Pequeña presentación de los mecanismos moleculares implicados en la patogenia y evolución de la enfermedad del Parkinson A little presentation about the molecular mechanisms of the pathogeny and evolution of the Parkinson disease

1. Bases moleculares
de la enfermedad
del Parkinson
Por: Daiana Esquier Galeano, Jose Alberto Guerrero
Castillo y Sergio Navarro Velázquez
Patología Molecular
Curso 2015-16

2. 1. Introducción
Pars compacta (melanina y
catecolaminas)
Pars reticularis
(pigmento Fe)

3. 1.1 Epidemiologia y antecedentes
80% dopamina
60% Neuronas Snpc
Luis, H. et al., 2006. Aspectos moleculares y prospectos de terapias en la enfermedad de Parkinson.

4. 1.2 Tipos
• Podemos clasificar la enfermedad del Parkinson en dos
tipos principalmente:
Familiar
Esporádico (90%)
Asociado a procesos
neurodegenerativos
Otros
Traumatismo craneal
Enf. infecciosas
Enf. metabólicas
Inducido por
medicamentos o
toxinas
Primario Secundario

5. 2. Bases Moleculares
Factores genéticos Neurocininas Medioambiente
Estrés oxidativo y
disfunción
mitocondrial
Dinámica de proteínas Metales pesados Glutamato

6. 2.1 Factores genéticos
Autosómicos dominantes Autosómicos recesivos
Houlden, H. & Singleton, A.B., 2012. The genetics and neuropathology of Parkinson’s disease.

7. 2.1 Factores genéticos – autosómicos dominantes
Gen Mutación/es Objeto de estudio Edad de inicio
SNCA (α-sinucleína):
proteina nuclear y
sináptica
p.A53T Familia
italoamericana con
parentesco Contursi
Mutaciones sin
sentido: de 30 a 60
años
Triplicaciones: 30 años
Duplicaciones: 40/50
años
p.A30P y p.E46K Familias alemanas y
españolas
Triplicación/
Duplicación
Familia con
parentesco Iowa
LRRK2/PARK8:
quinasa
p.R1441G, p.R1444C,
p.Y1699C, p.I1122V,
p.I2020T y p.L1114L
2 grupos de estudio,
asociados al
cromosoma 12
Amplio rango: desde
los 30 años hasta los
50 años
p.G2019S Descendientes
europeos
ATXN2/ATXN3: genes
responsables de la
SCA
> 34 CAG (ATXN2) Familia Asio-
americana
No está dilucidado
Expansión triplete
(ATXN3)
Familia Afro-
americana (MJD)
VPS35/PARK17:
proteina retromero
p.D620N Familia con
parentesco suizo
40-50 años

8. 2.1 Factores genéticos – autosómicos recesivos
Gen Mutación/es Objeto de estudio Edad de inicio
Parkin/PARK2: E3
ubiquitin ligasa
Deleciones de los
exones 3-7
Parkinson juvenil Amplio rango:
desde los 10 años
hasta los 50 años
DJ-1/PARK7:
inhibidor
agregacion α-Syn
Deleción Familia holandesa 20-40 años
Mutación sin
sentido
Familia italiana
PINK1/PARK6:
Ser-Thr quinasa
mitocondrial
Mutación nonsense
y missense (1p36)
Familia siciliana 30-50 años
Heterocigosis Familia española
ATP13A2/PARK9:
ATPasa cationes
Mutacion sin
sentido
Familia de Kufor
Rakeb
10-22 años
Heterocigosis Familia chilena
FBXO7/PARK15:
E3 ubiquitin ligasa
Mutación sin
sentido
Familia iraní Ultima etapa de la
adolescencia
Mutacion nonsense Familia italiana y
holandesa

9. 2.1 Factores genéticos

10. 2.2 Daño oxidativo y
disfunción mitocondrial
• Daño celular por estrés oxidativo causado por radicales
libres

11. • Defectos en el Complejo I
– Evidencia de mitocondrias con defectos en el Complejo I en la
sustancia nigra.
– Es un punto crucial en la patogenia del Párkinson.
Fallo
Complejo
I
Estrés
oxidativo
↑ vulnerable a
citotoxicidad
por Glutamato
Agregación
de α
sinucleína
Rutas de
muerte
neuronal
• Excitoxicidad
• Radicales libres
• Apoptosis: indep/dep de
Caspasas
• Necrosis
• Daño inflamatorio
Muerte de neuronas
d o p a m i n é r g i c a s y
oligodendrocitos
2.2 Daño oxidativo y
disfunción mitocondrial
Fallo
complejo
I
Determinado
DNAmt
(mutaciones,
SNPs)
Envejecimiento
Deleciones >5% de
moléculas
genómicas
mitocondriales)

12. 2.3 Alteraciones en la dinámica
proteica: Chaperonas,
proteasoma e hipótesis priónica
• Alteración o inhibición de los mecanismos de limpieza
celular.
• Agregados proteicos
• Proteínas mal plegadas
• Orgánulos dañados
Lewy Bodies
(α sinucleína,
ubiquitina,
etc)
Punto Clave en la
patogenia
Proceso
neurodegenerativo

13. • UPS y el mecanismo de autofagia tienen una actividad
importante en las células no mitóticas.
• Su eficiencia representa el principal mecanismo de
supervivencia celular.
UPS y Autofagia
Mutación de αSYN
(SNCA)
↑ Agregados tóxicos y
disfunción mitocondrial
↓ Toxicidad neuronal

14. 2.3 Alteraciones en la dinámica
proteica: Chaperonas,
proteasoma e hipótesis priónica
• La sobreexpresión de proteínas resultantes del gen Parkin
mutado promueve la formación de agregados.
• Complejo PPD (Parkin, PINK1 y DJ-1): induce
degradación proteica mediante proteasoma.
• Autofagia: su disfunción promueve la acumulación de
proteínas y orgánulos dañados.
– Autofagia selectiva mediada por chaperonas (CMA): regula
degradación de α sinucleína, mutaciones en α sinucleína
imposibilita su degradación. à Muerte celular por autofagia
Actividad E3-ligasa: degradación de proteínas
anormales mediante el proteasoma.
Ubiquitinación dependiente de parquin:
primer paso en la eliminación de mitocondrias
disfuncionales mediante autofagia.

15. 2.3 Alteraciones en la dinámica
proteica: Chaperonas,
proteasoma e hipótesis priónica
• Fosfatasa y tensina homóloga inducida por
Kinase1 y DJ-1 tienen un rol fundamental en los
mecanismos de limpieza celular.
• Contribuyen junto con el complejo PDD, PINK1 y DJ-1
promoviendo la mitofagia.
• LRRK2 mutado inhibe la via autofágica.
• ATP13A: ↓ agregación de α sinucleína y protege a las
neuronas dopaminérgicas frente a efectos toxicos de las
inclusiones intracelulares.
• Mecanismos de defensa celulares:
– Heat shock proteína (HSPs): chaperonas moleculares.
– Defensa del retículo endoplasmático (RE)
– Degradación por Ubiquitin-proteasoma
HSPs: funcionan asociadas con transportadores de dopamina, Parkin,
subunidades del proteasoma, ubiquitina y UCH-L1. Se activa para ↓
agregación de α sinucleína y la muerte celular.
UPR: se activa por estrés del RE (ROS, Calcio, energía, proteínas
mal plegadas, mutadas, agregados, etc). Se activa gracias a
sensores del RE (IRE-1, PERK y ATF6)
Degradación lisosomal: se puede dar una autofagia mediada por
chaperonas o una macroautofagia.

16. 2.3 Alteraciones en la dinámica
proteica: Chaperonas, proteasoma
e hipótesis priónica
• La patogénesis del Parkinson
Estructura α-helicoidal à lámina
(Chu & Kordower, 2015)
Comparte características biofísicas y bioquímicas
clave con las enfermedades priónicas

17. 2.4 Dishomeóstasis de metales
HO-
H2O2
Mn-SOD
Cu/Zn-SOD
+ Fe2+ y/o Cu2+
O2
-
↑ Reactivo
↓ vida media
(Fenton-Haber Weiss)
Peroxidacion de lípidos
de membrana
Modificación oxidativa de
proteínas de membrana

18. 2.5 Citotoxicidad por glutamato
Glutamato: principal neurotransmisor
excitador en el SNC
Transportadores de aminoácidos excitatorios (EAAT)
Metabolismo y reciclaje de Glutamato por astrocitos
sinápticos vía Glutamina sintetasa
Exposición de las neuronas a altas concentraciones de
glutamato (0,5-1,0 mM)
↓ Consumo de oxígeno
Inhibición de la actividad de los complejos I, II/III y
IV de la cadena respiratoria.
Despolarización mitocondrial asociada a un ↑ del
flujo de calcio a la mitocondria, promovido por la
actividad de los receptores de glutamato

19. 2.6 Papel de las neurocininas (NKs)
• También llamadas taquicininas son neuropéptidos que
actúan como neurotransmisores y neuromoduladores,
entre las que se encuentran:
– Sustancia P (NK-1)
– Sustancia K (NK-2)
– Neuromedina (NK-3)
Altos niveles de NK-1 en
los enfermos de
Parkinson
¿Patogénesis del
Parkinson?
http://physrev.physiology.org/content/94/1/265

20. 2.6 Papel de las NKs.
Aplicación terapéutica
• Elevados niveles de Sustancia P produce:
- Neuroinflamación
- Disfunción de la barrera hematoencefálica
- Activación de la microglia
El tratamiento con antagonistas del receptor NK-1, pueden reducir
los efectos:
Comparación de la extravasación de albumina en el tejido neural estriado.
A) Sham rats 6-OHDA B) aplicación del antagonista NAT.
A B
Thornton & Vink R. 2012.

21. Hernández-Montiel. 2006.
2.7 Efecto del medio ambiente
Mutaciones de
los Genes del
sistema
Ubiquitin-
Proteosomal
Dieta
Tabaco
Alcohol
Higiene
Estímulos
sociales
http://pgmiucna.blogspot.com.es/2012/05/las-alfa-sinucleinopatias.html
Paraquat
Rotenona

22. 3. Terapias
• El tratamiento más utilizado es la levodopa à precursor de la dopamina
– Carbidopa à inhibidor de la Dopamina Descarboxilasa (DDC)
– Entacapona y Tolcapona à inhibidores de la catecol-O-metiltransferasa (COMT)
Estructura química de la Levodopa o L-dopa
http://www.psicofarmacos.info/?contenido=varios2&farma=levodopa-carbidopa

23. 3. Terapias
• Además de la levodopa existen otros tratamientos:
─ Agonistas de la dopamina como la apomorfina,
pramipexol…
─ Anticolinérgicos, disminuyen la actividad de la
acetilcolinaà reducción de los temblores.
─ Amantidina, reduce la disquinesia producida por la
levodopa, durante las primeras etapas de la enfermedad.
─ Factores neurotróficos como el GDNF, que actúan como
agentes estimulantes de la supervivencia neuronal.
─ Tratamiento antioxidante con vitaminas C, A y E.
─ Estimulación cerebral profunda.

24. 3. Terapias
Estimulación
cerebral profunda
Pedrosa, David J., & Timmermann, Lars (2013).

25. 4. Últimos avances
• Análisis de autoanticuerpos contra la α-sinucleína para
facilitar el diagnós?co.
Parkinson’s disease
DeMarshall, C. et al. 2015

26. 4. Últimos avances
• Implantación de células madre pluripotentes à transformación
en neuronas.
TFG-β1
Fibulina-2
http://atlasofscience.org/stem-cell-therapy-for-parkinsons-disease/

27. 4. Últimos avances
• Utilización de aptámeros para inhibir la expresión de α-
sinucleína.
Holahan & De Rosa. 2015.

28. 5. Conclusiones
Hernández-Montiel. 2006.

29. Muchas gracias