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Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas. Introducción a La Terapia Génica Curso 2004-2005. Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas. Apoptosis neuronal. Mecanismos de supervivencia. Enfermedades neurodegenerativas.

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Presentation Transcript
apoptosis en enfermedades neurodegenerativas

Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas

Introducción a La Terapia Génica

Curso 2004-2005

apoptosis en enfermedades neurodegenerativas1
Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas
  • Apoptosis neuronal.
  • Mecanismos de supervivencia.
  • Enfermedades neurodegenerativas.
  • Aplicación: estudio de la apoptosis neuronal asociada a la enfermedad de scrapie.
apoptosis en enfermedades neurodegenerativas2
Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas
  • Apoptosis neuronal.
  • Mecanismos de supervivencia.
  • Enfermedades neurodegenerativas.
  • Aplicación: estudio de la apoptosis neuronal asociada a la enfermedad de scrapie.
la neurona
La Neurona
  • Normalmente sobreviven toda la vida del individuo permitiendo el mantenimiento de los circuitos neuronales.
  • En el desarrollo muchas neuronas (50%) sufren apoptosis (Sinaptogénesis).
  • Señales de supervivencia neuronal:
    • Factores Neurotróficos.
    • Glutamato (neurotransmisor excitatorio).
inducci n de apoptosis in vitro
Inducción De Apoptosis in vitro
  • Falta de factores neurotróficos:
    • Desarrollo.
    • Enfermedades Neurodegenerativas.
  • Toxicidad del péptido b-amiloide:
    • Enfermedad de Alzheimer.
  • Excitotoxicidad.
  • Falta de K.
  • Estrés oxidativo:
    • Infarto.
    • Envejecimiento.
falta de factores neurotr ficos
Falta De Factores Neurotróficos
  • Señales de supervivencia.
  • Causa de la pérdida masiva de neuronas en el desarrollo.
  • Modelo in vitro:
    • NGF: Ns simpáticas y células PC12.
    • BDNF o CNTF: Ns sensitivas.
    • Cultivos sin suero.
toxicidad del p ptido b amiloide
Toxicidad Del Péptido b-amiloide

AAP

b-amiloide

  • Principal compuesto de las placas seniles.
  • Péptido de 39 a 42 aa proveniente de la glicolisis de AAP (695-770 aa).
  • Apoptosis o necrosis según el tipo celular o el protocolo experimental.

c-jun

caspasas

Apoptosis:

Ns corticales

Ns hipocampo

Necrosis:

Ns corticales

Neuroblastomas

PC12

excitotixicidad
Excitotixicidad
  • Los aminoácidos excitadores son neurotransmisores (Glutamato).
  • Implicados en la diferenciación neuronal y en la memorización.
  • Receptores:
    • Ionotrópicos glutamatérgicos (NMDA).
    • Metabotrópicos.
  • Estímulo excesivo: muerte neuronal.

Apoptosis

Necrosis

otros modelos
Falta de K:

La supervivencia y diferenciación neuronales in vitro requiere altas [K].

Privación de K en el medio  apoptosis

Estrés oxidativo:

Agentes oxidantes en el medio (H2O2, peroxinitrito).

Inhibición de la síntesis de antioxidantes intracelulares  aumento de radicales libres.

Otros Modelos
mecanismos moleculares 2
Mecanismos Moleculares (2)

Mattson, M.P. (2000) Nature reviews 1: 120-9

receptores de membrana
Receptores De Membrana

Apoptosis por falta de factores neurotróficos

Fas

p75

http://perso.wanadoo.fr/adna/Apoptose.html

los proto oncogenes c fos y c jun
Los Proto-oncogenes: c-fos y c-jun
  • Modelos in vitro:
    • Falta de K o suero, exposición al b-amiloide, strés escitotóxico.
  • Modelos in vivo:
    • Axotomía o estrés excitotóxico.

Factores neurotróficos

c-Jun

c-Jun

JNK

JNK

genes del ciclo celular
Genes Del Ciclo Celular
  • Ciclinas:
    • D1: su función en la apoptosis es variable dependiendo del tipo neuronal y del estímulo.
    • D1 y B1: + individualización de cromosomas en la apoptosis inducida por ácido okadaico en neuroblastomas.
  • P53:
    • Participación demostrada in vivo e in vitro.
    • No participa en el desarrollo cerebral normal.
    • Convierte a las neuronas más sensibles al estímulo apoptótico.
la familia de bcl 2
La Familia De Bcl-2
  • Sobre-expresión de Bcl-2 in vivo e in vitro inhibe la apoptosis.
  • Bcl2 : exceso de neuronas en cerebro y médula.
  • Bcl2 (-/-): desarrollo normal y degeneración importante post-natal.
  • Bcl-x (-/-): muerte neuronal apoptótica masiva en el desarrollo.
  • Bax (-/): exceso de neuronas simpáticas y motoneuronas. Resistentes a la privación de NGF in vitro y a la axotomía.
regulaci n de la familia bcl 2
Regulación De La Familia Bcl-2
  • Transcripcional:
    • EGL-1, Bim, Hrk.
  • Post-traducción:
    • Bax, Bad, Bid.
putcha et al 2002
Putcha et al. (2002)
  • Las proteínas pro-apoptóticas BAX y BAK no presentan redundancia o expresión compensatoria en niveles fisiólogicos.
  • Bim comparte función con Hrk pero no con Bid o Bad.
  • Fas-FasL no contribuyen a la apoptosis por TFD.
putcha et al 20021
Putcha et al. (2002)
  • El modelo de apoptosis basado en la privación de factores neurotróficos en cultivos neuronales de SCG y CG depende únicamente de la expresión y traslocación de BAX para la salida de Cyt-c y activación de caspasas.
  • BIM y HRK están inducidos y requieren de BAX para mediar la muerte celular.
  • La subfamilia BH3 puede mediar la traslocación de BAX.
putcha et al 20022

Citoplasma

Mitocondria

BH3 BAX BAX Cyt c

BCL-2

BCL-w

BCL-XL

BH3

BAX

BH3

BAX

Cyt c

BCL-w

BCL-XL

BH3 BAX BAX Cyt c

BCL-2

BCL-W

BCL-XL

BH3

BAX BAX Cyt c

Putcha et al. (2002)

Modelo 1

Modelo 2

Modelo 3

Modelo 4

putcha et al 20023

Citoplasma

Mitocondria

BH3 BAX BAX Cyt c

BID

BAD

BIM

BCL-2

BCL-w

BCL-XL

BH3

BAX

BH3

BAX

Cyt c

BCL-w

BCL-XL

BH3 BAX BAX Cyt c

BCL-2

BCL-W

BCL-XL

BH3

BAX BAX Cyt c

Putcha et al. (2002)

Modelo 1

Modelo 2

Modelo 3

Modelo 4

putcha et al 20024

Mitocondria

Citoplasma

+NGF BAX BAX BAX Cyt c

(periférico) (integral)

BCL-2

BCL-XL

multimerización

-NGF BAX BAX BAX Cyt c

(periférico) (integral)

BCL-2

BCL-XL

BIM

Dp5

Putcha et al. (2002)
caspasas
Casp-8 respuesta a la inducción por Fas y el receptor de la neurotrofina p75.

Casp-3: importante en el desarrollo.

Casp-1: apoptosis de neuronas post-mitóticas.

Casp-2: apoptosis por falta de factores neurotróficos.

Responsabilidad diferente según el tipo neuronal, el grado de madurez y el estímulo apoptótico.

Activación de caspasas efectoras:

Activación DNasas.

Poly-ADP-ribosa polimerasa.

Kinasa ATM.

Canales de iones (AMPA).

Proteínas del citoesqueleto.

Caspasas
otros factores
Otros Factores
  • Par-4:
    • Prostate apoptosis response-4 protein.
    • Sobre-expresada en células apoptóticas de tumores de próstata.
    • Esencial en la apoptosis neuronal (desarrollo y patológica):
      • Sobreexpresada en respuesta a estímulos apoptóticos.
      • Interacción con la proteinkinasa Cz y Bcl-2 (dominio Leucine Zipper).
otros factores1
Otros Factores
  • Telomerasa:
    • Previene el acortamiento de los cromosomas en la mitosis.
    • Actividad incrementada en la inmortalización y transformación celular y en el desarrollo.
    • Acción anti-apoptótica en los estadíos tempranos de la muerte neuronal.

www.bio.miami.edu/dana/250/telomerase.jpg

radicales libres
Radicales Libres
  • La apoptosis neuronal producida por diversos estímulos (privación de factores neurotróficos, excitotoxididad, falta de K, exposición a b-amiloide, isquemia) se acompaña de la producción de radicales libres de O.
  • La acción de antioxidantes (SOD) no inhiben la apoptosis por falta de NGF.
  • NGF previene la muerte celular cuando los radicales libres ya se han producido.
  • Los radicales libres disminuyen la resistencia de las neuronas a la apoptosis.
apoptosis en enfermedades neurodegenerativas3
Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas
  • Apoptosis neuronal.
  • Mecanismos de supervivencia.
  • Enfermedades neurodegenerativas.
  • Aplicación: estudio de la apoptosis neuronal asociada a la enfermedad de scrapie.
inducci n de apoptosis
Inducción De Apoptosis
  • Falta de factores neurotróficos:
    • Desarrollo.
    • Enfermedades Neurodegenerativas.
  • Glutamato (neurotransmisor excitatorio):
    • Neurodegeneración aguda (infarto).
    • Enfermedad de Alzheimer.
  • Estrés oxidativo:
    • Infarto.
    • Envejecimiento.
  • Toxinas ambientales.
mecanismos de supervivencia
Mecanismos De Supervivencia
  • La complejidad funcional y estructural del SN se basa en la no división celular.
  • La supervivencia neuronal permite mantener funciones continuas a larga distancia y la memoria duradera.
factor de trascripci n nf kb

Actividad protectora in vitro e in vivo:

Falta de factores neurotróficos

Excitotoxicidad

Estrés oxidativo

APOPTOSIS

NF-kB

Mn SOD

Bcl-2

IAP

Promueve apoptosis:

NF-kB

O-

Excitotoxinas

Glutamato

Acido kainico

N-metil-D-aspartato

APOPTOSIS

NEURONAL

Factor De Trascripción NF-kB
se alizaci n intracelular

Factores Neurotróficos

Autocrina o Paracrina

Bcl-2, Bcl-Xl

Ez antioxidantes

Stress

Caspasas

Heat-shock proteins

Chaperona

Ca2+

Ca/calmodulin

dependent

Protein kinase

Depolimerización

actina

PKB/AKT

Ca2+

Canales

De Ca2+

NMDA

NF-kB

CREB

cGMP

Señalización Intracelular
apoptosis en enfermedades neurodegenerativas4
Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas
  • Apoptosis neuronal.
  • Mecanismos de supervivencia.
  • Enfermedades neurodegenerativas.
  • Aplicación: estudio de la apoptosis neuronal asociada a la enfermedad de scrapie.
otros factores que modulan la apoptosis en e n d
Otros Factores Que Modulan La Apoptosis En E.N.D.

Mattson, M.P. (2000) Nature reviews 1: 120-9

slide36

Productos génicos asociados con la neurodegeneración

http://www.hosppract.com/issues/2001/09/bred.htm

enfermedades neurodegenerativas
Enfermedades Neurodegenerativas
  • Corteza cerebral:
    • Enfermedad de Alzheimer (demencia senil).
    • Enfermedad de pick (demencia).
    • Enfermedad de Creutzfeld-Jakob.
  • Ganglios Basales:
    • Enfermedad de Parkinson.
    • Corea de Huntington.
  • Degeneración espino-cerebral:
    • Ataxia de Fiedreich.
    • Atrofia olivo-pronto-cerebelar.
  • Enfermedades de la motoneurona:
    • Esclerosis Lateral Amiotrófica.
    • Atrofia olivo-pronto-cerebelar.
alzheimer
Alzheimer
  • Pérdida progresiva del reconocimiento y problemas emocionales.
  • Degeneración sináptica y muerte de neuonas en las estructuras límbicas (hipocampo, amígdala y septo) y corteza asociada.
  • Agregados hiperfosforilados de proteína Tau.
  • Excesiva proteolisis mediada por Ca y estrés oxidativo.
  • Acumulación de placas de b-amiloide.
muerte neuronal
Muerte Neuronal
  • TUNEL:
    • Observada en ausencia de degeneración neurofibrilar.
    • Se observa también en casos poco severos (poca NDF).
    • Células TUNEL+, DNF-, Tau patológicas+.
    • Células gliales TUNEL+.
    • Células TUNEL+, b-amiloide+ y próximas a placas seniles.
  • Expresión de genes de apoptosis.
mecanismos moleculares
Mecanismos Moleculares
  • Sobre-expresión de Bax:
    • En las placas seniles.
    • No en neuronas Tau-PHF+.
  • Bcl-2:
    • Resultados inmunohistoquímicos controvertidos.
    • No cambios en ARNm.
  • C-fos, c-jun, p53 y Fas:
    • En neuronas TUNEL+.
    • No en neuronas Tau-PHF+.
  • Actividad de caspasas:
    • Fragmentación de la actina.
  • Otros: Par-4, represión de NCKAP1.
b amiloide
b-amiloide
  • Inducción de apoptosis.
  • Aumenta la vulnerabilidad neuronal al estrés oxidativo y la reducción energética.
    • Peroxidación de lípidos de membrana.
    • Deterioro de ATPasas de membrana y transportadores de glutamato y clucosa:
        • Despolarización de membrana.
        • Depleción de ATP.
        • Excesivo influjo de Ca.
        • Disfunción mitocondrial.
  • Protección: antioxidantes y estabilizadores de la homeostasis del Ca, neurotróficos y citoquinas.
b amiloide2

Apoptosis

C31

APP

Casp-3

Ab

b-amiloide
factores gen ticos
Factores Genéticos
  • Mutaciones en APP, presenilinas1 y 2.
  • Desarrollo temprano y hereditario de la enfermedad.
  • Mutaciones en presenilinas:
    • Incremento de la digestión g-secretasa.
    • Pre-1*: neuronas más susceptible a apoptosis.
  • Acción Pres-1 anterior a la activación de caspasas. Aumenta la salida de Ca del RE.
parkinson
Parkinson
  • Disfunción motoral.
  • Degeneración de las neuronas dopaminérgicas in la substancia nigra.
  • Neuronas: estrés oxidativo incrememtnado y disfunción mitocondrial.
  • Déficit del complejo mitocondrial I.
  • Factores genéticos y ambientales sensibilizan a las neuronas al estrés oxidativo y déficit energético.
mecanismos moleculares1
Mecanismos Moleculares
  • Incremento de par-4 y p53 en neuronas dopaminérgicas.
  • Inhibidores de la caspasa-1, drogas que suprimen la síntesis de macromoléculas y facotres neurotróficos protegen a las neuronas in vitro.
  • Mutaciones en a-synuclein en un pequeño número de casos.
huntington
Huntington
  • Movimientos incontrolados.
  • Enfermedad hereditaria: expansiones de CAG en el gen de hungtintin Incrementos de repeticiones de poliglutamina.
  • Transtornos de la función mitocondrial y muerte excitotóxica.
  • El efecto de hungtintin* no se limita a las neuronas.
mecanismos moleculares2
Mecanismos Moleculares
  • Redistribución de Casp-8 en una fracción insoluble del tejido del striatum.
  • Huntingtin*  Caspasa-8.
  • Caspasas  huntingtin  agregación y neurotoxicidad.
  • Espresión de huntingtin inhibe la apoptosis antes de la lesión mitocondrial.
esclerosis lateral amiotr fica
Esclerosis Lateral Amiotrófica
  • Parálisis progresiva.
  • Degeneración de las motoneuronas en la médula espinal.
  • Formas esporádica y genética (mutaciones en la cu/Zn SOD).
  • SOD* no disminuye su actividad antioxidante pero incrementa su actividad pro-apoptótica.
mecanismos moleculares3
Mecanismos Moleculares
  • SOD* interacciona con H2O2 o O-  daño oxidativo en las membranas y alteraciones en las funciones mitocondriales  vulnerables a la apotposis excitotóxica.
  • Incremento de Bax, no de Bcl-2.
  • Sobreexpresión de Bcl-2 e inhibidores de caspasas retrasan la degeneración y muerte.
infarto cerebral
Infarto Cerebral
  • Infarto:
    • Corazón necrótico.
    • Penumbra isquémica.
  • Daño del ADN y activación de PARP.
  • Expresión genes proapoptóticos y salida de cyt-c.
  • Hidrólisis de MPL:
    • ASMasaEsfingomielinaceramida.
apoptosis en enfermedades neurodegenerativas5
Apoptosis En Enfermedades Neurodegenerativas
  • Apoptosis neuronal.
  • Mecanismos de supervivencia.
  • Enfermedades neurodegenerativas.
  • Aplicación: estudio de la apoptosis neuronal asociada a la enfermedad de scrapie.