APOPTOSOMA Procaspasa 9 PORO trans- membrana (PT): * Eflujo Cit C y AIF *Disminución Vm mt Citocromo C Cascada de caspasas Factor inductor apoptosis AIF Bax X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Cascada de caspasas Cascada caspasas Señales apoptóticas Desfosfo- rilación Bad Liberación Bad Citocromo c Apoptosoma Cascada caspasas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Cascada de caspasas Formación del apoptosoma Apaf Apoptosoma Dominio de reclutamiento de caspasa Cascada de caspasas Formación del apoptosoma Apaf Factor activante apoptótico Monomérico citosol Enlace citocromo c Dominio oligomerización Procaspasa 9 Citocromo c Apaf Oligomerización Apoptosoma http://www.nature.com/nrm/journal/v9/n7/images/nrm2434-i2.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Cascada de caspasas Apoptosoma Apaf1 Citocromo c Procaspasa 9 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

membrana mitocondrial: Cuando se ABRE UN PORO en la membrana mitocondrial: 1. Pérdida del potencial de membrana (Vm mt) 2. Eflujo de citocromo C (vía caspasa dependiente) 3. Eflujo de Factor Inductor de Apoptosis (AIF) (vía caspasa independiente) X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estímulos apoptóticos Liberación Cit c Apoptosoma Caspasa 3 activa Apoptosis http://www.bumc.bu.edu/phys-biophys/files/2010/04/intrinsic-apoptotic-pathway.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis APOPTOSOMA Cascada de Caspasas efectoras 3,6,7 Ca++ Exceso Ca++ Excitotoxicidad Químicos radiaciones Activación calpaína Ca++ ROS Bcl2 APOPTOSOMA Vm mt Cit c Mitocondria Cascada de Caspasas efectoras 3,6,7 AIF Fragmentación ADN Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Señales supervivencia Ligandos Inducen muerte Estímulos Hipoxia ROS Aumento expresión Proteínas antiapoptóticas http://emedicine.medscape.com/article/812407-overview X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Señales de supervivencia Estrategias neuroprotectoras implican activación de receptores de supervivencia via eritropoyetina (EPO) http://emedicine.medscape.com/article/812407-overview X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

CASPASAS Inductoras Ejecutoras Familia de cisteína proteasas que se activan luego de inducción de apoptosis Inductoras Vía Receptores de Muerte: caspasas 8 y 10 Vía Mitocondria: caspasa 9 Vía estrés Retículo endoplásmico: caspasa 12 Ejecutoras 3, 6 y 7 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

EFECTOS DE CASPASAS 1. Inactivación de enzimas que reparan ADN: PARP polimerasa poliADP ribosa 2. Inactivación de enzimas implicadas en replicación: ADN topoisomerasa II 3. Destrucción de proteínas estructurales del núcleo lamin, y de citoplasma actina 4. Fragmentación ADN activan CAD (ADN asa) que fragmenta al núcleo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Fragmentación nucleosomal de ADN EFECTOS NUCLEARES Fragmentación nucleosomal de ADN Caspasa 3 Caspasa 3 cliva ICAD, deja ADNasa activada que fragmenta ADN CAD cliva PARP, no se puede sintetizar PAR que repara ADN Nucleosoma Fragmento ADN Caspasa 3 PARP sintetiza PAR que repara ADN X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Acción de caspasas Fragmentación de ADN nuclear Vía receptores muerte activa cliva a ICAD Caspasa 8 activa cliva a caspasa 3 CAD fragmenta ADN CAD=Caspase Activated Deoxyribonuclease X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis * Es la forma predominante de muerte en ND * Se activan proteasas que destruyen moléculas que se necesitan para sobrevivir El citoplasma y núcleo se condensan, mitocondrias, ribosomas y cromatina se agregan X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis * Los cuerpos apoptóticos y el ADN cromosómico son clivados en fragmentos internuclosomales de 180 bp * Disminuye el potencial de membrana de la mitocondria * Hay acidificación intracelular, generación de ROS y externalización de residuos fosfatidilserina para permitir fagocitosis por macrófagos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis Fase Inicio Fase Efectora Fase Degradación fosfatidilserina Señales de muerte Estrés oxidativo Glutamato Dism F. Crec. Mutación genética fosfatidilserina bulas Proteolisis endonucleasas Núcleo Núcleo Fase Inicio Fase Efectora Fase Degradación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

http://www.nearingzero.net/screen_res/nz253.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis en estados patológicos Aumento - En neurodegeneración: AD, PD - En trofoblastos en relación con preeclampsia Disminución - En cáncer proliferación de células - En enfermedades autoinmunes proliferación células sinoviales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

En Neurodegeneración ocurre apoptosis y necrosis pero, predomina APOPTOSIS excesiva X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mitocondria en la vida y muerte celular Cascada de Vida Apoptosis en Aumenta producción de: Proteínas antiapoptóticas Enzimas antioxidantes Inhibidores de apoptosis Apoptosis en neurodegeneración a nivel de la sinapsis Cascada de Muerte Aumenta: Actividad RGLU Entrada Ca++ externo y del RE al citosol Inducción cascadas apoptóticas M.P. Mattson Apoptosis in neurdegenerative disorders Nature Reviews Molecular Cell Biology 1: 120-30, 2000 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Rol de mitocondria en apoptosis Apoptosis Proteínas en el espacio Citosol Prot. Pro apoptótica Daño ADN Prot. Anti apoptótica Proteínas en el espacio intermembrana Matriz Nature 443; 787-95,2006 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MINOCILINA Antibiótico que inhibe la permeabilidad de la mitocondria que media liberación de citocromo c y por tanto evita apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis en Alzheimer Amiloide beta Vía Receptores muerte Estrés oxidativo Vía mitocondrial Caspasa 3 Apoptosoma Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis en Alzheimer En cerebros de pacientes con AD se ha encontrado aumento de actividad de caspasa 6 que no aparece en sanos. La actividad de caspasa 6 aumenta cuando las células están bajo estrés. Las neuronas sanas expuestas a caspasa 6 degeneran X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

APOPTOSIS EN MOTONEURONAS Condensación de cromatina Apoptosis en modelo de ALS En 2% ALS hay mutaciones del gen SOD1 que llevan a la muerte de motoneuronas APOPTOSIS EN MOTONEURONAS Condensación de cromatina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis en modelo de ALS Motoneuronas Cromatina condensada Condensación de cromatina motoneuronas asta anterior med. esp. Movilización de BAX de citosol a membrana mitocondrial Movilización citocromo c a la inversa Caspasa 7 activada en el curso de la enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Tipos de muerte neuronal Autofagia Necrosis Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia Degradación de componentes citosólicos en lisosomas Importancia reciente en neuronas Acumulación de autofagosomas en neurodegeneración ¿Es bueno o malo? Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia ¿Es un testigo inocente de muerte celular? ¿Es una vía ejecutora de muerte directa? ¿Es un mecanismo de defensa que falló? ¿ Es un mecanismo que limpia remanentes de la célula que ya decidió morir? ¿O es todo esto? Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia AUMENTA cuando la célula necesita Supervivencia Muerte Nutrientes y ATP, velocidad baja en condiciones normales Remodelar arquitectura Eliminar componentes dañados por estrés oxidativo, agregados proteicos Ser fagocitada, velocidad alta como mecanismo de muerte programada Supervivencia Muerte X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Apoptosis vs Autofagia vs. Necrosis Colapso citoesqueleto Preservación de organelos Fragmentación ADN No inflamación vs Autofagia Preservación citoesqueleto Degradación de organelos No fragmentación ADN No inflamación vs. Necrosis Disolución de la célula Hay Inflamación X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Tipos de Autofagia Macroautofagia Microautofagia Secuestración de citosol por autofagosomas Microautofagia Secuestración de citosol por invaginación membrana lisosómica Autofagia mediada por chaperonas La carga es selectivamente reconocida por complejo de chaperonas citosólicas que la entregan al lisosoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

TIPOS DE AUTOFAGIA Macro autofagia Micro autofagia Lisosoma Autofagia mediada por chaperona Proteína Macro autofagia Micro autofagia Lisosoma X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

AUTOFAGIA Autofago Autofago- lisosoma soma Lisosoma Macro autofagia Micro autofagia Preautofagosoma http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Macro-micro-autophagy.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Pasos en la formación y maduración de autofagosomas Endosoma multivesicular Lisosoma Autolisosoma Autofagosoma Anfisoma http://www.helsinki.fi/bioscience/biochemistry/pictures/Figure1Eskelinen.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Proceso autofágico Preautofagosoma Autofagosoma Proteínas citosólicas y organelos Hidrolasas Lisosoma Autolisosoma http://www.nature.com/ncb/journal/v9/n10/images/ncb1007-1102-f1.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MACRO AUTOFAGIA Autofagosomas Vesícula endosomal http://www.helsinki.fi/bioscience/biochemistry/eskelinen X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

AUTOFAGIA Autofagosoma Autofagolisosoma Macroautofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

inicial con mitocondria, ribosomas y retículo endoplásmico Vacuola autofágica inicial con mitocondria, ribosomas y retículo endoplásmico Vacuola autofágica degradante http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=eurekah&part=A24952&rendertype=figure&id=A24956

Regulación Proceso de Autofagia No hay Inducen Autofagia Autofagia Deprivación nutrientes fact. crecimiento Rapamicina Inactivan mTOR Inducen Autofagia Nutrientes activan mTOR (target of rapamicin) Complejo enzimático inhibidor No hay Autofagia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia Inhibición de mTOR Autofago lisosoma Anclaje y fusión Falta nutrientes Inhibición de mTOR Autofagia Autofago lisosoma Anclaje y fusión con el lisosoma Inducción Formación de autofagosoma http://www.abcam.com/ps/cms/Images/Autophagic_Pathway_480px.jpg

Proceso de Autofagia Supervivencia Lisosoma 1. Preautofagosoma http://nanobiotechnews.com/wp-content/uploads/2010/10/cellular_autophagy.jpg 1. Preautofagosoma 2. Membrana de aislamiento 3. Autofagosoma 4. Lisosoma 5. Autofagolisosoma Degradación material citoplásmico Aminoácidos, ácidos grasos Síntesis proteínas, ATP Supervivencia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Otras circunstancias pueden inducir autofagia: Agregados de proteínas Estrés de organelos Invasión patológica X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

AUTOFAGIA Relación con muerte programada Protege o daña la célula?? Relación con neurodegeneración? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/Autophagy_(cellular)

AUTOFAGIA 1. Mecanismo supervivencia 2. Autolimpieza de células que están muriendo 3. Defectos de autofagia Enfermedad ND Acúmulo de proteínas anormales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia en Neurodegeneración Inducción por aumentadores de autofagia Proteína mutada proclive a agregarse Degradación proteína mutada Reducción agregados y toxicidad Protección en modelos de ND http://www.nature.com/cdd/journal/v16/n1/fig_tab/cdd2008110f1.html#figure-title X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia y neurodegeneración Se ha considerado tanto beneficiosa como perjudicial en relación con ND Está defectuosa en algunos modelos de Enf. ND Hay evidencias de autofagia en células que están muriendo, pero puede ser que esté ayudando a supervivencia X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Alteraciones en Macroautofagia en neurodegeneración Inducción de autofagia está reducida Represión de autofagia está aumentada Reconocimiento de la carga está alterado Fusión autofagosoma-lisosoma es ineficiente Degradación de la carga autofágica es ineficiente Autophagia gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia y neurodegeneración Ejemplos de alteraciones de autofagia: Alzheimer: Disminución de inducción de macroautofagia Huntington: Aumento de represión autofagia (mTOR) Alteraciones del reconocimiento de la carga Deficiente fusión con el lisosoma Alteraciones de almacenamiento lisosomal: Deficiente degradación de la carga en el lisosoma Autophagy gone awry in neurodegenerative diseases. Nature Neuroscience 13: 805-11, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia y neurodegeneración 2. mHtt y excito- toxicidad 1. 3. mHtt Activa apoptosis Inhibe autofagia Aumenta ND Huntigtin mutada http://www.nature.com/cdd/journal/v16/n1/images/cdd2008110f4.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Autofagia en neurodegeneración Proteínas mutadas Acúmulo de proteínas mutadas pueden ser limpiadas por autofagia http://nanobiotechnews.com/wp-content/uploads/2010/10/cellular_autophagy.jpg X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

RAPAMICIN A Antimicótico que por inhibir al complejo enzimático mTOR induce autofagia en modelo de Enf. Huntington y acelera la limpieza de Htt mutada agregada Y por último… X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Noviembre 2010 La necrosis se considera una forma de muerte accidental, un proceso no controlado a diferencia de apoptosis y autofagia Pero, trabajos recientes retan este dogma para considerar NECROSIS PROGRAMADA!! y la mitocondria con papel preponderante Esta visión también hace asociar esta necrosis con enfermedades como las neurodegenerativas C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Necrosis Programada Mitocondria Interacción PK Mitocondria PARP1 poliADP ribosa polimerasa Componentes de señalización del programa necrótico C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156 http://www.frontiersin.org/Journal/Abstract.aspx?s=689&name=mitochondrial%20physiology&ART_DOI=10.3389/fphys.2010.00156 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Necrosis Programada Mediadores mitocondriales de necrosis programada Proteínas flia Bcl2 Mediadores mitocondriales de necrosis programada C. Baines. Role of the mitochondrion in programmed necrosis. Front. Physio. 1:156. doi:10.3389/fphys.2010.00156 http://www.frontiersin.org/Journal/Abstract.aspx?s=689&name=mitochondrial%20physiology&ART_DOI=10.3389/fphys.2010.00156 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MECANISMOS MOLECULARES que conducen a MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mecanismos Patogénicos en Neurodegeneración CENTRALES Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial OTROS Agregación de proteínas anormales Disfunción de degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Alteración homeostasis de metales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

A pesar de muchas evidencias de estos procesos patogénicos en estas enfermedades, todavía hoy continua el dilema: QUIEN ES PRIMERO ? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿El huevo o la gallina? ¿Son causas, consecuencias, combinaciones??? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mecanismos Patogénicos Moleculares Estrés oxidativo el siguiente... Mecanismos Patogénicos Moleculares Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

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