ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero-Marzo 2005 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología.

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1 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero-Marzo 2005 ACTUALIZACIÓNSOBRENEURODEGENERACIÓN Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero-Marzo 2005

2 1. 1.INTRODUCCIÓN 2. PATOGENIA MOLECULAR continuación 1era. Parte... 3. ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS 4. FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA 1. 1.INTRODUCCIÓN 2. PATOGENIA MOLECULAR continuación 1era. Parte... 3. ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS 4. FUTURO EN PREVENCIÓN, DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA SERIES

3 BIBLIOGRAFÍA : * Series Neurodegeneration J. Clinical Investigation 111, Jan-Mar 2003 * Special Section: Brain Disease Science 302, 31 Oct 2003 * Neurodegeneration Nature Medicine 10, Jul 2004 Nature Reviews Neuroscience 6, Jan 2005 * Genomic Medicine. Mechanisms of Disease NEJM 348, 3 April 2003 * Encyclopedia of Life Sciences 2000 BIBLIOGRAFÍA : * Series Neurodegeneration J. Clinical Investigation 111, Jan-Mar 2003 * Special Section: Brain Disease Science 302, 31 Oct 2003 * Neurodegeneration Nature Medicine 10, Jul 2004 Nature Reviews Neuroscience 6, Jan 2005 * Genomic Medicine. Mechanisms of Disease NEJM 348, 3 April 2003 * Encyclopedia of Life Sciences 2000

4 II MECANISMOS PATOGÉNICOS MOLECULARES continuación 1era. Parte... II MECANISMOS PATOGÉNICOS MOLECULARES continuación 1era. Parte...

5 ESTRÉS OXIDATIVO NeurodegeneraciónNeurodegeneración apoptosisapoptosis agregación de proteínas proteínas necrosisnecrosis InflamaciónInflamación DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL degradación de proteínas degradación de proteínas ?? microglia Excitotocicidad Metales

6 1.MUERTE NEURONAL 2.ESTRÉS OXIDATIVO Y NITRATIVO 3.DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL 4.AGREGACIÓN DE PROTEINAS 5.DISFUNCIÓN DEL SISTEMA UBIQUITIN-PROTEOSOMA 6. OTROS 1.MUERTE NEURONAL 2.ESTRÉS OXIDATIVO Y NITRATIVO 3.DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL 4.AGREGACIÓN DE PROTEINAS 5.DISFUNCIÓN DEL SISTEMA UBIQUITIN-PROTEOSOMA 6. OTROS

7 ESTRÉS OXIDATIVO Y LA ENFERMEDAD NEURODEGENERATIVA ESTRÉS OXIDATIVO Y LA ENFERMEDAD NEURODEGENERATIVA

8 ESTRÉS OXIDATIVO EN EL CEREBRO NORMAL 1. Alto metabolismo 2. Alta producción diaria de ROS y RNS 3. Alto nivel de ácidos grasos insaturados 4. 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 ESTRÉS OXIDATIVO EN EL CEREBRO NORMAL 1. Alto metabolismo 2. Alta producción diaria de ROS y RNS 3. Alto nivel de ácidos grasos insaturados 4. 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

9 EL CEREBRO ESMUYVULNERABLEAL ESTRÉS OXIDATIVO ESTRÉS OXIDATIVO Sobre todo + 65 años !! EL CEREBRO ESMUYVULNERABLEAL ESTRÉS OXIDATIVO ESTRÉS OXIDATIVO Sobre todo + 65 años !!

10 ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS * NO se sabe si el Estrés Oxidativo es el evento inicial el evento inicial * Pero hay evidencias de su implicación en daño celular implicación en daño celular * El Estrés Oxidativo está en el centro de un ciclo de eventos de un ciclo de eventos ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS * NO se sabe si el Estrés Oxidativo es el evento inicial el evento inicial * Pero hay evidencias de su implicación en daño celular implicación en daño celular * El Estrés Oxidativo está en el centro de un ciclo de eventos de un ciclo de eventos

11 PRODUCCIÓN DE ROS EN LOS EVENTOS QUE LLEVAN A ND

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13 * Hay MARCADORES de estrés oxidativo (4-HNE, MDA) en áreas cerebrales (4-HNE, MDA) en áreas cerebrales de ND: de ND: Sustancia negra - Parkinson Sustancia negra - Parkinson Cortex, hipocampo - Alzheimer Cortex, hipocampo - Alzheimer LCR - ALS LCR - ALS * ROS aumenta alteraciones de proteínas aberrantes: aberrantes:  amiloide en AD  synucleina en PD SOD1 en ALS SOD1 en ALS * Hay MARCADORES de estrés oxidativo (4-HNE, MDA) en áreas cerebrales (4-HNE, MDA) en áreas cerebrales de ND: de ND: Sustancia negra - Parkinson Sustancia negra - Parkinson Cortex, hipocampo - Alzheimer Cortex, hipocampo - Alzheimer LCR - ALS LCR - ALS * ROS aumenta alteraciones de proteínas aberrantes: aberrantes:  amiloide en AD  synucleina en PD SOD1 en ALS SOD1 en ALS Cuerpos de Lewy

14 DAÑO OXIDATIVO PRODUCIDO POR RADICALES GENERADOS EN MITOCONDRIA DAÑO OXIDATIVO PRODUCIDO POR RADICALES GENERADOS EN MITOCONDRIA * Lípidos * Proteínas * ADN * Lípidos * Proteínas * ADN Mitocondria BLANCO de ROS Mitocondria

15 Mitocondria BLANCO de daño oxidativo 1. 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 acumula con el envejecimiento Mitocondria BLANCO de daño oxidativo 1. 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 acumula con el envejecimiento Disminución de ATP Disminución de ATP Aumento de ROS Aumento de ROS Disfunción mitocondrial Disfunción mitocondrial

16 Las macromoléculas dañadas Las macromoléculas dañadas deterioran arquitectura celular y deterioran arquitectura celular y llevan a la muerte llevan a la muerte Se ha demostrado que Vit C y E, Se ha demostrado que Vit C y E, y quelación de metales protegen y quelación de metales protegen al SNC al SNC Las macromoléculas dañadas Las macromoléculas dañadas deterioran arquitectura celular y deterioran arquitectura celular y llevan a la muerte llevan a la muerte Se ha demostrado que Vit C y E, Se ha demostrado que Vit C y E, y quelación de metales protegen y quelación de metales protegen al SNC al SNC

17 ESTRÉS OXIDATIVO EN ALZHEIMER * Reducción de ENZ. ANTIOXIDANTES * Disminución de ÁCIDO ÚRICO Aumenta la Nitración de Tyr Aumenta la Nitración de Tyr * Aumento de ROS aumenta: Peroxidación de lípidos Peroxidación de lípidos Acumulación de Zn Acumulación de Zn Agregados de A  rápido Agregados de A  rápido Apoptosis Apoptosis ESTRÉS OXIDATIVO EN ALZHEIMER * Reducción de ENZ. ANTIOXIDANTES * Disminución de ÁCIDO ÚRICO Aumenta la Nitración de Tyr Aumenta la Nitración de Tyr * Aumento de ROS aumenta: Peroxidación de lípidos Peroxidación de lípidos Acumulación de Zn Acumulación de Zn Agregados de A  rápido Agregados de A  rápido Apoptosis Apoptosis

18 NITRACIÓN de TYR marcador precoz en Alzheimer, Parkinson y ALS NITRACIÓN de TYR marcador precoz en Alzheimer, Parkinson y ALS Hay nitrotirosina en tau y  synuclin Ratones SIN iNOS son más resistentes a toxicidad por NMDA y MPTP

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20 ESTRÉS OXIDATIVO Y PARKINSON La Sustancia Negra esta sometida normalmente a Estrés Oxidativo y deterioro del mecanismo antioxidante 1. AUTOXIDACIÓN DE DA Presencia de neuromelanina Presencia de neuromelanina Formación de DA quinonas y ROS Formación de DA quinonas y ROS 2. DEGRADACIÓN DE DA POR MAO Producción de H 2 O 2 y GSSH ( disminuye GSH ) Producción de H 2 O 2 y GSSH ( disminuye GSH ) 3. AUMENTO DE HIERRO La reacción de Fenton produce radical º OH La reacción de Fenton produce radical º OH ESTRÉS OXIDATIVO Y PARKINSON La Sustancia Negra esta sometida normalmente a Estrés Oxidativo y deterioro del mecanismo antioxidante 1. AUTOXIDACIÓN DE DA Presencia de neuromelanina Presencia de neuromelanina Formación de DA quinonas y ROS Formación de DA quinonas y ROS 2. DEGRADACIÓN DE DA POR MAO Producción de H 2 O 2 y GSSH ( disminuye GSH ) Producción de H 2 O 2 y GSSH ( disminuye GSH ) 3. AUMENTO DE HIERRO La reacción de Fenton produce radical º OH La reacción de Fenton produce radical º OH

21 * La vía DA nigro-estriatal es particularmente sensible a tóxicos: sensible a tóxicos: 6-0HDA, MPTP que producen ROS 6-0HDA, MPTP que producen ROS * La L-DOPA produce ROS adicional al existente En modelos animales L-DOPA aumenta la En modelos animales L-DOPA aumenta la toxicidad de 6-OHDA y de MPTP!!! toxicidad de 6-OHDA y de MPTP!!! L-DOPA espada de doble filo L-DOPA espada de doble filo * La vía DA nigro-estriatal es particularmente sensible a tóxicos: sensible a tóxicos: 6-0HDA, MPTP que producen ROS 6-0HDA, MPTP que producen ROS * La L-DOPA produce ROS adicional al existente En modelos animales L-DOPA aumenta la En modelos animales L-DOPA aumenta la toxicidad de 6-OHDA y de MPTP!!! toxicidad de 6-OHDA y de MPTP!!! L-DOPA espada de doble filo L-DOPA espada de doble filo

22 PÉRDIDA DE NEURONAS Y CUERPOS DE LEWY ENFERMEDAD DE PARKINSON INICIO Disminución GSH TARDE Disminución de DA Daño de Complejo I Aumento de Hierro Macromoléculas dañadas

23 Compuestos derivados de oxidación de DA que Inhiben el Complejo Enzimático Mitocondrial I Compuestos derivados de oxidación de DA que Inhiben el Complejo Enzimático Mitocondrial I

24 ESTRÉS OXIDATIVO EN PARKINSON  La oxidación de DA, y el hierro libre pueden estar implicados en oxidación de  synuclein estar implicados en oxidación de  synuclein   synuclin oxidada libera DA al citoplasma lo que aumenta la oxidación de DA lo que aumenta la oxidación de DA   synuclina oxidada no es reconocida por el sistema de degradación de proteínas, se sistema de degradación de proteínas, se acumula y agrega en Cuerpos de Lewy acumula y agrega en Cuerpos de Lewy ESTRÉS OXIDATIVO EN PARKINSON  La oxidación de DA, y el hierro libre pueden estar implicados en oxidación de  synuclein estar implicados en oxidación de  synuclein   synuclin oxidada libera DA al citoplasma lo que aumenta la oxidación de DA lo que aumenta la oxidación de DA   synuclina oxidada no es reconocida por el sistema de degradación de proteínas, se sistema de degradación de proteínas, se acumula y agrega en Cuerpos de Lewy acumula y agrega en Cuerpos de Lewy

25 Consecuencias de OXIDACIÓN en una neurona DOPAMINÉRGICA DAQ Inhibidores mitocondriales Oxidaciónasynuclein Oxidación DA a DAQ ROS 4HNE Muerteprogramada

26 Oxidación/nitración ROL CENTRAL PERO NO INICIAL DE PROCESOS OXIDATIVOS EN LA PATOGÉNESIS DE PARKINSON

27 ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS * En modelos de ALS SOD1 hay peroxidación de lípidos, oxidación de ADN y nitración de lípidos, oxidación de ADN y nitración de proteínas proteínas * Parece ser por “ganancia tóxica” de SOD1, la cual actúa como peroxidasa y superóxido reductasa actúa como peroxidasa y superóxido reductasa aumentando peroxinitrito (forma más agresiva) aumentando peroxinitrito (forma más agresiva) anión superóxido + NO ONOO- anión superóxido + NO ONOO- ESTRÉS OXIDATIVO EN ALS * En modelos de ALS SOD1 hay peroxidación de lípidos, oxidación de ADN y nitración de lípidos, oxidación de ADN y nitración de proteínas proteínas * Parece ser por “ganancia tóxica” de SOD1, la cual actúa como peroxidasa y superóxido reductasa actúa como peroxidasa y superóxido reductasa aumentando peroxinitrito (forma más agresiva) aumentando peroxinitrito (forma más agresiva) anión superóxido + NO ONOO- anión superóxido + NO ONOO-SODSOD

28 * La expresión de iNOS en la glia aumenta la ND La MINOCICLINA bloquea iNOS, disminuye La MINOCICLINA bloquea iNOS, disminuye NO, disminuye ROS y previene el daño en NO, disminuye ROS y previene el daño en modelos de ALS y MPTP modelos de ALS y MPTP * La expresión de iNOS en la glia aumenta la ND La MINOCICLINA bloquea iNOS, disminuye La MINOCICLINA bloquea iNOS, disminuye NO, disminuye ROS y previene el daño en NO, disminuye ROS y previene el daño en modelos de ALS y MPTP modelos de ALS y MPTP

29 ESTRÉS OXIDATIVO (ROS y RNS) y Disfunción mitocondrial, Mal plegamiento de proteínas, Deterioro de la degradación de proteínas ESTRÉS OXIDATIVO (ROS y RNS) y Disfunción mitocondrial, Mal plegamiento de proteínas, Deterioro de la degradación de proteínas

30 TERAPIA RACIONAL DE ESTRÉS OXIDATIVO * Aumentar antioxidantes * Reducir ROS Quelantes Quelantes Inhibidores de iNOS Inhibidores de iNOS TERAPIA RACIONAL DE ESTRÉS OXIDATIVO * Aumentar antioxidantes * Reducir ROS Quelantes Quelantes Inhibidores de iNOS Inhibidores de iNOS

31 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL Y NEURODEGENERACIÓN DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL Y NEURODEGENERACIÓN

32 MITOCONDRIA Organelo que genera energía para la célula MITOCONDRIA Organelo que genera energía para la célula FOSFORILACIÓNOXIDATIVAFOSFORILACIÓNOXIDATIVA

33 Oxidación: Remoción de H + o e - de una molécula Reducción: Adición de H + o e - a una molécula Fosforilación Aporte de fosfato a una molécula Oxidación: Remoción de H + o e - de una molécula Reducción: Adición de H + o e - a una molécula Fosforilación Aporte de fosfato a una molécula

34 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Acoplamiento de: 1. remoción de H + de una molécula y 2. aporte de fosfato a otra FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Acoplamiento de: 1. remoción de H + de una molécula y 2. aporte de fosfato a otra

35 1. OXIDACIÓN de NADH o FADH a NAD o FAD a NAD o FAD 2. FOSFORILACIÓN de ADP a ATP a ATP 1. OXIDACIÓN de NADH o FADH a NAD o FAD a NAD o FAD 2. FOSFORILACIÓN de ADP a ATP a ATP

36 ¿CÓMO ESTÁN ORGANIZADAS LAS MITOCONDRIAS PARA SER GENERADORES DE ENERGÍA? Ciclo de KREBS AcetilCoA El PIRUVATO de la glicólisis anaeróbica entra a la mitocondria y se convierte en Acetil CoA se une al OXALOACETATO para comenzar el Ciclo KREBS

37 glicólisis Fosforilación oxidativa Metabolismo energético MITOCONDRIA ¿De DÓNDE vienen los H + para la cadena de transporte de e-? Ciclo KREBS

38 * Los H + se producen en el Ciclo de KREBS (matríz mitocondrial) (matríz mitocondrial) * NAD o FAD toman los H + (NADH y FADH) * NADH y FADH se dirigen hacia los Complejos Enzimáticos MItocondriales Enzimáticos MItocondriales (repliegues de membrana interna mitocondrial) (repliegues de membrana interna mitocondrial) * Los H + se producen en el Ciclo de KREBS (matríz mitocondrial) (matríz mitocondrial) * NAD o FAD toman los H + (NADH y FADH) * NADH y FADH se dirigen hacia los Complejos Enzimáticos MItocondriales Enzimáticos MItocondriales (repliegues de membrana interna mitocondrial) (repliegues de membrana interna mitocondrial)

39 CADENA RESPIRATORIA 5 complejos enzimáticos : I NADH ubiquinona oxidoreductasa I NADH ubiquinona oxidoreductasa II Succinato ubiquinona oxidoreductasa II Succinato ubiquinona oxidoreductasa III Ubiquinona Citocromo c reductasa III Ubiquinona Citocromo c reductasa IV Citocromo c oxidasa IV Citocromo c oxidasa V ATP sintetasa V ATP sintetasa 2 transportadores de electrones : Ubiquinona o Coenzima Q Ubiquinona o Coenzima Q Citocromo C Citocromo C CADENA RESPIRATORIA 5 complejos enzimáticos : I NADH ubiquinona oxidoreductasa I NADH ubiquinona oxidoreductasa II Succinato ubiquinona oxidoreductasa II Succinato ubiquinona oxidoreductasa III Ubiquinona Citocromo c reductasa III Ubiquinona Citocromo c reductasa IV Citocromo c oxidasa IV Citocromo c oxidasa V ATP sintetasa V ATP sintetasa 2 transportadores de electrones : Ubiquinona o Coenzima Q Ubiquinona o Coenzima Q Citocromo C Citocromo C

40 Los IONES HIDRÓGENO dan: Protones para las bombas H + y Electrones e - para la cadena respiratoria Los IONES HIDRÓGENO dan: Protones para las bombas H + y Electrones e - para la cadena respiratoria

41 Cadena de transporte de e- m.externa m. interna NADH y FADH2 del Ciclo de Krebs Cadena de transporte de e- Bombas sacan H+ de la matríz Gran gradiente EQ del H + mueve la ATP sintetasa a la síntesis de ATP matríz

42 1. NADH y FADH AL PERDER H + SEOXIDAN ESTÁN LISTOS PARA ACEPTAR H + NUEVAMENTE 1. NADH y FADH AL PERDER H + SEOXIDAN ESTÁN LISTOS PARA ACEPTAR H + NUEVAMENTE

43 MATRÍZ ESPACIOINTERMEMBRANA MEMBRANA EXTERNA gradiente de pH adentro alcalino Síntesis de ATP movida por la fuerza de H+ Potencialeléctricoadentro negativo negativo citoplasma Membrana int H+ H+ H+ H+

44 GRAN GRADIENTE ELECTROQUÍMICO H + Desde el espacio intermembrana a la matríz GRAN GRADIENTE ELECTROQUÍMICO H + Desde el espacio intermembrana a la matríz

45 ADP + P ATP ATPsintetasaATPsintetasa Gradiente EQ H + 2. FOSFORILACIÓN DE ADP

46 CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Establecimiento de gradiente de H+ CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Establecimiento de gradiente de H+ SÍNTESIS de ATP FOSFORILACIÓN OXIDATIVA matríz oxidación fosforilación 11 22 M. Int Ubiquinona Citocromo c ½ O 2 + 2H + = H2O I IIIIV V ADP + P ATPATP 33

47 3. REDUCCIÓN FINAL DE OXÍGENO PARA FORMAR AGUA 2H + + ½ O 2 ----> H 2 O PARA MANTENER EL GRADIENTE DE H+ Y PODER FORMAR ATP 3. REDUCCIÓN FINAL DE OXÍGENO PARA FORMAR AGUA 2H + + ½ O 2 ----> H 2 O PARA MANTENER EL GRADIENTE DE H+ Y PODER FORMAR ATP

48 Citoplasma Espacio entre membranas Matríz CicloKrebs NADH va a I FADH va a II

49 El CEREBRO necesita: Glucosa Oxígeno OxígenoMitocondrias El CEREBRO necesita: Glucosa Oxígeno OxígenoMitocondrias ATPATP Alto consumo energético de las neuronas neuronas

50 * Las Neuronas son altamente dependientes del metabolismo dependientes del metabolismo energético oxidativo energético oxidativo * Se ha propuesto a la Disfunción mitocondrial como Disfunción mitocondrial como mecanismo patogénico mecanismo patogénico unificador para ND unificador para ND * Las Neuronas son altamente dependientes del metabolismo dependientes del metabolismo energético oxidativo energético oxidativo * Se ha propuesto a la Disfunción mitocondrial como Disfunción mitocondrial como mecanismo patogénico mecanismo patogénico unificador para ND unificador para ND

51 La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA genera la mayor parte de ATP El deterioro para producir energía puede tener consecuencias catastróficas: 1. Disminuye ATP 2. Aumentan ROS 3. Se altera homeostasis del calcio La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA genera la mayor parte de ATP El deterioro para producir energía puede tener consecuencias catastróficas: 1. Disminuye ATP 2. Aumentan ROS 3. Se altera homeostasis del calcio

52 LA MITOCONDRIA ES EL ÚNICO ORGANELO CON PROPIO GENOMA (ADN mt) * El ADN mt codifica para un pequeño número de proteínas para Respiración Celular proteínas para Respiración Celular -algunos ARN ribosómicos y ARN transportadores- -algunos ARN ribosómicos y ARN transportadores- * El ADN mt sólo se hereda de la madre, se divide y replica independientemente del ciclo celular y se distribuye al azar independientemente del ciclo celular y se distribuye al azar * Las mutaciones en ADN mt tiene que afectar alto porcentaje para causar alteraciones funcionales pues la mayoría de las para causar alteraciones funcionales pues la mayoría de las Enf. Mitocondriales por mutaciones son recesivas Enf. Mitocondriales por mutaciones son recesivas LA MITOCONDRIA ES EL ÚNICO ORGANELO CON PROPIO GENOMA (ADN mt) * El ADN mt codifica para un pequeño número de proteínas para Respiración Celular proteínas para Respiración Celular -algunos ARN ribosómicos y ARN transportadores- -algunos ARN ribosómicos y ARN transportadores- * El ADN mt sólo se hereda de la madre, se divide y replica independientemente del ciclo celular y se distribuye al azar independientemente del ciclo celular y se distribuye al azar * Las mutaciones en ADN mt tiene que afectar alto porcentaje para causar alteraciones funcionales pues la mayoría de las para causar alteraciones funcionales pues la mayoría de las Enf. Mitocondriales por mutaciones son recesivas Enf. Mitocondriales por mutaciones son recesivas

53 ENF. ND POR DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL * Mutaciones de ADN mitocondrial Típicamente heterogéneas y multisistémicas Típicamente heterogéneas y multisistémicas Encefalocardiomiopatías (tej. dependen energía) Encefalocardiomiopatías (tej. dependen energía) * Mutaciones ADN nuclear cuyos productos van a la mitocondria cuyos productos van a la mitocondria Ataxia Friederich Ataxia Friederich Enf. Wilson Enf. Wilson * De causa desconocida y asociadas a mutaciones no mitocondriales mutaciones no mitocondriales La MAYORÍA de las Enf. ND La MAYORÍA de las Enf. ND ENF. ND POR DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL * Mutaciones de ADN mitocondrial Típicamente heterogéneas y multisistémicas Típicamente heterogéneas y multisistémicas Encefalocardiomiopatías (tej. dependen energía) Encefalocardiomiopatías (tej. dependen energía) * Mutaciones ADN nuclear cuyos productos van a la mitocondria cuyos productos van a la mitocondria Ataxia Friederich Ataxia Friederich Enf. Wilson Enf. Wilson * De causa desconocida y asociadas a mutaciones no mitocondriales mutaciones no mitocondriales La MAYORÍA de las Enf. ND La MAYORÍA de las Enf. ND

54 ENF. NEURODEGENERATIVAS UBICACIÓN INTRAMITOCONDRIAL DE PROTEÍNAS MUTADAS ENF. NEURODEGENERATIVAS UBICACIÓN INTRAMITOCONDRIAL DE PROTEÍNAS MUTADAS

55 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL Y ENFERMEDAD NEURODEGENERATIVA DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL Y ENFERMEDAD NEURODEGENERATIVA

56 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN ALZHEIMER * En la Hipótesis Amiloide el péptido amiloide beta (A  ) derivado de APP se considera el centro de la patogenia * En AD familiar hay evidencia de disfunción mitocondrial, A  inhibe cadena respiratoria. En trisomia 21 hay aumento de A  y alteración de Vm mt * Para algunos ND comienza en la sinapsis donde hay más mitocondrias DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN ALZHEIMER * En la Hipótesis Amiloide el péptido amiloide beta (A  ) derivado de APP se considera el centro de la patogenia * En AD familiar hay evidencia de disfunción mitocondrial, A  inhibe cadena respiratoria. En trisomia 21 hay aumento de A  y alteración de Vm mt * Para algunos ND comienza en la sinapsis donde hay más mitocondrias

57 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN ALZHEIMER Exposición a  amiloide: disregula calcio, activa caspasas, genera ROS y NO, reduce Vm mt, apoptosis INICIO en sinapsis?

58 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON * Falla del Complejo I * Falla del Complejo I (NADH oxidoreductasa) (NADH oxidoreductasa) Disminución de ATP Disminución de ATP Aumento de ROS Aumento de ROS Apoptosis Apoptosis DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON * Falla del Complejo I * Falla del Complejo I (NADH oxidoreductasa) (NADH oxidoreductasa) Disminución de ATP Disminución de ATP Aumento de ROS Aumento de ROS Apoptosis Apoptosis

59 MATRÍZ ESPACIOINTERMEMBRANA MEMBRANA EXTERNA gradiente de pH adentro alcalino Síntesis de ATP movida por la fuerza de H+ Potencialeléctricoadentro negativo negativo citoplasma membrana interna Complejo I NADH oxidoreductasa Complejo I NADH oxidoreductasa NADHNAD

60 INHIBICIÓN DEL COMPLEJO I 1. Disminuye función mitocondrial (disminuye ATP) 2. Aumenta el estrés oxidativo (aumenta ROS) 3. Aumento de DA en citoplasma porque no es cargada dentro de la vesícula (se necesita ATP) cargada dentro de la vesícula (se necesita ATP) 4. Se generan más productos de oxidación de DA 5. Se oxida  synuclein, se agrega y aumentan Cuerpos de Lewy Cuerpos de Lewy INHIBICIÓN DEL COMPLEJO I 1. Disminuye función mitocondrial (disminuye ATP) 2. Aumenta el estrés oxidativo (aumenta ROS) 3. Aumento de DA en citoplasma porque no es cargada dentro de la vesícula (se necesita ATP) cargada dentro de la vesícula (se necesita ATP) 4. Se generan más productos de oxidación de DA 5. Se oxida  synuclein, se agrega y aumentan Cuerpos de Lewy Cuerpos de Lewy

61 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON * Factores ambientales tóxicos inhibidores selectivos Complejo I inhibidores selectivos Complejo I MPTP (MPP+) MPTP (MPP+) ROTENONE ROTENONE PARAQUAT PARAQUAT Producen: Producen: º Inclusiones con  synuclein º Inclusiones con  synuclein º Muerte Neuronas DA º Muerte Neuronas DA DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON * Factores ambientales tóxicos inhibidores selectivos Complejo I inhibidores selectivos Complejo I MPTP (MPP+) MPTP (MPP+) ROTENONE ROTENONE PARAQUAT PARAQUAT Producen: Producen: º Inclusiones con  synuclein º Inclusiones con  synuclein º Muerte Neuronas DA º Muerte Neuronas DA Cuerpos de Lewy

62 ¿Defecto en Complejo I es central en la patogénesis de Parkinson? ¿Defecto en Complejo I es central en la patogénesis de Parkinson?

63 MPTP (1metil4 fenil1,2,3,6 tetrahidropiridina) * Al inicio de los años 80 adictos a narcóticos súbitamente se volvieron parkinsonianos!!! súbitamente se volvieron parkinsonianos!!! * El responsable fue MPTP un intermediario en síntesis de meperidina en síntesis de meperidina El metabolito activo es MPP + El metabolito activo es MPP + ( 1metil4fenilpiridium) ( 1metil4fenilpiridium) MPTP (1metil4 fenil1,2,3,6 tetrahidropiridina) * Al inicio de los años 80 adictos a narcóticos súbitamente se volvieron parkinsonianos!!! súbitamente se volvieron parkinsonianos!!! * El responsable fue MPTP un intermediario en síntesis de meperidina en síntesis de meperidina El metabolito activo es MPP + El metabolito activo es MPP + ( 1metil4fenilpiridium) ( 1metil4fenilpiridium)

64 MPP+ es selectivamente tomado en N. DA No hay defecto sistémico de complejo I por lo que se considera no es buen modelo de Parkinson

65 Aumenta ROS, disminuye ATP, aumenta DA en citoplasma, aumentan productos oxidados de DA que se unen a GSH y dan GSH-DAQ que inhiben Complejo I

66 ROTENONE * Es un insecticida y veneno para peces, causa parkinsonismo en ratas por causa parkinsonismo en ratas por administración crónica iv administración crónica iv * Produce inhibición sistémica de complejo I Bloquea transferencia de e- en la NADH Bloquea transferencia de e- en la NADH reductasa, previene su uso como sustrato para reductasa, previene su uso como sustrato para la fosforilación oxidativa la fosforilación oxidativa * Es considerado un mejor modelo de Parkinson ROTENONE * Es un insecticida y veneno para peces, causa parkinsonismo en ratas por causa parkinsonismo en ratas por administración crónica iv administración crónica iv * Produce inhibición sistémica de complejo I Bloquea transferencia de e- en la NADH Bloquea transferencia de e- en la NADH reductasa, previene su uso como sustrato para reductasa, previene su uso como sustrato para la fosforilación oxidativa la fosforilación oxidativa * Es considerado un mejor modelo de Parkinson

67 RotenoneRotenone Estructura diferente a MPTP Pero, ¿ por qué sólo daña N. DA nigroestriatales si su acción es sistémica?

68 PARAQUAT * Herbicida común que causa intoxicación inadvertida mortal y también es agente en inadvertida mortal y también es agente en suicidios, no hay tratamiento antídoto. suicidios, no hay tratamiento antídoto. Muerte horrible por falla sistémica de órganos!!! Muerte horrible por falla sistémica de órganos!!! * Tiene estructura similar a MPTP Afecta también a neuronas DA Afecta también a neuronas DAPARAQUAT * Herbicida común que causa intoxicación inadvertida mortal y también es agente en inadvertida mortal y también es agente en suicidios, no hay tratamiento antídoto. suicidios, no hay tratamiento antídoto. Muerte horrible por falla sistémica de órganos!!! Muerte horrible por falla sistémica de órganos!!! * Tiene estructura similar a MPTP Afecta también a neuronas DA Afecta también a neuronas DA ParaquatParaquat

69 5.Cys-DA es un derivado del metabolismo de DA que inhibe al Complejo I Mitocondrial

70 DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN PARKINSON

71 MODELO DE ALS SOD1 * Motoneuronas con degeneración mitocondrial masiva, daño oxidativo y apoptosis vía mitoc masiva, daño oxidativo y apoptosis vía mitoc * La Cu-Zn SOD está en citosol y en el espacio intermembranas mitocondriales, la SOD podría dañar directamente la mitocondria * Acumulación de mitocondrias anormales en motoneuronas en pacientes ALS MINOCICLINA inhibe directamente permeabilidad MINOCICLINA inhibe directamente permeabilidad mitocondrial, evita apoptosis y aumenta sobrevida de los animales mitocondrial, evita apoptosis y aumenta sobrevida de los animales MODELO DE ALS SOD1 * Motoneuronas con degeneración mitocondrial masiva, daño oxidativo y apoptosis vía mitoc masiva, daño oxidativo y apoptosis vía mitoc * La Cu-Zn SOD está en citosol y en el espacio intermembranas mitocondriales, la SOD podría dañar directamente la mitocondria * Acumulación de mitocondrias anormales en motoneuronas en pacientes ALS MINOCICLINA inhibe directamente permeabilidad MINOCICLINA inhibe directamente permeabilidad mitocondrial, evita apoptosis y aumenta sobrevida de los animales mitocondrial, evita apoptosis y aumenta sobrevida de los animales DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN ALS

72 MODELO DE HUNTINGTON (huntingtin mutada Htt ) * Htt mutada se ha encontrado en membrana mitocondrial * Mitocondrias cerebrales tienen un bajo potencial de Vm mt y tendencia a despolarizarse a de Vm mt y tendencia a despolarizarse a bajos niveles de calcio y vulnerabilidad a excitotox. bajos niveles de calcio y vulnerabilidad a excitotox. * Htt mutada interacciona con factores de trascripción críticos en el metabolismo energético mitocondrial y en la apoptosis vía mitocondrial MODELO DE HUNTINGTON (huntingtin mutada Htt ) * Htt mutada se ha encontrado en membrana mitocondrial * Mitocondrias cerebrales tienen un bajo potencial de Vm mt y tendencia a despolarizarse a de Vm mt y tendencia a despolarizarse a bajos niveles de calcio y vulnerabilidad a excitotox. bajos niveles de calcio y vulnerabilidad a excitotox. * Htt mutada interacciona con factores de trascripción críticos en el metabolismo energético mitocondrial y en la apoptosis vía mitocondrial DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL EN HUNTINGTON

73 A pesar de muchas evidencias del daño funcional mitocondrial en estas enfermedades, todavía hoy continua el dilema: QUIEN ES PRIMERO A pesar de muchas evidencias del daño funcional mitocondrial en estas enfermedades, todavía hoy continua el dilema: QUIEN ES PRIMERO ?

74 En las ENF. NEURODEGENERATIVAS hayAPOPTOSISe implicación de: ESTRÉS OXIDATIVO DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL En las ENF. NEURODEGENERATIVAS hayAPOPTOSISe implicación de: ESTRÉS OXIDATIVO DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL

75 ESTRÉSOXIDATIVOESTRÉSOXIDATIVODISFUNCIÓNMITOCONDRIALDISFUNCIÓNMITOCONDRIAL APOPTOSISAPOPTOSIS

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