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

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

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

Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM ERO  Particularidades Anión superóxido (-O•2) Formado en reacciones de autoxidación (flavoproteínas, ciclo redox).  Radical hidroxilo (•OH)  Formado en las reacciones de Fenton o en la de Haber-Weiss catalizada por metales (hierro). Es la especie de vida media más corta y el más reactivo de todos. Puede captar los electrones de los tioles, por lo que interactúa con las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos, alterando la información genética de las células. También estimula la peroxidación lipídica, afectando a los fosfolípidos de las membranas celulares.  Radical peroxilo (ROO•)  Formado a partir de hidroperóxidos orgánicos o del ROOH por pérdida de H+. Peróxido de hidrógeno (H2O2)  Formado a partir de la dismutación del -O•2 o puede proceder directamente del O2. Al no contener electrones despareados no puede ser considerado como un auténtico radical libre.  Acido hipocloroso (HOCl)  Producido por acción del estallido respiratorio de las células defensivas. Se origina a partir del H2O2 por acción de la mieloperoxidasa. Tampoco puede ser considerado estrictamente como un radical libre.  Oxido nítrico (NO)  Producido por la unión del oxígeno con el nitrógeno, induciendo lipoperoxidación lipídica (Rajaraman y col., 1998).  Iones Fe+++ y Cu++  Actúan como catalizadores en la formación de radicales hidroxilo (Campbell y Miller, 1998), de ahí la importancia que adquieren las proteínas encargadas de transportar estos iones, manteniéndolos "secuestrados" (Leung, 1998; Inanami y col., 1999).  Oxígeno singlete (1O2)  Es el oxígeno molecular simple, el primer estado excitado. Se forma por la activación del O2 (luz solar, radiaciones).  Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

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

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

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

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

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

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Formación de peroxinitrito Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM

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

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

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

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

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

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

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

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

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Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM ¡Gracias! Silvia Suárez Cunza Fac. Medicina - UNMSM