Mal de Parkinson:

Mal de Parkinson:
Un fragmento no tóxico de
la toxina tetánica: probable
alternativa en la terapéutica de
esta enfermedad
Ilhuicamina Daniel Limón, Aleidy Patricio, Liliana Mendieta, Berenice Venegas,
José Aguilera e Isabel Martínez
L
as enfermedades neurodegenerativas se caracterizan por la pérdida progresiva e irreversible de neuronas en regiones específicas del cerebro. James Parkinson propuso por primera vez
en 1917 una enfermedad denominada “Parálisis
agitante o parálisis temblorosa” la cual ahora lleva su nombre. Los síntomas característicos de la
Enfermedad de Parkinson (EP) son: la bradicinesia, que se observa como lentitud y escasez de
movimientos, la rigidez muscular del tronco y
las extremidades dando como resultado posturas anormales, temblor en reposo, y trastornos
del equilibrio postural, lo que genera alteraciones en la iniciación de la marcha y pérdida del
equilibrio con caídas frecuentes (figura 1).
La EP es la segunda enfermedad neurodegenerativa más común ya que afecta del 1
al 2% de las personas mayores de 65 años de
edad. En México se presenta en poco más de
50 personas por cada 100 mil habitantes, con
prevalencia en el sexo masculino, según el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía.
En el laboratorio de Neurofarmacología de la
2008
BUAP, Parra Cid en el 2003 presentó un estudio
fármaco epidemiológico de la incidencia de la
EP en Puebla, realizado en tres unidades hospitalarias y reportó 54 casos entre los años 20002001. La mayor prevalencia fue en hombres
mayores de 66 años.
Figura 1. Síntomas clásicos de la Enfermedad de Parkinson. Rigidez, temblor, trastorno en equilibrio postural y dificultad al caminar.
“…En Puebla, entre los años 2000-2001
se reportaron 54 casos de EP. La mayor
prevalencia fue en hombres
mayores de 66 años…”
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Si bien la etiología de la EP es principalmente idiopática (99.0 %), también se han
asociado como factores de riesgo la exposición a contaminantes ambientales como insecticidas o metales pesados. Sólo 1% de los
casos es de tipo genético, se han descrito dos
mutaciones, una localizada en el gen de la proteína α-sinucleína en el cromosoma 4 y otra en
el gen parkina, ubicado en el cromosoma 6 de
las personas con parkinsonismo juvenil. Posteriormente se localizaron otras mutaciones
genéticas en el cromosoma 2 (parkin 3) y en
el cromosoma 4 (parkin 4), dichas mutaciones
inducen disfunción celular, lo que conduce a
la muerte neuronal.
En 1960, Oleh Hornykiewicz encontró en cerebros de pacientes parkinsonianos una disminución severa de los niveles de dopamina (DA)
-un neurotransmisor necesario para las conductas motoras-, en el núcleo caudado y putamen. Estos hallazgos dieron la pauta a que
la terapia para dichos pacientes fuese a base
de DA; a pesar de no atravesar la barrera hematoencefálica. En estos años, Arvid Carlsson
inició una serie de experimentos utilizando la
reserpina (una sustancia natural que se extrae
de la raíz Rauwolfia serpentina y que vacía las
vesículas de DA de las terminales nerviosas)
produciendo un estado de parkinsonismo en
animales de laboratorio, observando una gran
disminución de movimientos espontáneos los
cuales mejoraron al tratarlos con L-Dopa (el
precursor de DA). Concluyó que las alteraciones causadas por la reserpina eran semejantes
a la EP. Además mostró que la L-Dopa normalizaba los niveles de DA en zonas del cerebro
carentes de este neurotransmisor. A partir de
estas innovaciones se introdujo la L-Dopa en la
terapéutica, la cual dio impresionantes mejorías en los pacientes y sigue siendo el fármaco
por excelencia en esta patología. Si bien en los
primeros años de tratamiento con la L-Dopa se
generan grandes beneficios, ya que se revierte
la acinesia y el temblor, dando como resultado
la mejoría en los movimientos de estos pacientes. El problema surge después de varios años
de tratamiento con l-dopa, ya que comienza a
ser ineficaz y genera otros problemas motores,
tales como las discinesias que se presentan
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como movimientos involuntarios anormales
de las extremidades superiores o inferiores
(Obeso y cols., 2000). Además, se genera un
deterioro cognitivo debido a su posible efecto
neurotóxico (Mendieta y cols. 2004). Por ello se
recomienda el uso de L-Dopa, pero no al inicio
del tratamiento, sino después del uso de fármacos anticolinérgicos o agonistas dopaminérgicos, entre otros.
“…La L-Dopa produce mejorias en la
Enfermedad de Parkinson, sin embargo
no logra disminuir la muerte neuronal…”
Los fármacos anticolinérgicos son empleados para disminuir el desequilibrio entre la DA
y la acetilcolina, como el biperideno y trihexifenidilo los cuales mejoran algunos síntomas
al inicio de la patología, sin detener el progreso de la enfermedad. Otras alternativas son
los inhibidores de las enzimas encargadas del
metabolismo de la DA, como la monoaminoxidasa-B (MAO-B) y la catecol-orto-metiltransferasa (COMT), que llevan al incremento de los
niveles de DA, como la selegilina facilitando
las conductas motoras.
“…Es necesaria la busqueda de nuevos
fármacos neuroprotectores que atenuen
la muerte neuronal en la EP…”
En los últimos años se ha sugerido el uso
de antagonistas A2A y derivados de las xantinas como la cafeína para mejorar la sintomatología en la EP. Recientes estudios proponen
el uso de factores neurotróficos, un grupo de
proteínas que regulan el número de neuronas, plasticidad y diferenciación celular. Uno
de los más importantes por sus propiedades
de inducir efectos neuroprotectores es el
factor neurotrófico derivado de células gliales
(GDNF), ya que no sólo promueve la supervivencia sino que contrarresta la muerte neuronal. Además, ha mostrado tener efectos
neurorestauradores en modelos de EP, esto
debido a que activa a receptores Trk, involucrados en la supervivencia y diferenciación
celular, activando diferentes cascadas de señalización. Sin embargo, aunque el GDNF parece ser atractivo en la terapéutica de EP, no
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puede atravesar la barrera hematoencefálica,
por lo que es necesario su administración local (Maxim M. y Mart., 2007). Debido a que los
tratamientos hasta el momento no han detenido el proceso neurodegenerativo, actualmente se están buscando nuevos fármacos
que ayuden tanto a retardar la muerte neuronal y/o a mejorar las funciones motoras de los
pacientes parkinsonianos.
“…El GDNF y el fragmente Hc-TeTx
inducen sobrevivencia celular…”
Recientemente, se propone como una nueva
alternativa al fragmento C-terminal de la tóxina
tetánica (Hc-TeTx) como un agente neuroprotector, ya que se ha mostrado que es un fragmento atóxico de la toxina tetánica que puede ser
transportado retroaxonalmente y acumularse en
el Sistema Nervioso Central (SNC), conduciendo
a la especulación de que fragmento Hc-TeTx se
puede utilizar como un portador neurotrófico,
además de poseer propiedades de transporte
retro-axonal que le permiten llegar a todos los
sistemas neuronales. Al evaluar los efectos del
fragmento Hc-TeTx in-vitro, se encontró que disminuye la muerte de neuronas dopaminérgicas
en cultivos. Actualmente, los primeros estudios
sobre sus efectos en modelos animales han
mostrado mejorías motoras (Mendieta, 2006),
lo que ha alentado a continuar investigando sus
efectos neuroprotectores.
La toxina tetánica es producida por la bacteria Clostridium tetani, causante del tétanos, una enfermedad que induce una fuerte contracción muscular conocida como parálisis espástica. Pertenece a la larga
familia de las neurotoxinas clostridiales (NTC) y actúa sobre el sistema nervioso central y periférico, sin
embargo la cadena ligera (L-TeTx) es la responsable
de efecto tóxico. Recientes estudios han demostrado que un fragmento inocuo de esta toxina (Hc-TeTx)
disminuye la muerte neuronal en cultivos celulares
frente a MPP+.
2008
El fragmento c-terminal de la toxina
tetánica como una estrategia
farmacológica
La toxina tetánica (TeTx) es una de las más letales, es la responsable de inhibir la liberación de
neurotransmisores, lo que induce la enfermedad
conocida como tétanos. El dominio C-terminal es
el que permite la unión de la TeTx a la membrana celular del SNC y periférico (SNP), entrando
a las terminales neuronales por endocitosis y
siendo transportada retroaxonalmente hasta las
neuronas intercalares inhibidoras de la medula
espinal (Schiavo, 1992), induciendo fuertes contracciones. El precursor de la TeTx es una cadena
polipeptídica con un peso molecular aproximado de 150 kDa. La forma activa se produce por la
hidrólisis del enlace peptídico produciendo dos
cadenas unidas por un puente disulfuro: la cadena ligera L-TeTx (N-Terminal) de 50 kDa y la cadena pesada H-TeTx (C-terminal) de 100 kDa (figura
2). Posteriormente, la H-TeTx es cortada por una
proteasa (papaína) produciendo dos fragmentos:
el fragmento HN-TeTx y el fragmento Hc-TeTx.
Tanto la TeTx y el fragmento HcTeTx entran
a las terminales nerviosas por endocitosis. Se
ha demostrado que el fragmento HcTeTx puede ser transportado por las neuronas de manera similar a la toxina nativa sin ocasionar los
síntomas clínicos (Bizzini y cols., 1997). Por esta
razón, este fragmento se pudiera utilizar como
vehículo eficiente para transportar productos
exógenos como lo son algunos fármacos.
Figura 2. Esquema de la obtención del fragmento HcTeTx a partir de la toxina tetánica.
Artículos de Divulgación
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Para entender la acción del fragmento HcTeTx en SNC se evaluó en cultivos celulares, lo
que llevó al hallazgo de que dicho fragmento
activa cascadas de señalización como los factores de crecimiento (NGF o BDNF), que mejoran
los procesos de supervivencia celular. Estudios
realizados por el grupo de Aguilera (comunicado personal) dieron las primeras evidencias
de los efectos del Hc-TeTx frente al daño por
MPP+ y determinaron que prolonga la supervivencia celular posiblemente por la acción
protectora del fragmento, es por ello que el
estudio de éste permitirá evaluar si ejerce un
efecto neuroprotector y mejora las conductas
motoras en un modelo in vivo.
“…La conducta de giro ha mostrado ser
un modelo eficaz para evaluar nuevos
fármacos antiparkinsonianos…”
En experimentos in vitro, realizados por el
grupo del Dr. Aguilera, mostraron que al aplicar
el fragmento Hc-TeTx en neuronas granulares
de cerebelo a las cuales se les indujo muerte
por estrés, éstas sobreviven más que las no
tratadas, ya que se activan vías de protección
frente al daño de forma similar al efecto causado por factores de crecimiento celular (ChaibOükadour y cols., 2004). Por ahora, nuestros
resultados refuerzan la hipótesis del posible
efecto como antiparkinsoniano del fragmento
Hc-TeTx, ya que mejora las conductas motoras,
y posiblemente retarde el proceso neurodegenerativo. Sin embargo, es necesario continuar
con el estudio de sus efectos, tanto en modelos
in-vitro como in- vivo, para poder dilucidar su
mecanismo de protección y sus efectos en el
modelo de lesión unilateral con 6-OHDA.
Por otra parte, la 6-Hidroxidopamina (6OHDA) es una neurotoxina que resulta útil para
estudiar la fisiopatología y nuevas terapéuticas
para la EP. Esta sustancia, al ser inyectada de forma unilateral, produce una asimetría motora en
los animales, la cual puede ser evaluada por medio de la prueba de conducta de giro. Esta última se evalúa al administrar metanfetamina, produciendo la liberación de DA e induciendo giros
dirigidos hacia el lado lesionado (ipsilaterales).
Dicha prueba refleja la lesión dopaminérgica
en la SNpc y estriado asociado con una pérdida
neuronal de aproximadamente un 90%.
En el 2006, en el Laboratorio de Neurofarmacología FCQ-BUAP, Mendieta mostró que la administración del fragmento Hc-TeTx a diferentes
dosis mejora las conductas motoras en ratas
lesionadas con 6-OHDA en vías nigroestriatales,
entre las cuales los mejores resultados se encontraron a la dosis de 2 μM (figura 4). Los resultados
que se obtuvieron en el modelo anterior nos indican que el número de giros ipsilaterales disminuye en las ratas administradas con Hc-TeTx/6OHDA en comparación del grupo administrado
sólo con 6-OHDA. Esta información muestra que
hay mejorías motoras en el modelo de EP, probablemente debido a que esta fracción ayuda a
incrementar la eficacia en la neurotransmisión
dopaminérgica y a su efecto neuroprotector.
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Artículos de Divulgación
Figura 3. Número total de giros ipsilaterales durante
la prueba de asimetría motora. Los grupos Hc-TeTx/6OHDA a una dosis de 2 μM del fragmento muestran
una disminución significativa del número total de giros en 60 min respecto a su control 6-OHDA.
2008
“…El fragmento Hc-TeTx ha mostrado
activar vías de sobrevivencia celular
y mejorar conductas motoras en
modelos animales de EP…”
Actualmente, en el laboratorio se desarrollan diversos experimentos en modelos de asimetría motora, con la finalidad de encontrar
mas evidencias del papel trófico del fragmento
Hc-TeTx en el sistema dopaminérgico en las
conductas motoras en ratas hemiparkinsonianas. Los resultados han sido favorables hasta
el momento, lo que abre nuevas expectativas
para seguir con el estudio de dicho fragmento.
Glosario
Acinesia: Ausencia o pérdida del poder de realizar
movimientos voluntarios.
Barrera hematoencefálica: Mecanismo selectivo que se
opone al pasaje de la mayoría de los iones y compuestos
con moléculas grandes desde la sangre al tejido cerebral
localizado en una capa continua de células endoteliales
unidas estrechamente.
Endocitosis: Proceso por el cual una célula incorpora
material por invaginación de la membrana plasmática.
Espasmo muscular: Contracción muscular involuntaria;
aumento de la tensión y disminución de longitud de un
músculo que no puede liberarse voluntariamente y que
impide el alargamiento de los músculos afectados.
Metabolito: Cualquier producto del metabolismo,
especialmente del catabolismo.
Neurotransmisor: Sustancia química sintetizada por las
células nerviosas y utilizada para comunicarse con otras
células, inclusive nerviosas y musculares.
Nigroestriado: Que guarda relación entre la conexión
eferente de la sustancia negra y el cuerpo estriado.
Proteasa: Enzima que fragmenta las proteínas en partes
más pequeñas.
Transporte retroaxonal: Transporte de materiales desde
la terminal nerviosa al soma, por ejemplo: los factores de
crecimiento nervioso que son transportados al cuerpo
celular y estimulan el crecimiento neuronal.
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neurotransmitter release by proteolytic cleavage
of synaptobrevin”, Nature, 359:832-835.
Ilhuicamina Daniel Limón Pérez de León obtuvo el título de Quimicofarmacobiólogo por la Facultad de Ciencias
Químicas (FCQ-BUAP), la Maestría en Ciencias en Farmacología Conductual UNAM 1994, cDr, Quimicobiologicas
ENCB-IPN 2007. Actualmente es Profesor Investigador Titular “A” 1985-2008 y desempeña varios cargos dentro de
la Facultad de Ciencias Químicas de la (BUAP). Es profesor
perfil PROMEP-SEP 2008-2010, miembro del Padrón de Investigadores de la BUAP 2008-2012 y lleva a cabo proyectos en colaboración con el laboratorio de Enfermedades
Neurodegenerativas del INNN; Laboratorio de Bioquímica
de la Universidad de Barcelona España y con el Laboratorio de Pruebas de toxicología Pre-clínica ENCB-IPN.
[email protected]
Los autores Aleidy Patricio, Liliana Mendieta, Berenice
Venegas e Isabel Martínez realizan investigaciones en
colaboración con el Dr. Limón y pertenecen al laboratorio
de Neurofarmacología FCQ-BUAP, México.
El Dr. José Aguilera es investigador del Departamento de
Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad Autónoma de Barcelona, España.
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