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

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

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

MECANISMOS MOLECULARES QUE CONDUCEN A LA MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mecanismos patogénicos en ND Centrales Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial Otros Agregación de proteínas Degradación de proteínas Excitotoxicidad e Inflamación Alteración homeostasis de metales Óxido nítrico, mec. como priones X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿SON ESTOS MECANISMOS CAUSA o CONSECUENCIA de NEURODEGENERACIÓN?? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Causas, Consecuencias, Combinaciones??? ¿El huevo o la gallina? Un mecanismo común a varias enfermedades Varios mecanismos en una misma enfermedad ¿El huevo o la gallina? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

“Lo que sabemos es una gota, lo que no sabemos es un océano” Newton Sin embargo… “A la naturaleza le gusta la simplicidad” Newton C. Haass. Initiation and propagation of neurodegeneration. Nature Medicine 16: 1201-04, 2010. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Puntos clave en Enf. ND 1. Mutaciones genéticas como causa, pero los mecanismos moleculares responsables del inicio se desconocen 2. Hay típicamente mal plegamiento de proteínas Identificación con proteomics de composición de agregados proteicos y alteraciones celulares asociadas 4. Fallas principales en y comunes a varias enfermedades: estrés oxidativo y disfunción mitocondrial 5. Pendiente identificar blancos proteicos del daño oxidativo a fin de descubrir agentes en inicio y progresión de la enfermedad Expert Rev Proteomics 7: 519-42, 2010 Medscape june 9, 2010 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MECANISMOS CENTRALES Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Acumulación de radicales y especies oxígeno reactivas (ROS) inadecuadamente neutralizadas con antioxidantes, que causa daño a macromoléculas, y que se ha asociado con cáncer, envejecimiento, ateroesclerosis y neurodegeneración X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Resulta por: Aumento de ROS Disminución de ANTIOXIDANTES Falla en reparar el daño causado por ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Qué son las especies oxígeno reactivas (ROS) o radicales libres, cuáles son? ¿Cuáles son las fuentes de generación de ROS? ¿Cuáles son los daños causados por ROS? ¿En qué consisten los mecanismos antioxidantes? X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación Reducción Pérdida de electrones (e-) Adición de oxígeno Remoción de hidrógeno Reducción Ganancia de e- de un átomo Pérdida de oxígeno Ganancia de hidrógeno X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Átomo de Oxígeno (O) Átomo Inestable! Electrones No pareados Órbita interna 2 e- Electrones No pareados Átomo Inestable! 8 protones (+) Órbita externa 6 e- Protones = electrones Tiene 2 e- no pareados en órbita externa que hacen al átomo susceptible a la formación de radicales X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

El átomo o molécula que NO tenga completo el número de e- en su órbita externa es INESTABLE y altamente REACTIVO hasta que complete los electrones y se convierta en materia INERTE X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Ganar o perder e- para llenar o vaciar su órbita externa El átomo busca alcanzar su máxima estabilidad y tratará de llenar su órbita externa por: Ganar o perder e- para llenar o vaciar su órbita externa 2. Compartir sus e- con otros átomos para completar su órbita externa X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Molécula de Oxígeno (O2) Electrones pareados Molécula estable Cada átomo tiene 8 e- en la órbita externa Ambos comparten 2 e- X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies oxígeno reactivas (ROS) Entidades moleculares que ocasionan DAÑO al reaccionar con componentes celulares Radicales libres con átomos con uno o más e- no pareados Aniones reactivos con átomos de oxígeno Moléculas con átomos de oxígeno que pueden producir radicales libres o son oxidadas por ellos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Radicales Átomo o átomos que tienen uno o más e- no pareados y que son ALTAMENTE reactivos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Ojo! Reducción secuencial (adición de e-) del Especies oxígeno reactivas (ROS) Ojo! No confundir e- no pareados Oxígeno Anión superóxido Peróxido Radical hidroxilo Ión hidroxilo Extremadamente reactivo Molécula estable NO es ROS Reducción secuencial (adición de e-) del oxígeno molecular O2 lleva a la formación de ROS La reducción total de O2 produce H20 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS Radicales: anión superóxido ·O2- peróxido ·O2-2 radical hidroxilo ·OH Otros: peróxido de hidrógeno H2O2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

GENERACIÓN DE ROS MITOCONDRIA respiración aeróbica SOBREPRODUCCIÓN DEGRADACIÓN GRASAS peroxisomas OTROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS ATP MITOCONDRIA NEURONA ROS generados en I y III Cadena transporte electrones MITOCONDRIA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Generación de ROS En una neurona rata/día se procesan: 1. Respiración aeróbica normal en mitocondria En una neurona rata/día se procesan: 1012 O2 reducidas a H2O En la reducción incompleta de O2 a H2O se forman ROS 2% del O2 es parcialmente reducido y genera 20 mil millones de: º Aniones superóxido ·O2- º Peróxido de hidrógeno H2O2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

1. 2. 3. Respiración aeróbica en mitocondria O2 2ºO2- La mayoría de ROS se genera durante la reducción metabólica incompleta de oxígeno a agua (con aceptación de e-) Anión superóxido 1. O2 2ºO2- e- e- ºO2- ºO2-2 2. Peroxilo 3. Peróxido de hidrógeno 2ºO2- + 2H+ 2H2O2 2e- X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

El anión superóxido ºO2- puede reaccionar con óxido nítrico (NO) para dar peroxinitrito El NO viene de la conversión Arg a Cit por acción de enzima NO sintetasa (NOS) ºO2- + NO ONOO- 4. Peroxinitrito X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* Es importante en la sustancia negra Reacción de Fenton Radical hidroxilo H2O2 + Fe++ ºOH 5. De los ROS, el radical hidroxilo ºOH es el más dañino, reacciona con una serie de compuestos orgánicos y lleva a producir más radicales * Es importante en la sustancia negra en la Enf. Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Generación de ROS Peroxinitrito Anión Radical superóxido hidroxilo hidrógeno NOS Arg Catalasa SOD Fe + + Anión superóxido Radical hidroxilo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

para matar los agentes infecciosos 2. SOBREPRODUCCIÓN º INFECCIÓN Los fagocitos generan aumento de NO, ºO2-, H2O2 para matar los agentes infecciosos º HIPOXIA/HIPEROXIA º RADIACIONES IONIZANTES 3. DEGRADACIÓN DE GRASAS Se produce H2O2 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* * * * * 4. OTROS 1. SOD a partir de ºO2- da H2O2 2ºO2- + 2H+ H2O2 + O2 2. MAO, TH producen H2O2 3. Autoxidación de CA: DA-quinonas, H2O2 4. Activación de receptores de NMDA da ºO2- y ºOH 5. El Ca++ estimula NOS y se forma NO y otros RNS y ROS * * * * * X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

4. OTROS 6. Oxidasa NADPH y Xantina oxidasa Transfieren un e- a O2 para dar ºO2- 7. Peroxidasas usan H2O2 para dar más ROS 8. Flavoproteínas Transfieren 2 e- a O2 para dar H2O2 9. Oxidación de hidroquinonas y thiol dan ºO2- 10. Fuentes externas: CIGARRILLO y Fe y Cu libres X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Cigarrillo aumenta 50% riesgo desarrollo Alzheimer!! Heavy smoking in midlife doubles the risk for Alzheimer’s disease Mesdcape, septiembre 2010 http://cme.medscape.com:80/viewarticle/731674_print X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS RNS ·OH NO· O2 O2·- NOS Arg H2O2 H2O ONOO- e- e- e- SOD Reacción Peroxinitrito Óxido nítrico Peróxido de hidrógeno e- e- e- O2 O2·- H2O2 H2O SOD Catalasa Glutation peroxidasa Anión superóxido Reacción Fenton Radical hidroxilo ·OH La expresión de iNOS en la Glia aumenta la ND J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?. Nature Medicine 10 Suppl: S18-S25, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies Nitrógeno reactivas (RNS) ºNO + ºO-2 ONOO- peroxinitrito poderoso oxidante ONOO- + H+ ºNO2- + ºOH hidroxilo más dañino ONOO- NO2+ Nitración de Tyr SOD ºNO2- : dióxido nítrico reactivo NO2+: nitronium Aumento de NO puede terminar en nitración de proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Especies Nitrógeno reactivas (RNS) http://www.biochemsoctrans.org/bst/034/0965/bst0340965f03.gif Nitración de proteínas como marcador de riesgo de enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

REACCIONES COMUNES DE ROS Y RNS Enzimas Anion superóxido, Peróxido de hidrógeno Peroxinitrito, Radical carbonato, Dióxido de nitrógeno Ácido hipocloroso, Nitrotirosina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

En pacientes ALS hay aumento de nitración Nitración de proteínas La nitrotirosina es producto de nitración de Tyr por RNS. La nitración causa modificación de la función de la proteína. Es marcador de estrés oxidativo dependiente de NO. Cuando se altera el balance Nitración/desnitración a favor del primero, aumenta el estrés oxidativo hasta llegar a excesiva nitración con: Acumulación y Agregación de proteínas nitradas ºO2- + NO ONOO- ºNO2 Nitración proteínas En pacientes ALS hay aumento de nitración de Tyr en motoneuronas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

DAÑOS CAUSADOS POR ROS Oxidación de proteínas Altera sitios activos de enzimas Altera conformación de proteínas estructurales Oxidación de ADN Lleva a mutación que puede afectar replicación Oxidación de ácidos grasos insaturados Forma peróxidos lipídicos, estos alteran membranas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Cómo ocurre el daño? * Los radicales interactúan con otras moléculas hasta ganar configuración estable de e- * La molécula blanco queda convertida en radical * La reacción en cadena termina al encontrarse dos radicales y formar un enlace covalente * Estas uniones en las macromoléculas deforman las membranas por enlaces entre lípidos, lípidos y proteínas y entre proteínas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación de Ácidos Grasos Insaturados (Peroxidación de Lípidos en Membranas) Ac. graso Insaturado Ac. graso Insaturado Radical orgánico Radical peroxilo Radical hidroxilo Oxígeno molecular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación de Ácidos Grasos Insaturados (Peroxidación de Lípidos en Membranas) Lípido radical Lípido insaturado O2 Daño membranas Lípido peróxido Lípido Radical peroxilo http://img.search.com/thumb/9/9e/Lipid_peroxidation.svg/350px-Lipid_peroxidation.svg.png X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

PEROXIDACIÓN DE LÍPIDOS Oxidación en cadena en ácidos grasos cercanos daña las MEMBRANAS celulares y mitocondriales Aumenta rigidez de la membrana Disminuye la actividad de enzimas incrustadas en membrana Ej. bombas Altera actividad de receptores Aumenta la permeabilidad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Peroxidación de Lípidos en Membranas Cuando hay peroxidación de lípidos en células viejas y apoptóticas le salen bigotes a la membrana, que son ácidos grasos oxidados que protruyen para mejor enganche de reconocimiento de receptores de superficie como CD36 de células inmunes de vigilancia. http://discover8.com/public/images/upload_article_images/ lipid_whisker_model.gif Lípidos oxidados en membrana X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MARCADORES de Estrés Oxidativo Productos intermediarios oxidación Inmunoreactividad de ROS en neuronas deprivadas de Factor Crecimiento Nervioso Productos intermediarios oxidación Peroxidación lípidos: 1. 4-HNE 4-hidroxynonenal 2. MDA malondialdehido Oxidación ADN: 3. 8-OHdG 8-hidroxi 2 guanosina E. Oxidativo vía NO 4. Nitrotirosina http://www.oralchelation.com/ LifeGlowBasic/images/oxidative_illus.gif Oxidative Stress and Brain Disorders. Brain Briefings SFN, July 1996 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Acciones beneficiosas de ROS 1. Es necesario H2O2 en la glándula tiroides para la síntesis de hormona tiroidea 2. Los fagocitos generan H2O2 y el ión hipoclorito OCl- para matar bacterias 3. En bajas cantidades están implicados en señalización intracelular! X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MECANISMOS ANTIOXIDANTES Enzimas Antioxidantes Superóxido dismutasa (SOD) Catalasa Glutathione peroxidasa 2. Antioxidantes no enzimáticos Glutathione el más importante Vitamina E Vitamina C Uratos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Enzimas Antioxidantes 1. Superóxido dismutasa SOD Cu-Zn (citoplasma) Mn (mitocondria) 2H+ + 2 ºO2- O2 + H2O2 SOD 2. Catalasa (peroxisomas) 2H2O2 2H2O + O2 3. Glutathione peroxidasa (Se) 2GSH + H2O2 GSSH + 2H2O X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Enzimas Antioxidantes SOD convierte ºO2- a H2O2 que es ROS menos dañino Catalasa y GSH peroxidasa convierten H2O2 en H2O X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Daño oxidativo ROS Proteínas Lípidos ADN Radical hidroxilo X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Peroxisomas Organelos con enzimas que generan H2O2 Centro cristalino Peroxisomas Organelos con enzimas que generan H2O2 y otras que degradan como catalasas para eliminar exceso de H2O2 y lo convierte en agua X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Antioxidantes NO Enzimáticos 1. Glutathione (Glu-Cys-Gly) (GSH) * La Cys del tripéptido tiene un grupo SH libre que es muy reactivo y da un BLANCO abundante para el ataque de radicales * La reacción con radicales oxida a GSSH que vuelve a GSH en un ciclo redox que involucra glutathione reductasa GSH reductasa GSH + radical GSSH oxidada GSH X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

GSH GSSH Antioxidante GSH REDUCIDA ANTIOXIDANTE GSH GSSH OXIDADA GSH reductasa GSH Antioxidante GSSH GSH peroxidasa GSH REDUCIDA ANTIOXIDANTE GSH GSSH OXIDADA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Principal antioxidante lipídico 2. Vit E Principal antioxidante lipídico Atrapa radicales peroxi en las membranas celulares 3. Vit C Es antioxidante soluble en agua Reduce radicales de varias fuentes parece reciclar radicales de Vit E 4. Ácido úrico Previene nitración Tyr 5. Antioxidantes sintéticos Coenzima Q Q10 Ácido lipoico GSH X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ACCIÓN ANTIOXIDANTE/ OXIDANTE BALANCE ACCIÓN ANTIOXIDANTE/ OXIDANTE HOMEOSTASIS REDOX Enfermedad Protección Aumentan Antioxidantes Aumentan ROS Disminuyen antioxidantes Enfermedad X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

BALANCE MUERTE CELULAR SOBREVIDA Estrés oxidativo Defensa antioxidante Vit E Vit C BALANCE MUERTE CELULAR SOBREVIDA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

¿Por qué aumenta ROS? Aumento de recambio de CA Aumento de Fe libre Auto-oxidación DA Aumento de Fe libre Reacción de Fenton Función mitocondrial deteriorada Mayor % O2 que va a ROS Disminución de: glutathion enz. antioxidantes antioxidantes de dieta: Vit E, Vit C, Carotenoides, flavonoides, uratos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL ESTRÉS OXIDATIVO Y DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ATP ROS Tóxicos ambientales Nutrientes Antioxidantes Radiaciones Glucosa Virus ROS ATP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

DAÑO OXIDATIVO PRODUCIDO POR RADICALES GENERADOS EN MITOCONDRIA libres Fosfolípidos membrana Proteínas * Lípidos * Proteínas * ADN Mitocondria genera y a la vez es BLANCO de ROS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Mitocondria BLANCO de daño oxidativo No hay reparación de ADN mt 2. ADN mt no está protegido por histonas 3. ADN mt está cerca de donde se produce ROS 4. El número de mitocondrias defectuosas se acumula con el envejecimiento Disminución de ATP Aumento de ROS Disfunción mitocondrial X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENF. NEURODEGENERATIVA ESTRÉS OXIDATIVO Y ENF. NEURODEGENERATIVA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MUERTE NEURONAL ESTRÉS OXIDATIVO EN EL CEREBRO NORMAL Alto metabolismo Alta producción diaria de ROS y RNS Alto nivel de ácidos grasos insaturados Bajo nivel de antioxidantes Cuando la generación de ROS y RNS excede a los mecanismos antioxidantes hay deterioro de macromoléculas que lleva a MUERTE NEURONAL X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

EL CEREBRO VULNERABLE ES MUY AL ESTRÉS OXIDATIVO Sobre todo > 65 años!! El CEREBRO utiliza 25% del O2 respirado aunque sólo es 5% del peso corporal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENF. NEURODEGENERATIVAS * NO se sabe si el estrés oxidativo es el evento inicial * Pero hay evidencias de su implicación en daño celular * El estrés oxidativo está en el centro de un ciclo de eventos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS EN EL CENTRO DE LOS EVENTOS QUE LLEVAN A ND MUERTE PROGRAMADA MAL PLEGAMIENTO ROS DISFUNCIÓN PROTEASOMAL ACTIVACIÓN GLIAL DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?. Nature Medicine 10 Suppl: S18-S25, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ROS Radiaciones ionizantes Metabolismo aeróbico Generadores de radicales ROS Peroxidación lípidos Activación Genes Modificación proteínas Daño ADN Ateroesclerosis Enf CV Cáncer envejecimiento Replicación Viral HIV-1 Enf. Neurode- generativas X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés Oxidativo y Neurodegeneración * Hay MARCADORES de estrés oxidativo (4-HNE, MDA) en áreas cerebrales de ND: Sustancia negra - Parkinson Cortex, hipocampo - Alzheimer LCR - ALS * ROS aumenta alteraciones de proteínas aberrantes: b amiloide en AD a synucleina en PD SOD1 en ALS Cuerpos de Lewy X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés Oxidativo y Neurodegeneración * Aumento de metales pesados: Fe en sustancia negra en PD Cu, Zn en AD aumentan depósito amiloide * Disminución de enzimas antioxidantes SOD CuZn, asociadas con daño y muerte SOD Mn, es letal GSH peroxidasa, hace más sensible neuronas a tóxicos X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

que causa daño de macromoléculas, arquitectura y función celular Las neuronas son muy susceptibles a Estrés Oxidativo que causa daño de macromoléculas, arquitectura y función celular es factor inductor de MUERTE Necrosis y Apoptosis X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENF. NEURODEGENERATIVAS ESTRÉS OXIDATIVO Y ENF. NEURODEGENERATIVAS

ESTRÉS OXIDATIVO en ALZHEIMER * Reducción de Enz. Antioxidantes en regiones cerebrales afectadas * Disminución del potencial antioxidante aumenta: Peroxidación de lípidos Acúmulo de Zn que afecta mitocondria Acúmulo rápido de agregados Ab Apoptosis * Disminución de Ácido Úrico Aumenta la Nitración de Tyr marcador precoz para AD, PD y ALS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NITRACIÓN de TYR marcador precoz en Alzheimer, Parkinson y ALS Hay secuencias de nitrotirosina en tau y a sinuclina Ratones sin iNOS son más resistentes a toxicidad por NMDA y MPTP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NITRACIÓN de TYR marcador precoz en Alzheimer, Parkinson y ALS Intenso estrés oxidativo Acumulación Agregación Alteración función http://www.biochemsoctrans.org/bst/033/1399/bst0331399f03.gif X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Oxidación y liberación Envejecimiento Mutaciones Presenilina Mutaciones APP Aumento Estrés Oxidativo Alzheimer polimerización ROS Membrana Oxidación y liberación ácidos grasos Inducción formación filamentos Tau Disfunción neuronal X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON La Sustancia Negra esta sometida normalmente a estrés oxidativo y deterioro del mecanismo antioxidante 1. AUTOXIDACIÓN de DA Formación de DA quinonas y ROS Presencia de neuromelanina 2. OXIDACIÓN de DA por MAO Producción de H2O2 y DOPAC (disminuye GSH) 3. AUMENTO de HIERRO La reacción de Fenton produce radical hidroxilo ºOH X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON Neuromelanina Pigmento oscuro en neuronas DA de sustancia negra pars compacta Producto intermediario de oxidación de DA que acumula hierro Tiene afinidad con sustancias tóxicas lo que indicaría función protectora http://www.pathology.vcu.edu/WirSelfInst/neuro_medStudents/image/ parkinsn.jpg/loosepigm.jpg En Parkinson se pierden neuronas y se ve pigmento extracelular X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* La vía DA nigro-estriatal es particularmente sensible a tóxicos: 6-0HDA, MPTP que producen ROS * La L-DOPA produce ROS adicional al existente. En modelos animales L-DOPA aumenta la toxicidad de 6-OHDA y de MPTP!!! L-DOPA espada de doble filo en el tratamiento de Parkinson X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* Oxidación de DA y Fe libre pueden ESTRÉS OXIDATIVO EN PARKINSON * Oxidación de DA y Fe libre pueden estar implicados en oxidación de a sinucleina * a sinucleina oxidada libera DA al citoplasma lo que aumenta la oxidación de DA * a sinucleina oxidada no es reconocida por el sistema de degradación de proteínas, se acumula y agrega en Cuerpos de Lewy neuromelanina X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés oxidativo en Parkinson -sinucleina regula formación vesículas sinápticas -sinucleina mutada o que funciona mal hace que DA se acumule en citosol y aumenta estrés oxidativo a sinucleina Oxidación DA: Espontánea Por MAO 50% membrana vesícula sináptica J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON Metabolismo DA espontáneo o por MAO J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

NEURONA Aumento ROS Derivados de oxidación de DA Inhiben Complejo Enzimático Mitocondrial I Inhibición Complejo I NEURONA Aumento ROS GLIA X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO en PARKINSON Sistemas antioxidantes ROS y DA quinonas causan daño oxidativo Lípidos, proteínas, ADN Supervivencia Muerte J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Supervivencia Sistemas Antioxidantes en la célula SOD forma H2O2 Catalasa forma H2O y O2 GSH antioxidante GSH peroxidasa forma GSSH, H20 y O2 GSSH reductasa forma GSH Supervivencia J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Estrés Oxidativo en Neurona DA DAQ Inhibidores mitocondriales Oxidación a-synuclein DAQ Inhibidores mitocondriales Proteasoma 4HNE a sinucleina APOPTOSIS Estrés oxidativo Oxidación DA a DAQ Vesícula sináptica ROS CK GLU GLIA DA J. K. Andersen. Oxidative stress in neurodegeneration: cause or consequence?. Nature Medicine 10 Suppl: S18-S25, 2004 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

Aumento de DA en citoplasma vía final en ND en Sustancia Negra (?) Aumenta DA J. Lotharius, P. Brundin Pathogenesis of Parkinson’s disease:dopamina, vesicles and a-sinucleina Nature Reviews Neuroscience 3, 932-942, 2002 X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENFERMEDAD DE PARKINSON PÉRDIDA DE NEURONAS Y CUERPOS DE LEWY SANOS PD PRECLÍNICA PD AVANZADA Normal Pérdida de algunas neuronas Cuerpos de Lewy DA normal Disminución GSH Severa pérdida neuronas Cuerpos de Lewy Disminución de DA, GSH Daño de Complejo I Aumento de Hierro Macromoléculas dañadas Aumento enzimas antioxid. X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ENFERMEDAD ENFERMEDAD DE PARKINSON Muerte celular Oxidación es central pero NO inicial Factores Ambiental Pesticidas/herbicidas/ inhib mitondriales Factores Genéticos Mutaciones en a sinucleina, parkina, Ubhidrolasa Factores Endógenos Metab. anormal DA Metales divalentes redox Función mitocondrial Act. Cel. Inflamat. Oxidación/nitración Reducción antioxidantes Disminución GSH Inhib. respiración cel. Disminución ATP Agregación a sinucleina Cuerpos Lewy Muerte celular ENFERMEDAD X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS * En modelos de ALS por mutación SOD1 hay peroxidación de lípidos, oxidación de ADN y nitración de proteínas * Parece ser por “ganancia tóxica” de SOD1, actúa como: - dismutasa para reducir ºO2- a H2O2 - peroxidasa aumentando peroxinitrito (más agresivo) ºO2- + NO ONOO- peroxinitrito SOD X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS Daño oxidativo a motoneuronas Glucosa ºO2- Neurona motora SOD ATP Daño ADN H2O2 mt núcleo Catalasa O2 H2O X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

ESTRÉS OXIDATIVO Daña mitocondria Aumenta mal plegamiento de proteínas Favorece acúmulo y agregación de proteínas Glia responde con aumento de NO y CK Provoca respuesta inflamatoria X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

MINOCICLINA (tetraciclina) Inhibe directamente permeabilidad membrana mitocondrial, bloquea apoptosis Bloquea iNOS, disminuye NO y ROS Previene neurodegeneración en modelos de ALS y MPTP X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

* Aumentar antioxidantes * Reducir ROS TERAPIA RACIONAL EN ESTRÉS OXIDATIVO * Aumentar antioxidantes * Reducir ROS Quelantes Inhibidores de iNOS X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

APOPTOSIS DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL ESTRÉS OXIDATIVO X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

II Mecanismos Patogénicos Moleculares Estrés oxidativo Disfunción mitocondrial sigue... X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010

The Omo People Africa H. Silvester Photos http://www.dailymail.co.uk/femail/article-516490/Out-Africa-The-incredible-tribal-fashion-inspired-Mother-Nature.html X. Páez Fisiología Medicina ULA 2010