PATOGENIA DE LA ENFERMEDAD DE PARKINSONLa enfermedad de
Parkinson (EP) es un trastorno crnico y progresivo, que se
manifiesta por una combinacin variable de temblor, rigidez,
bradicinesia y una alteracin caracterstica de la marcha y postura.
La caracterstica patolgica de esta enfermedad es la prdida
pronunciada de neuronas productoras de dopamina que se localizan en
la substancia nigra pars compacta (SNpc); estas clulas normalmente
liberan dopamina en sus terminales axnicas en el cuerpo estriado y
forman parte del sistema extrapiramidal de regulacin motora, por lo
mismo, su prdida se traduce en los trastornos del movimiento antes
descritos.El desarrollo de la forma idioptica de la EP se ha
asociado con la exposicin a factores ambientales, aunque tambin hay
formas familiares o hereditarias; en estos casos la enfermedad se
ha asociado a mutaciones en los genes que codifican para protenas
como -sinuclena y parkina. En los pacientes que carecen de una
clara carga gentica los mecanismos patognicos son difciles de
entender, debido a la variedad de factores que participan, entre
los que estn toxinas ambientales, estrs oxidativo y disfuncin
mitocondrial. Sin embargo, la ruta final comn de los mecanismos
patgenos que deterioran a las neuronas de la substancia nigra es la
muerte neuronal, proceso en el que participa de manera importante
el estrs oxidativo dependiente de la dopamina.En este apartado se
menciona algunos mecanismos fisiopatolgicos involucrados en la
neurodegeneracin de las clulas dopaminrgicas, la cual se acompaa en
la EP de la agregacin de protenas en las neuronas de la substancia
nigra, que conforman los cuerpos de lewy. Los cuerpos de lewy
aparecen en fases tempranas de la EP, son agregados de la protena
-sinuclena principalmente, aunque tambin se han encontrado el
estriado de ratas tras la administracin de 6.hidroxidopamina
(6-OHDA), neurotxina que induce estrs oxidativo, aumento en la
actividad de clulas gliales, y degeneracin de las neuronas
dopaminrgicas de la substancia nigra, para producir un modelo de EP
en rata. (1)En algunas formas familiares de la EP se han encontrado
protenas mutantes, en particular en la protena -sinuclena; la
prdida de la funcin normal de esta protena, aunada al efecto txico
de sus formas alteradas, favorece la acumulacin de dopamina en los
sitios donde se sintetiza y acumula, como son el citoplasma y
terminales nigroestriatales, donde inician cambios
neurodegenerativos en los sujetos con EP.La mutacin de las protenas
parkina y ubiquitina C-terminal hidrolasa L1 (UCHL1) tambin se
relaciona con una forma hereditaria de EP; las mutaciones en los
genes que codifican para ests protenas originan la acumulacin de
dopamina en el citoplasma, y disminuyen la eliminacin de las formas
txicas de la -sinuclena; ambas mutaciones favorecen la formacin de
poros en las vesculas sinpticas, lo que incrementa la salida de
dopamina al citoplasma, e inhiben el reciclado de stas vesculas, y
estos eventos aumentan la acumulacin de dopamina libre en el
citoplasma. La mutacin de estas protenas afecta el adecuado
funcionamiento de las neuronas dopaminrgicas de la va
nigroestriatal y provocan la muerte de stas neuronas. (1)A.
Metabolismo de la dopaminaEn condiciones de pH normal, las neuronas
dopaminrgicas se exponen a estrs oxdativo por el metabolismo propio
de la dopamina, que produce varias molculas que actan como
neurotxinas endgenas tales como: dopamina-quinona, los radicales
superxido, y el perxido de hidrgeno (Fig. 1).
Alternativamente, la dopamina puede desaminarse por la enzima
monomino oxidasa (MAO) produciendo cido 3,4-hidroxifenilacetico
(DOPAC) y perxido de hidrgeno por accin de la superxido dismutasa
(SOD), o en radicales peroxinitrilos lbiles en presencia de oxdo
ntrico, se vuelve altamente reactivo. El perxido de hidrgeno (H2O)
es relativamente inocuo, pero por una reaccin catalizada por hierro
(Fe2+) se producen radicales hidroxilo altamente citotxicos. Cabe
mencionar que en la substancia nigra la concentracin de Fe2+
siempre es ms alta que en otras regiones del cerebro, lo que puede
facilitar el desarrollo y establecimiento de la EP si la reaccin
entre el H2O y el Fe2+ estuviese aumentada. (1)Las especies
reactivas de oxgeno generadas por metabolismo de la dopamina
originan alteraciones en las funciones de las protenas del DNA, y
de algunos lpidos de la neurona. Una consecuencia inmediata del dao
en los lpidos es la prdida de la integridad membranal, lo que
modifica la permeabilidad inica, lo cual puede perturbar las
propiedades elctricas de la membrana, facilitando la toxicidad.Por
todo lo anteriormente expuesto es imperativo que la dopamina sea
inocua para la neurona, y esto se logra almacenndola rpidamente
dentro de las vesculas sinpticas, donde gracias al pH bajo y
ausencia de la MAO, se tienen las condiciones adecuadas para
mantener estable a la dopamina. El secuestro de dopamina por las
vesculas sinpticas es el principal mecanismo por el cual las
neuronas de la substancia nigra se protegen de los efectos dainos
de su oxidacin (Fig.2) (1, 2)
B. Estrs oxidativoEl estrs oxidativo es una condicin daina para
las neuronas dopaminrgicas, y resulta de la eliminacin deficiente
de las especies reactivas de oxgeno que se generan por las
reacciones relacionadas con la dopamina. Normalmente las especies
reactivas son eliminadas por sistemas antioxidantes intracelulares,
sin embargo, como resultado del proceso normal de envejecimiento, o
por alguna alteracin patolgica, estos mecanismos se encuentran
daados. En los organismos senescentes la actividad del glutation se
encuentra reducida, lo que aumenta los carbonilos de las protenas
en todos los tejidos, incluyendo al cerebro; adicionalmente, el dao
oxidativo del DNA mitocondrial aumenta ms de 15 veces en comparacin
con el DNA nuclear, lo que se atribuye a fallas en la capacidad del
glutation para eliminar los radicales libres, condicin que se
aumenta proporcionalmente al incremento de la edad.En la enfermedad
de Parkinson las clulas de la substancia nigra parecen estar en un
elevado estado de estrs oxidativo, lo que se deduce por el aumento
en productos de la oxidacin de lpidos, protenas y DNA; sin embargo,
es posible que este aumento sea compensado por el incremento en la
actividad de los sistemas antioxidantes (tabla 1).
En la sustancia nigra de pacientes parkinsnicos es posible
detectar las alteraciones oxidativas utilizando diferentes
marcadores como el malondialdehido, el cual se encuentra aumentado
hasta diez veces ms de su valor normal. La concentracin de
4-hidroxinonenal (que indica la oxidacin de lpidos), se encuentra
incrementada en un 58% de las neuronas sobrevivientes en comparacin
con el 9% encontrado en individuos sanos. La 8-hidroxiguanosina
(producto de la oxidacin de RNA y DNA) se encuentra marcadamente
aumentada en las neuronas, y los niveles de carbonilos de protenas
(utilizados para detectar oxidacin de protenas) se encuentran
incrementados en la substancia nigra ms del doble en comparacin con
otras regiones del cerebro.Adicionalmente, el glutatin (co-sustrato
para la detoxificacin del perxido de hidrgeno por las enzimas
glutation peroxidasa y la catalasa) se encuentra marcadamente
disminuido en la EP, mientras que la actividad de la superxido
dismutasa se incrementa. Por ltimo, la concentracin de Fe2+ que en
condiciones normales es alto en las neuronas de la sustancia nigra
en comparacin con otras regiones de cerebro, se encuentra an ms
elevado en pacientes con EP. (1)
Las anormalidades genticas y la exposicin a toxinas ambientales
favorecen el estrs oxidativo, lo que puede daar especficamente a
las neuronas dopaminrgicas de la substancia nigra. Adicionalmente,
el alto potencial de oxidacin del propio metabolismo de la
noradrenalina y la serotonina aumentan el estrs oxidativo en los
pacientes afectados por la EP, lo que explica el dao encontrado en
el locus coeruleus y los ncleos del rafe, regiones en donde se
sintetizan ambos neurotransmisores, respectivamente.Existen
evidencias que muestran la participacin del estrs oxidativo en la
prdida de neuronas dopaminrgicas en la EP, provienen de estudios en
los que se utiliz la administracin en ratas de la neurotxina
inductora de parkinsonismo:
1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), la cual induce
una prdida neuronal en la substancia nigra y sntomas similares a
los de la enfermedad de Parkinson. El metabolito del MPTP, el
1-metil-4-fenilpiridio (MPP+), penetra a la terminal dopaminrgica a
travs del transportador de dopamina (DAT) de la membrana plasmtica,
y bloquea el complejo I de la cadena respiratoria mitocondrial, y
posteriormente se une con alta afinidad al transportador 2 de las
vesculas de monoaminas (VMAT2), de modo que dentro de stas clulas
reduce el ATP de las pozas intracelulares, redistribuye a la
dopamina en el citoplasma, y promueve el estrs oxidativo
dependiente de dopamina. Algunos compuestos antioxidantes pueden
rescatar a las neuronas dopaminrgicas de los efectos txicos del
MPP+ y disminuir la muerte celular, sugiriendo que el mecanismo
principal por el que el MPP+ induce tal muerte es por estrs
oxidativo. Las anfetaminas que son transportadas por el DAT tambin
favorecen la acumulacin de dopamina en las terminales, porque
inhiben la fuerza protnica necesaria para capturar la dopamina en
las vesculas. Al igual que el MPP+, las anfetaminas y sus derivados
producen degeneracin de neuronas dopaminrgicas in vivo, aunque su
toxicidad podra atenuarse al inducir la liberacin de dopamina por
las vesculas sinpticas, o por el tratamiento con antioxidantes.Los
pesticidas como la rotenona o paraquat producen degeneracin
selectiva de las neuronas dopaminrgicas de la sustancia nigra en
roedores; algunos estudios han encontrado una asociacin positiva
entre la exposicin a pesticidas y la EP. La rotenona, el MPP+ y el
paraquat se caracterizan por inhibir el complejo I de la cadena de
transporte de electrones; el paraquat y el MPP+ son transportadas
por VMAT2, por lo que ambas neurotoxinas alteran el almacenamiento
de la dopamina en las vesculas sinpticas, y consecuentemente
aumentan la concentracin de dopamina en el citoplasma, mientras que
la alta liposolubilidad de la rotenona le permite cruzar libremente
la membrana celular. (2)
C. Los cuerpos de lewy y la va proteosmica de la ubiquitina
(VPU)Los cuerpos de Lewy son inclusiones eosinfilas que se
encuentran entre las clulas de la sustancia nigra de pacientes
diagnosticados con parkinsonismo; estos se haban considerado
marcadores patolgicos de la enfermedad de Parkinson, pero fueron
desestimados al encontrase en otras reas cerebrales por el
envejecimiento normal, adems de en cerebros de pacientes con
enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y demencia con
cuerpos de Lewy (DCL). Un componente importante de los cuerpos de
Lewy son los filamentos de -sinuclena, que es una de protena de la
que hasta ahora no se tienen bien definidas sus funciones.
Tres genes han sido asociados con la enfermedad de Parkinson e
implicados en la formacin de los cuerpos de Lewy: PARK1, PARK2 y
PARK5, estos genes codifican para la sntesis de las protenas:
-sinuclena, parkina y la hidrolasa C-terminal de ubiquitina L1
(UCHL1), respectivamente; estas dos ltimas protenas participan en
el sistema proteosmico de la ubiquitina encargado de regular la
concentracin de las protenas en las clulas (figura 3). En el gen
PARK1 se identificaron dos mutaciones antisentido: Ala53Thr y
Ala30Pro, en miembros de una familia Europea, las mutaciones en
este gen producen enfermedad de Parkinson autosmica dominante, que
se inicia en promedio a los 46 aos de edad. El gen PARK2 codifica
para la enzima parkina, una ligasa de la ubiqutina E3 que participa
en la degradacin de protenas daadas o mal plegadas en la va
proteosmica de la ubiquitina (VPU). Varias mutaciones en PARK2
tambin se han asociado con la enfermedad de Parkinson autosmica
recesiva, con una edad promedio de 28 aos al inicio de la
enfermedad, y finalmente PARK5 que codifica para la enzima UCHL1,
que tambin participa en la VPU durante el reciclado de molculas de
ubiquitina que se encuentran unidas a los carbonilos terminales de
protenas ubiquitinadas; sin embargo, a la fecha slo se han
reportado dos pacientes con enfermedad de Parkinson autosmica
dominante a los que se les ha identificado una mutacin puntual en
PARK5. Pero an se desconoce cmo estn relacionadas las mutaciones de
los tres genes en el desarrollo de los cuerpos de Lewy, y cmo se
asocian con el estrs oxidativo. (1,2)
D. Mecanismos participantes en la formacin de cuerpos de lewyLos
cuerpos de Lewy contienen filamentos de -sinuclena que tienen
200-600 nm de largo y 5-10 nm de dimetro. Aunque tambin contienen
otras protenas como ubiquitina, subunidades del proteosoma,
protenas de choque trmico y neurofilamentos. En condiciones
normales la sinuclena se encuentra en su forma nativa no plegada,
el aumento en su concentraciones favorece la formacin de oligmeros
en forma de placas llamadas protofibrillas, que al sedimentar
forman fibras amiloides dentro de los cuerpos de Lewy. Las
mutaciones Ala53Thr y Ala30Pro en el gen PARK1 aumentan la
tendencia de la -sinuclena para formar protofibrillas las cuales
generan citotoxicidad, indicando que los cuerpos de Lewy son
estructuras dainas para las neuronas. Sin embargo, se ha propuesto
que las neuronas que presentan cuerpos de Lewy son aquellas que
tratan de evadir el mecanismo txico involucrado en las enfermedades
neurodegenerativas como el parkinson. La habilidad de los cuerpos
de Lewy para secuestrar protenas que han adoptado formas fibrilares
potencialmente citotxicas podra ser inicialmente benfica para las
neuronas dopaminrgicas, pero es difcil imaginar que estas
inclusiones no contribuyan a la prdida de funciones celulares una
vez que hayan aumentado su volumen dentro del soma celular. El
aumento en la concentracin de sinuclena tambin incrementa la
probabilidad de la formacin de fibrillas hasta generar un colapso
de estas protenas, alterando sus funciones y favoreciendo su
toxicidad. (1,2)La formacin de molculas de dopamina-quinona por la
auto-oxidacin de dopamina provoca el cambio de la estructura
protofibrilar de la -sinuclena, que junto con el aumento de la
concentracin de dopamina en el citoplasma exacerban el dao celular.
Adicionalmente, los filamentos de -sinuclena alteran la integridad
de la membrana de las vesculas sinpticas en donde forman poros. La
formacin de estos poros se favorece por las mutaciones Ala53Thr y
Ala30Pro en el gen PARK1, y por efectos del estrs oxidativo se
estimula tanto el plegamiento como la agregacin de la -sinuclena en
el citoplasma, ambos eventos aumentan la salida de la dopamina de
las vesculas. De tal manera que la sinuclena mutada produce
directamente la acumulacin de dopamina en el citoplasma, con los
resultados txicos ya mencionados
E. Mutaciones en los genes PARK2 y PARK5 y la funcin de la
-sinuclenaLas protenas productos de los genes PARK2 y PARK5 estn
involucradas en la va de ubiquitinacin de protenas (VPU) o
proteosoma; en condiciones normales, las protenas mal plegadas o
daadas por la accin de los radicales libres son degradadas por el
proteosoma. La degradacin de la -sinuclena se inicia con su
ubiquitinacin y su unin a la enzima E1 activadora de la ubiquitina,
sta enzima transfiere la ubiquitina activada a un enzima
conjugadora E2, y con la ligasa E3 o parkina transfiere molculas de
ubiquitina activadas a la -sinuclena. Mltiples molculas de
ubiquitina se unen a la -sinuclena antes de que se transfiera al
proteosoma 26S encargado de cortar a la protena, finalmente la
UCHL1 recicla las molculas de ubiquitina para reutilizarlas en el
proteosoma (figura 3)La enfermedad de Parkinson relacionada con la
mutacin en el gen PARK2, se presenta de una manera autosmica
recesiva, y muestra prdida de neuronas dopaminrgicas en la
sustancia nigra atribuida a la disfuncionalidad de las protenas del
proteosoma: la parkina o E1 y el UCHL1.La parkina ubiquitinada
promueve la degradacin de la protena CDCREL1, es la encargada de
regular el recambio de las vesculas sinpticas, lo que indica que la
ubiquitinacin de protenas modula la disponibilidad y la funcin de
las protenas sinpticas. La mutacin en la protena UCHL1 hace
deficiente el reso de la ubiquitina al disminuir la actividad del
proteosoma e incrementar el plegado de la -sinuclena, facilitando
su acumulacin en los cuerpos de Lewy. Existen evidencias que
muestran que la actividad de las subunidades del proteosoma
(26/20S) en la sustancia nigra en los pacientes con parkinson
espordico se encuentra disminuida, mientras su actividad en el
estriado es normal. La administracin estereotxica de lactacistina
(inhibidor de la subunidad proteosmica 26/20S) en la sustancia
nigra de ratas, conduce a la formacin de inclusiones semejantes a
cuerpos de Lewy y a la muerte de las clulas dopaminrgicas,
adicionalmente los animales manifiestan trastornos motores
parecidos a los que se presentan en el parkinsonismo. (1)
F. Deterioro neuronal por dao en el proteosomaUna explicacin
breve de la secuencia de eventos es que, la reduccin en el
funcionamiento de proteosoma afecta la degradacin de protenas, por
lo tanto la inadecuada eliminacin de protofibrillas disfuncionales
de -sinuclena aumenta su concentracin y rompe la homeostasis de la
dopamina, induciendo neurotoxicidad por el incremento del estrs
oxidativo en las clulas de la substancia nigra. En todas las formas
de la enfermedad de Parkinson la muerte de las neuronas
dopaminrgicas es el mecanismo clave en el que convergen el estrs
oxidativo inducido por la dopamina, as como la desorganizacin del
proceso de plegado y eliminacin de la protena -sinuclena.
G. Probable funcin de la -sinuclenaLa -sinuclena se ha
encontrado concentrada en el citoplasma de las terminales
presinpticas y cercana a las vesculas sinpticas en modelos de EP,
tanto in vivo como in vitro. La interaccin de la -sinuclena con
fosfolpidos de membrana, se lleva a cabo con el amino terminal de
la protena para formar en un 80% una estructura secundaria de
-hlice. Las propiedades de la unin de la -sinuclenana a las
vesculas sinpticas se eliminan si sta tiene la mutacin Ala30Pro,
quizs porque el enrollamiento de la protena no permita su asociacin
con las membranas vesiculares, mientras la mutacin Ala53Thr no
cause alteraciones en su unin con las vesculas. La asociacin
deteriorada de la sinuclena mutada en Ala30Pro con membranas
lipdicas planas, sugiere que otras funciones se encuentras
afectadas, aun cuando no dependan de la unin de sinuclena a las
vesculas (figura 2). Se ha propuesto que la principal funcin de la
-sinuclena es regular el reciclado de las vesculas sinpticas a
travs de la fosfolipasa D2 (PLD2), esta enzima se localiza en la
membrana plasmtica e hidroliza a la fosfatidilcolina en cido
fosfatdico en respuesta a un estmulo externo como la activacin por
un neurotransmisor, la PLD2 es muy importante para la formacin de
vesculas, dado que aporta su principal producto, el cido
fosfatdico, al ser reclutado por molculas atrapadoras induce el
brote de vesculas a partir de membranas donadoras. La capacidad de
reciclado de las vesculas sinpticas en las terminales nerviosas es
una caracterstica de las sinpsis en el sistema nervioso, ya que por
su reducido nmero en la poza de reserva deben reutilizarse durante
el periodo de inicio de la actividad neuronal. Diversos estudios
indican de manera independiente que la PLD2 regula el reciclado de
las vesculas sinpticas cerca de la membrana plasmtica, en respuesta
a un estmulo externo, de tal manera que modulndose la actividad de
la PLD2 por la -sinuclena, se regula la formacin de vesculas en la
terminal presinptica. En ambos modelos, el nmero de vesculas en la
poza de liberacin rpida, (que es la disponible para liberarse de
inmediato) permanece intacta, lo que indica que hay una liberacin
apropiada de neurotransmisor dependiendo de la frecuencia de
estimulacin. Las terminales nigroestriatales de ratones knockout
para -sinuclena responden normalmente a un tren de estimulacin,
debido a que generalmente no vacan todas sus vesculas en la zona
activa, lo que sugiere que esta poza de vesculas no puede ser
reaprovisionada por vesculas de la poza de reserva o por un
mecanismo de reciclado local. Estos datos son la evidencia de que
la -sinuclena es un importante regulador del ciclo de las vesculas
sinpticas. En las neuronas dopaminrgicas, la reduccin en el nmero
de vesculas est determinado por la mutacin en la sinuclena, en
especial si hubiese una inhibicin de la tirosina hidroxilasa, lo
que conducira al aumento del estrs oxidativo dependiente de
dopamina, como lo indican los estudios en neuronas mesenceflicas
que expresan -sinuclena mutante. Adicionalmente, el dficit en el
reciclado de las vesculas resulta de alteraciones en la actividad
de la PLD2, y recordemos que la -sinuclena mutada tambin puede
producir la acumulacin del neurotransmisor en el citoplasma al
permeabilizar las vesculas dopaminrgicas. Mientras que el primer
mecanismo es el resultado de la prdida normal de la funcin de la
-sinuclena, la permeabilizacin vesicular representa una ganancia en
la funcin efectuada por la formacin de protofibrillas de la
-sinuclena.
H. El ciclo destructivoEs probable que diferentes razones
provoquen la cascada de eventos que involucran el inadecuado
plegamiento y la prdida de las funciones normales de la sinuclena,
y que en las neuronas dopaminrgicas promuevan el aumento de la
dopamina citoplsmica. Estos cambios consecuentemente aumentan las
especies reactivas de oxgeno y sus efectos dainos, la acumulacin de
protofibrillas de -sinuclena o la saturacin del proteosoma. La
alteracin de la estructura y funcin de la -sinuclena (figura 4) y
los cambios en la homeostasis de la dopamina, favorecen y
exacerbaran un crculo vicioso destructivo que puede aumentar de
manera exponencial. Las mutaciones o el polimorfismo en otras
protenas que participen en la biognesis de las vesculas, o su
reciclado, tambin podran estar favoreciendo este crculo.
Simultneamente, el efecto del envejecimiento de las neuronas de la
substancia nigra puede disminuir las funciones del proteosoma,
conducir a la atrofia neuronal, y al empaquetamiento celular de la
sinuclena nativa, promoviendo su agregacin.
Investigar la patologa de las neuronas dopaminrgicas responsable
de la enfermedad de Parkinson requiere del estudio de un conjunto
de eventos que tienen efectos devastadores. Estas son malas
noticias para los interesados en encontrar una sola causa de la
enfermedad de Parkinson. Sin embargo, pueden ser buenas para
aquellos que tratan de desarrollar nuevas terapias para estos
desordenes, ya que sta perspectiva multifactorial abre mltiples
posibilidades, tanto profilcticas como teraputicas, dado que brinda
la posibilidad de generar molculas o estrategias teraputicas
dirigidas hacia cada evento para controlar sus efectos dainos. El
conocimiento del efecto destructivo de la auto-oxidacin de la
dopamina y consecuentemente la formacin de radicales libres, nos
brinda una perspectiva inmediata: la prevencin de la enfermedad de
Parkinson va de la mano de la disminucin del proceso oxidativo y
los efectos de los radicales libres. Para esto se cuenta con
diversos antioxidantes como son las vitaminas y quelantes naturales
de radicales libres como es la melatonina.(2)
Bibliografa:
1. Gmez Ch., Roldan R., Morales E., Prez S., Torner A.
Mecanismos fisiopatolgicos involucrados en la enfermedad de
Parkinson. Arch Neurocien (Mxico). 2012. 17(1): 25-33.2. Guerrero
D., Macas M., Prado E. Muoz P., Hernndez J., Duarte G. Enfermedad
de Parkinson. Tratado de Geriatra. 2005.