Parkinson - Omero - Università di Pisa

Cdl in Chimica e tecnologie farmaceutiche
Corso: Basi biochimiche dell’azione dei farmaci
Università di Pisa
IL PARKINSON
Pisa, 18/11/2014
Jessica Caciolla
A.A 2014/2015
La malattia di Parkinson è una
diffusa sindrome
neurodegenerativa.
La caratteristica principale della
patologia è la preferenziale morte
dei neuroni dopaminergici della
substantia nigra pars compacta
del mesencefalo e la presenza di
inclusioni proteinacee, chiamate
Lewy body, nei neuroni
sopravvissuti.
All'esordio della malattia, i
sintomi più evidenti sono legati
al movimento ed includono:




Tremore
Rigidità
Bradicinesia
Instabilità posturale
Altri sintomi non motori
comprendono :
 Problemi neuropsichiatrici
(alterazioni dell’umore, della
cognizione, del
comportamento o del
pensiero)
 Difficoltà sensoriali
 Difficoltà del sonno
La contrazione muscolare è controllata
dall’azione dell’ACETILCOLINA , che
ha un effetto stimolante e della
DOPAMINA che ha un effetto inibitorio.
Il morbo di Parkinson si verifica
quando si ha una carenza di dopamina,
i sintomi di solito iniziano a comparire
solo dopo una riduzione del 25% della
normale attività dei neuroni
dopaminergici. Il livello di dopamina
tende a diminuire lentamente nel
tempo con un conseguente
peggioramento dei sintomi.
La dopamina (DA) è un neurotrasmettitore prodotto nei neuroni
dopaminergici a partire dall’ L-tirosina:
L-tirosina
L-dopa
Dopamina
Il primo passaggio è catalizzato dall’ enzima TIROSINA 3MONOOSSIGENASI:
L-tirosina + THFA + O2 + Fe2
L-dopa + DHFA + H2O + Fe2+
La seconda tappa è catalizzata dall’enzima L-AMINOACIDO
AROMATICO DECARBOSSILASI (comunemente chiamato
DOPA DECARBOSSILASI):
L-dopa + piridossal fosfato
dopamina + piridossal fosfato + CO2
Al momento della sintesi, la dopamina è trasportata dal citosol
all’interno di vescicole da uno specifico trasportatore (VMAT2)
dove è stabilizzata dal basso pH. All’arrivo del potenziale
d’azione, la dopamina è rilasciata nella fessura sinaptica dove
esercita la sua funzione; infine viene introdotta nuovamente
all’interno del neurone e riciclata in altre vescicole sinaptiche.
La dopamina viene poi degradata attraverso due vie:
CAUSE DELLA MALATTIA DI PARKINSON
Le cause non sono ancora note, sembra che vi siano molteplici
elementi che concorrono al suo sviluppo.
Nel 10% dei casi la malattia è collegata a mutazioni su diversi
geni tra i quali:
 PARK1/PARK4(α-sinucleina)
 PARK8 (LRRK2)
 PARK2 (Parkina)
 PARK6 (PINK1)
 PARK7 (DJ-1)
Nella maggior parte dei casi, Parkinsonismo sporadico,
l’eziologia è sconosciuta.
α-sinucleina : è il principale componente dei corpo di Lewy,
la sua funzione non è stata ancora chiarita. Nella forma
nativa si trova nella conformazione aperta ma può formare
delle fibrille. Mutazioni a carico del gene PARK1/PARK4
potrebbero incrementare la tendenza a formare aggregati;
In uno studio furono generate due linee di topi trans genici: SNCA-OVX
che aveva un’elevata espressione della proteina α-sinucleina (associato al
modello con duplicazioni o triplicazioni di SINCA) e hα-syn con un livello
basso/moderato di proteina (come controllo dell’espressione dell’α-syn
umana). Nel cervello dei topi SNCA-OVX (di 3 e di 18 mesi di vita) si
osservò la presenza di specie solubili di α-syn ad alto peso molecolare,
assenti nei topi hα-syn. Queste specie erano simili a quelle osservate nel
cervello dei pazienti malati di Parkinson.
Nei topi della line SNCA-OVX di 18 mesi di vita fu poi osservata la
presenza di aggregati di α-sinucleina. Si pensa che il fenotipo della malati di
Parkinson causata da elevati livelli di α-syn non sia collegata agli aggregati
proteici ma sia collegata alla formazione di queste specie solubili ad alto peso
molecolare
LRRK2: tale proteina è formata da una chinasi, una GTPasi e
alcuni domini di interazione con altre proteine. Una mutazione a
carico del gene PARK8 possono causare un aumento dell’attività
chinasica, una disfunzione GTPasica o un’alterazione nella
dimerizzazione, in base al dominio coinvolto;
PINK1: è coinvolta nel mantenimento dei mitocondri e nella
risposta contro lo stress ossidativo. Alcune mutazioni (missenso,
non senso, frame schift) e larghe delezioni sembrano danneggiare la
funzione di tale proteina;
DJ-1: è un sensore dello stress ossidativo e può mediare la
neuroprotezione. In presenza di stress ossidativo, viene traslocata
sulla membrana mitocondriale ed agisce come antiossidante.
Mutazioni porta ad una perdita di stabilità della proteina e ad una
riduzione della sua attività antiossidante;
Parkina: appartiene alle ubiquitine E3 ligasi; la sua interazione con
l’ubiquitina catalizza l’attacco di quest’ultima alla proteina target, in questo
modo vengono contrassegnate le proteine che dovranno essere distrutte dal
proteasoma. Inoltre, Parkina è coinvolta nel mantenimento dei mitocondri e
può indurre autofagia o disfunzioni mitocondriali
Uno studio dimostra che la Parkina
attenua la tossicità della dopamina nei
neuroni dopaminergici umani in quanto
riduce la produzione delle specie
reattive dell’ossigeno. Furono generate
due linee cellulari: la linea SH e la linea
SH/PKN, quest’ultima esprimeva in
modo stabile la Parkina.
E’ stato osservato che, nella linea
cellulare SH/PKN, la Parkina riduce i
livelli di espressione delle Monoammino
ossidasi (MAO), gli enzimi responsabili
della deamminazione ossidativa della
dopamina.
Sebbene la Parkina abbia un’attività
come proteina-ubiquitina E3 ligasi
verso molti substrati, l’abilità della
Parkina di sopprimere l’espressione
di MAO sembra non essere
dipendente dalla sua attività come E3
ligasi, non aumenta l’ubiquitazione di
MAO-A e di MAO-B. Piuttosto, la
Parkina fa diminuire l’importo di
mRNA per MAO-A e MAO-B.
K= lisina
N= asparagina
T= treonina
R= arginina
P= prolina
Non è ancora chiaro come la Parkina possa far diminuire l’espressione di MAO a livello
dell’RNA. Le tre mutazioni più frequenti nella Parkina sono: K161N, T240R e R42P. Le
prime due non vanno a colpire in modo significativo questa abilità della Parkina, tale effetto
sembra essere abolito dalla mutazione R42P.
DISFUNZIONE MITOCONDRIALE
Schematic represemtation of genes implicated in the mitochondria network. (Exner 2012)
La disfunzione mitocondriale è stata proposta come uno dei possibili meccanismi che sono
alla base della malattia di Parkinson. C’è un complesso collegamento tra i mitocondri ed altri
meccanismi cellulari che influenzano la sopravvivenza cellulare.
STRESS OSSIDATIVO
Lo stress ossidativo, dovuto ad una sovrapproduzione di ROS, causa danni
irreversibili alle macromolecole cellulari e può portare alla morte della
cellula.
Lo stress ossidativo nel
Parkinson è dovuto:
 Menomazioni del
Complesso I
 Alterati livelli di
espressione di molecole
antiossidanti
 Metabolismo della
dopamina
(Adapted for La Voie 2005)
I dopamino-chinoni (DAQs) sono elettron-deficienti e reagiscono con i
nucleofili cellulari come i residui di cisteina delle proteine. Il legame
covalente con le cisteine porta ad una menomazione o ad un blocco di
attività della proteina.
NEUROINFIAMMAZIONE
Proposed mechanism of the involvement of inflammation in PD. (Glass et al. 2010)
TRATTAMENTO
Per il trattamento della malattia di Parkinson sono disponibili vari farmaci che,
seppur non in grado di invertire la malattia, possono comunque migliorare la
qualità della vita del paziente affetto. Lo scopo della terapia farmacologica del
morbo di Parkinson è quello di sostituire il deficit di dopamina a livello dello
striato, mimando la stimolazione fisiologica.
I farmaci più utilizzati sono:
 LEVODOPA: (L-3,4-diidrossifenilalanina o
L-dopa), è il precursore fisiologico della
dopamina e proprio per questo è in grado di
migliorare la sintomatologia della malattia di
Parkinson. La levodopa viene utilizzata come
profarmaco della dopamina in quanto
quest’ultima non è in grado di attraversare la
barriera ematoencefalica. Viene
somministrata insieme ad inibitori della
dope-decarbossilasi periferica come
CARBIDOPA e BESERAZIDE.
 DOPAMINO –AGONISTI: stimolano in modo diretto i recettori della dopamina
situati a livello post-sinaptico senza dover essere convertiti precedentemente in
dopamina;
 INIBITORI DELLE MONOAMMINO - OSSIDASI: riducono il catabolismo
della dopamina ad opera delle MAO con un aumento del tono dopaminergico.
Inoltre l’inibizione di tale enzima riduce anche la formazione di perossidi
provenienti dal metabolismo della dopamina e con essa la produzione di radicali
liberi e di stress ossidativo a livello della sostanza nera;
 INIBITORI DELLE CATECOL-O-METILTRASFERASI: l’inibizione della
COMT determina un aumento notevole dei livelli centrali e periferici di L-dopa ed
un blocco del catabolismo della dopamina;
 ANTICOLINERGICI: l’azione di questi farmaci sembra essere correlata con il
disequilibrio che si viene a formare tra l’acetilcolina e la dopamina nello striato.
Tuttavia questi farmaci hanno un’efficacia clinica modesta, indirizzata per lo più
verso la rigidità muscolare ed il tremore.
REFERENCES:
• Genetic basis of Parkinson’s disease: inheritance, penetrance, and
expression (Claudia Schulte and Thomas Gasser ; The Application
of Clinical Genetics 2011 : 4 67-80)
• Parkin Suppresses the Expression of Monoamine Oxidases ( Jian
Feng et al. 2006 Journal of Biological Chemistry volume 281
number 13)
• Mechanisms Underlying Inflammation in Neurodegeneration (Glass
et al. 2010)
• Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in Parkinson’s
disease and monogenic parkinsonism (David N Hauser and Teresa
G Hastings 2012)
• Trattamento farmacologico del morbo di Parkinson (S. Beggiato)