Cisteína proteasas y neurodegeneración
Anuncio
CISTEÍNA PROTEASAS REVISIÓN ENFERMEDADES DEL ADN MITOCONDRIAL DOENÇAS DO DNA MITOCONDRIAL Resumen. Introducción. Desde hace más de 30 años se conocen diversas anomalías del metabolismo mitocondrial que producen enfermedades humanas. Entre ellas se encuentran los defectos en el sistema de fosforilación oxidativa (sistema OXPHOS), la ruta final del metabolismo energético mitocondrial que conduce a la síntesis de ATP. Desarrollo. Este sistema presenta la particularidad de que una parte de las subunidades proteicas que lo componen están codificadas en el ADN mitocondrial. En los últimos 12 años se han descrito una serie de mutaciones (puntuales o deleciones) en el ADN mitocondrial que se han asociado con síndromes clínicos bien definidos originados por defectos en el sistema OXPHOS. Los caracteres clínicos de estas enfermedades son muy heterogéneos y, excepto en algún caso, afectan a gran variedad de órganos y tejidos. Conclusiones. El diagnóstico preciso de este grupo de trastornos requiere la obtención de datos clínicos, morfológicos, bioquímicos y genéticos. La utilización de técnicas sencillas de genética molecular permite la detección rápida de mutaciones, incluso antes de que puedan realizarse otros tipos de análisis. [REV NEUROL 2000; 31: 324-33] [http://www.revneurol.com/3104/j040324.pdf] Palabras clave. ADN mitocondrial. Enfermedades mitocondriales. Resumo. Introdução. Desde há mais de 30 anos que se conhecem diversas anomalias do metabolismo mitocondrial que dão origem a doenças humanas. Entre estas, encontram-se os defeitos no sistema de fosforilação oxidativa (sistema OXPHOS), o percurso final do metabolismo energético mitocondrial, que conduz à síntese de ATP. Desenvolvimento. Este sistema apresenta a particularidade de parte das subunidades protéicas que o compõem estarem codificadas no ADN mitocondrial. Nos últimos 12 anos foram descritas uma série de mutações (pontuais ou delecções) no ADN mitocondrial associadas a síndromas clínicos bem definidos originados por defeitos no sistema OXPHOS. As manifestações clínicas destas doenças são muito heterogéneos e, excepto em alguns casos, afectam uma variedade de órgãos e tecidos. Conclusões. O diagnóstico preciso deste grupo de perturbações requer a obtenção de dados clínicos, morfológicos, bioquímicos e genéticos. A utilização de técnicas simples de genética molecular permite a detecção rápida de mutações, inclusive antes de se poderem realizar outros tipos de análise. [REV NEUROL 2000; 31: 324-33] [http://www.revneurol.com/3104/j040324.pdf] Palavras chave. ADN mitocondrial. Doenças mitocondriais. Cisteína proteasas y neurodegeneración J. Jordán, M.ªF. Galindo, V. Ceña, C. González-García CYSTEINE PROTEASES AND NEURODEGENERATION Summary. Objective. This is a review of the part played by the cysteine proteases in different physiological and pathological processes. Development. Apoptotic processes have a crucial function in control of the number of cells in multicellular organisms, both during development and throughout life. Alterations in these are closely related to different pathological processes, from cancer (with fewer apoptotic processes) to the degenerative disorders in which apoptosis is increased. Although the stimuli which may induce apoptosis are very varied, the apoptotic phenotypes are similar. Different metabolic routes are involved in apoptosis and in these changes, both in transcription and postranscription. The latter form the basis of this paper. We review the role of the cysteine protease family, in which the caspases and calpains are the best representatives, which have been related to different degenerative models. In this review we describe the stimuli and cascades of intracellular signalling which occur on activation. Conclusion. These proteases are involved in many situations involving the development and maintenance of the number of cells in the tissues, both physiological and pathological. They may be considered to be possible therapeutic targets in neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, amyotrophic lateral sclerosis, Parkinson’s disease and Huntington’s chorea. [REV NEUROL 2000; 31: 333-40] [http://www.revneurol.com/3104/j040333.pdf] Key words. Apoptosis. Calpains. Caspases. Mitochondria. Neurodegeneration. Proteases. INTRODUCCIÓN La disminución del número de neuronas en el sistema nervioso, tanto periférico como central, es un proceso fisiológico que ocurre durante algunos estadios del desarrollo, en los que se ha descrito una pérdida de casi un 50% en algunas poblaciones neuronales [1,2]. Esta disminución neuronal también sucede en situaciones patológicas, como la esclerosis lateral amiotrófica y las enfermedades de Alzheimer, Parkinson y corea de Huntington [3-5]. Tanto en situaciones fisiológicas como patológicas, los procesos de muerte celular pueden agruparse en dos bloques: apoptóticos y necróticos. Estos últimos englobarían los procesos degenerativos Recibido: 16.06.00. Aceptado tras revisión externa sin modificaciones: 27.06.00. Instituto de Neurociencias. Facultad de Medicina. Universidad Miguel Hernández. Alicante, España. Correspondencia: Dra. Carmen González-García. Instituto de Neurociencias. Facultad de Medicina. Campus de San Juan. Ctra. de Valencia N-332, km 87. REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 agudos como los implicados en traumatismos y focos isquémicos, entre otros [5]. Bajo el concepto de apoptosis se agrupan procesos de muerte neuronal que necesitan de la participación de diferentes rutas metabólicas, que incluyen tanto la activación de cascadas transcripcionales [6,7] (hecho por el que también se conoce como muerte celular programada) como postranscripcionales. El papel de los mecanismos postranscripcionales ha adquirido mayor importancia a partir de estudios que ponen de manifiesto cómo algunos modelos apoptóticos no requieren la síntesis de novo de ARN y/o de proteínas. Entre las modificaciones postranscripcionales desE-03550 San Juan, Alicante. Fax: +34 96591 9490. E-mail [email protected] Agradecimientos. Este trabajo ha sido financiado, en parte, gracias a las ayudas SAF98-0140 y 2FD97-0647 de CICYT a la Dra. Carmen González García y SAF96-0169, 1FD97-0500 y Fundación Navarro Trípodi al Dr. Valentín Ceña. 2000, REVISTA DE NEUROLOGÍA 333 J. JORDÁN, ET AL critas en algunas enfermedades neurodegenerativas destacan cambios ‘reversibles’ en los estados de fosforilación de las proteínas, translocaciones de proteínas desde unos compartimentos a otros y cambios ‘irreversibles’ como hidrólisis controlada de proteínas mediante la activación de determinadas proteasas. El papel de las proteasas en la muerte celular se puso de manifiesto en un principio gracias al uso de fármacos inhibidores de proteasas no específicos. Sin embargo, no se ha descrito una degradación global de todas las proteínas, por lo que se postula que sólo un número determinado de proteasas está implicado en la apoptosis. Estas enzimas hidrolizarían bien proteínas reguladoras de procesos anti-apoptóticos, bien enzimas que promueven la muerte celular. Aunque los estímulos que desencadenan los procesos de muerte neuronal pueden ser de naturaleza muy distinta,losfenotipos apoptóticos son bastante similares, lo que indica que la mayoría de los mecanismos y rutas metabólicas de la fase efectora están probablemente muy conservados. Esta teoría está refrendada por el hecho de que, independientemente de la naturaleza de los estímulos inductores, los procesos apoptóticos pueden ser bloqueados por la inhibición de diferentes familias de proteasas, entre las que cabe destacar, y son el eje de esta revisión, las cisteína proteasas. Figura 1. Mecanismo de activación de caspasas en respuesta al calcio o al factor de necrosis tumoral (TNF). ERO: especies reactivas de oxígeno. Tabla I. Clasificación de las caspasas. Caspasa Otras denominaciones Locus Posición de hidrólisis de la procaspasa Centro activo Secuencia de reconocimiento Caspasa-1 ICE 11q2 Asp-103, Asp-119, Asp-297, Asp-316 WFKD WEHD LA FAMILIA DE LAS CISTEÍNA PROTEASAS Caspasa-2 ICH-1, Need 2 7q35 Asp-152, Asp-316, Asp-330 DQQD DEHD La familia de las cisteína proteasas engloba a todas aquellas proteasas que presentan un residuo de cisteína en su centro catalítico. Los miembros de esta familia que desempeñan un papel importante en los procesos apoptóticos en el sistema nervioso son las caspasas y las calpaínas. Caspasa-3 CPP32, YAMA, apopain 4q35 Asp-9/Asp-28, Asp-175 IETD DEVD Caspasa-4 ICErel-II, TX, ICH-2 11q2 Asp-104, Asp-270, Asp-289 WVRD W/LEHD Caspasa-5 ICErel-III, TY 11q2 Asp-121, Asp-311, Asp-330 WVRD W/LHD Caspasa-6 Mch2 4q25 Asp-23, Asp-179, Asp-193 TEVD VEHD Caspasa-7 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1 10q2 Asp-23, Asp-198 IQAD DEVD Caspasa-8 FLICE, MACH, Mch5 2q33 Asp-210, Asp-216, Asp-374, Asp-384 VETD LETD Caspasa-9 ICE-LAP6, Mch6 1q36 Asp-130, Asp-315, Asp-330 PEPD LEHD Caspasa-10 Mch4, FLICE2 2q33 Asp-219, Asp-372 IEAD LEAD Caspasa-11 ICE-3 Las caspasas Las caspasas son una familia de cisteína proteasas que han sido reconocidas como los homólogos en mamíferos del producto del gen ced-3, descrito inicialmente en el nematodo Caenorhabditis elegans como gen proapoptótico implicado en los procesos de muerte celular que tienen lugar durante su desarrollo embrionario. El término ‘caspasa’ se basa en un sistema de nomenclatura consensuada [8]. De esta manera, comienza por ‘c’ por contener un residuo de cisteína en su centro activo, termina en ‘asa’ por tratarse de una enzima y se intercala ‘asp’ debido a su especifici- 334 MAED Caspasa-12 ATAD/ ADTD Caspasa-13 ERICE Caspasa-14 MICE WVSD 19q1 LGGD REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 CISTEÍNA PROTEASAS cuales darán lugar a la posterior activación en cadena de otros miembros de la familia. Caspasa Estímulo Modelo Quizás por ello, se ha propuesto un papel para las caspasas en muchos modelos de Caspasa-1 Mutaciones en SOD Animales transgénicos muerte apoptótica (Tabla II). Hipoxia Cultivos neuronales Isquemia/reperfusión Retina La activación de las caspasas por estímulos extracelulares se ha relacionado con Caspasa-2 Retirada de NGF Células PC-12, células simpáticas algunas proteínas de membrana, como la de ganglio cervical superior β-amiloide Neuronas de hipocampo familia de receptores del factor de necrosis tumoral (TNF, del inglés Tumor NeCaspasa-3 β-amiloide (25-35) Neuronas de hipocampo crosis Factor), el receptor del factor de NMDA Neuronas de hipocampo Radiaciones gamma crecimiento nervioso (NGF, del inglés Colchicina Células granulares Nerve Growth Factor) y el receptor del 6-OHDA Neuronas de cerebelo Enfermedad de Parkinson Neuronas dopaminérgicas Fas (FasR), también conocido como Apo-1 Malonato o CD-95. Isquemia La activación de FasR se produce en NP-3 la trimerización del receptor que recluta Caspasa-6 N-metil-N-nitosurea Fotorreceptores tanto la molécula adaptadora FADD (Fas Associated Death Domain) como la proCaspasa-8 N-metil-N-nitosurea Fotorreceptores FAS Motoneuronas caspasa-8 que se activa y forma un comβ-amiloide plejo multimérico conocido como DISC (Death-Inducing Signal Complex). La Caspasa-9 ↑[Ca2+], ↑[Pb2+] Retina caspasa-8, así formada, puede a su vez Caspasa-12 β-amiloide Neuronas corticales activar a otras caspasas bien de una forma directa, como ocurre con la procaspasa-3, o indirecta mediante la hidrolizadad en realizar proteólisis tras un residuo de aspartato. Las caspa- ción de bid, producto de un oncogén proapoptótico de la familia sas se nombran por el orden cronológico de su descubrimiento: de los bcl-2 que induce la liberación de citocromo c desde la caspasa-1, caspasa-2, etc., y la enzima convertidora de la interleu- mitocondria, lo cual es requerido para la posterior activación de cina (ICE) se denomina caspasa-1; en la actualidad, se han descrito la procaspasa-9 (Fig. 1). La activación de las caspasas vía receptor está implicada en 14 caspasas (Tabla I). Las caspasas pueden dividirse en tres grandes grupos: a) cas- diferentes modelos apoptóticos como el que tiene lugar en las mopasas implicadas en la producción de citocinas (caspasas 1, 4, 5 y toneuronas espinales tras establecer el contacto con su órgano diana. 13); b) caspasas de señalización o de activación de otras caspasas Dichas neuronas expresan el receptor de Fas y su ligando FasL en (caspasas 2, 8, 9 y 10), y c) caspasas efectoras de muerte o eje- el período en el cual los procesos de muerte neuronal programada comienzan a aparecer. La presencia de Fas-Fc, agente que bloquea cutoras (caspasas 3, 6 y 7) que hidrolizan sustratos selectivos. Los diferentes miembros de la familia de las caspasas compar- las interacciones entre FasR y FasL, o del tetrapéptido IETD (un ten similitudes en sus secuencias aminoacídicas, estructuras y inhibidor de la caspasa-8), confiere neuroprotección a los cultivos especificidad por los sustratos. Todos ellos son sintetizados como de motoneuronas de pollo [11]. La sobreexpresión de una forma precursores inactivos o cimógenos. Las caspasas presentan nor- mutada, afuncional, del receptor FADD protege a cultivos neuronamalmente una localización citosólica, aunque se han observado en les frente a la toxicidad inducida por un péptido amiloide [12]. Entre los estímulos intracelulares capaces de activar las caspael interior de mitocondrias y del retículo endoplasmático, así como en el núcleo. Algunas caspasas poseen la capacidad de translocar- sas destacan los mediados por orgánulos como es el caso de la se desde un compartimento intracelular a otro tras un estímulo mitocondria. La integridad funcional de la mitocondria parece apoptótico. Como ejemplo citaremos las caspasas 2 y 9 que se estar comprometida durante algunos procesos de apoptosis. La translocan desde la mitocondria al citosol, mientras que la caspa- disminución del potencial transmembrana mitocondrial, la perturbación de la cadena transportadora de electrones con la consecuensa-7 lo hace desde el citosol a la mitocondria [9,10]. te caída de los niveles de ácido adeniltrifosfórico (ATP) y la proProcesos de activación de las caspasas ducción de radicales libres, son eventos característicos de esta Como se comentó anteriormente, las caspasas sesintetizan enforma alteración. Durante los procesos de muerte celular se produce la de precursores inactivos los cuales pueden activarse por mecanismos liberación de algunas proteínas del espacio intramembrana mitomuy diversos que engloban desdeestímulosextracelularesmediados condrial al citosol, como es el caso del citocromo c, proteína de la por la activación de receptores, a estímulos intracelulares entre los que cadena transportadora de electrones requerida como cofactor en la destacaríamos los mediados por segundos mensajeros (calcio y espe- formación de un complejo, denominado apoptosoma, constituido cies reactivas a oxígeno), orgánulos (mitocondria y el retículo endo- por tres elementos más: la molécula adaptadora apaf-1 (factor plasmático), así como por la acción de proteasas de otras familias o por inductor de apoptosis-1 considerado homólogo del gen ced-4descrito en C. elegans), la procaspasa-9 y el dATP. La formación del acciones autocatalíticas (Fig. 1). Las procaspasas contienen en su estructura regiones que pue- apoptosoma es requerida para la activación de la caspasa-9 [13]. den ser reconocidas e hidrolizadas por la misma caspasa a la que La capacidad de regular la liberación del citocromo c sitúa a la dan origen o por otras caspasas. Dependiendo del origen del estí- mitocondria como centro de decisión entre muerte y supervivencia mulo apoptótico, inicialmente se activan diferentes caspasas, las celular en la cascada apoptótica. Tabla II. Participación de caspasas en modelos de muerte neurodegenerativa. REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 335 J. JORDÁN, ET AL El calcio libre intracelular se considera Tabla III. Sustratos e inhibidores de las caspasas. en la actualidad como el segundo mensajeSustrato Inhibidor ro más importante en muchos de los procesos neurodegenerativos. Se han descrito Caspasa Endógeno Sintético Endógeno Sintético modificaciones en su concentración intra2+ CrmA, p35 Z-VAD-FMK, celular ([Ca ]i) en procesos de muerte neu- Caspasa-1 ProIL-1β Ac-YVAD-AFC/pNA, MCA-YVADAPK(DNP)-OH, Ac-VAD-CHO, ronal inducida por excitotoxicidad o por el AC-WEHD-AFC/pNA, BACMK, péptido β-amiloide [14]. MCA-YEVDGWK, Z-YVAD-FMK, ZVAD-AFC/pNA, Ac-YVAD-CHO La mitocondria es un orgánulo que presenta una alta capacidad de amortiguar cam- Caspasa-2 PARP, XIAP Z-VDVAD-FMK bios en la [Ca2+]i y, en su membrana, se espectrina Glogin-160 localizan algunos miembros de la familia bcl-2 conocidos por desempeñar un papel Caspasa-3 PARP, MCA-DEVDAR[K-DNP]-NH2 , p35, XIAP, Z-VAD-FMK crítico en la regulación de los procesos de DNA-PK, MCA-VDQMDGWK-(DNP)-NH2 , DIAP Ac-VAD-CHO, SER/B, Z-DEVD-AFC, Z-DEVD-FMK/CHO, muerte celular. Miembros de esta familia prho-GDI, MCA-DEVDAPK(DNP)-OH, Ac-DEVD-CHO/CMK, de oncogenes, como el propio bcl-2, son PAK2, Ac-DEVD-pNA Biotin-X-DEVD-FMK, presenilinas Ac-DMQD-CHO, capaces de regular la apertura del poro de Z-DQMD-FMK, transición mitocondrial y desempeñan una AC-ESMD-CHO función clave en la regulación de la activaAc-LEVD-AFC, p35 Z-VAD-FMK, ción de las caspasas. El bcl-2 es capaz de Caspasa-4 Ac-WEHD-AMC Ac-VAD-CHO, impedir la salida del citocromo c desde la Ac-LEVD-CHO/AFC mitocondria y bloquear la posterior activaMCA-LEVDGWK-(DNP)-NH2, Z-VEID-FMK, ción de las caspasas. Es más, el bcl-2 inhibe Caspasa-5 Ac-LEVD-AFC la muerte celular en situaciones donde el citocromo c se encuentra ya en el citoplas- Caspasa-6 Lamin A Ac-WEHD-AFC, p35 Z-WEHD-FMK, Ac-VEID-AMC/pNA, Z-VEID-FMK/-CHO, ma, como sucede en células en las que se ha Z-VEID-AFC VEID-CHO, microinyectado dicho citocromo [15]. Aunque la translocación del citocromo c desde Caspasa-7 PARP Ac-DQTD-AMC, p35, XIAP Z-VAD-FMK, Ac-DEVD-AMC, Ac-VAD-CHO la mitocondria al citoplasma se ha asociado MCA-VDQVDGWK-(DNP)-NH2 DVED-CHO a una caída del potencial mitocondrial, en algunos modelos estos dos sucesos no se Caspasa-8 Ac-IETD-AMC CrmA, p35 Z-IETD-FMK/CHO encuentran directamente relacionados; Ac-LEHD-AFC IAP Z-LEHD-FMK/CHO como ejemplos, citaremos la retirada del Caspasa-9 PARP NGF del medio de cultivo de neuronas simpáticas o la exposición de neuronas de hipocampo a estaurosporina [16,17]. Otros estímulos intracelulares que activan las caspasas son to e hidrólisis de los sustratos por estas enzimas. De hecho, las las especies reactivas de oxígeno (ERO). Desequilibrios del me- caspasas no hidrolizan todas las proteínas que contienen dicha setabolismo oxidativo y el consecuente estrés oxidativo constitu- cuencia de aminoácidos y, por ello, nunca sucede una degradación yen un factor común en el origen y en la progresión de procesos aleatoria de proteínas celulares en los procesos de apoptosis. Entre neurodegenerativos (ver revisión en [18]). Un ejemplo del papel los sustratos descritos para las caspasas destacan numerosos elede las ERO como segundos mensajeros encargados de activar las mentos del citoesqueleto (actina, fodrina, proteína tau y catenina), caspasas queda reflejado en la muerte celular en cultivos neuro- enzimas encargadas de reparar (PARP) [24] o degradar (ADNasa) nales inducida por 4-hidroxinonenal (HNE), un producto resul- [25] el ADN celular, factores de transcripción (retinoblastoma, tante de la peroxidación lipídica. El HNE induce la activación de MDM2) [26], y proteínas reguladoras cinasas y fosfatasas (proteína diferentes caspasas como la 3, 8 y 9 y fármacos antioxidantes cinasa C, fosfatasas 2A, cinasas de adhesión focal, Akt, raf1), así como la cisteína, la N-acetil-L-cisteína y el ditiothreitol (DTT) como productos de la familia del oncogén bcl-2 (bid) [27]. Existen inhibidores de caspasas de naturaleza proteica como bloquean dicha activación, así como la hidrólisis de poli ADP-ribosa polimerasa (PARP) y la fragmentación del ADN [19]. la crmA (cytokin response modifier enzyme A), p35 y el péptido Las caspasas también pueden ser activadas por otras protea- inhibidor de apoptosis (IAP, del inglés Inhibitor Apoptosis Pepsas. Por ejemplo, la granzima B, liberada desde las células T, tide), todos ellos de origen vírico [28-32], así como homólogos puede hidrolizar directamente a procaspasas o activar el producto de esta última proteína en mamíferos, como el péptido inhibidor del oncogén bid [20]. Por otro lado, las calpaínas y las catepsinas de apoptosis neuronal (NAIP, del inglés Neuronal Inhibitor se han relacionado también con la activación de las caspasas [21,22]. Apoptosis Peptide) [33-36] (Tabla III). Existen diversos fármacos de origen sintético capaces de inSustratos e inhibidores de las caspasas hibir a uno o a varios miembros de la familia de las caspasas. La Una de las características bioquímicas más notables de las caspasas estructura de estos fármacos contiene la secuencia de aminoácies su alta especificidad por los sustratos que hidrolizan. Las caspa- dos que puede ser reconocida por una o varias caspasas. Muy sas reconocen secuencias específicas de cuatro aminoácidos que brevemente destacaremos los péptidos Z-VAD-FMK contienen un residuo aspartato (Tabla I) [23]. Sin embargo, la es- [Z-Val-Ala,Asp(oMet)-CH2 F], un inhibidor irreversible altamentructura ternaria de las proteínas resulta crucial en el reconocimien- te específico para las caspasas 1, 3, 4 y 7, y el Z-DEVD-FMK 336 REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 CISTEÍNA PROTEASAS Figura 2. Mecanismos de activación y sustratos de calpaínas. (Asp-Glu-Val-Asp-FCMK), inhibidor de la caspasa-3. Otros inhibidores se muestran en la tabla III. En la actualidad, se está trabajando en la búsqueda de nuevos inhibidores de caspasas con una alta especificidad y capaces de atravesar mejor las membranas citoplasmáticas. Las caspasas como diana terapéutica Como ya se ha mencionado, diferentes miembros de la familia de las caspasas han sido implicados en procesos neurodegenerativos de diversa naturaleza (Tabla II). En muchos de ellos, la inhibición farmacológica de las caspasas resulta crucial para mantener la viabilidad de células del sistema nervioso. En esta revisión nos centramos en la caspasa-3 por ser uno de los primeros miembros descritos y por su localización en un lugar ‘central’ o ‘de reclutamiento’ dentro de la ‘red de las caspasas’. Sobre la base de datos obtenidos de modelos de muerte celular en cultivos neuronales y en estudios en animales transgénicos, se ha propuesto que la activación de la caspasa-3 podría estar implicada en algunas enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis lateral amiotrófica, la enfermedad de Parkinson y la corea de Huntington. El tratamiento de cultivos neuronales con el fragmento 25-35 del péptido β-amiloide[βA(25-35)] produce una activación de la caspasa-3. La utilización de inhibidores de caspasas protege a dichos cultivos de la disminución de la viabilidad celular inducida por βA(25-35). Algunos inhibidores de caspasas como el péptido Ac-DEVD-CHO previene la fragmentación del ADN en este cultivo [37] y el péptido ZVAD-CH2 -DCB, la hidrólisis de la enzima PARP, a la vez que mantiene la integridad de la membrana citoplasmática [38]. Por otro lado, la caspasa-3 presenta una mayor afinidad para degradar formas mutadas de presenilinas presentes en pacientes con enfermedad de Alzheimer [39]. Mutaciones en la enzima citoplasmática superóxido dismutasa, REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 que disminuyen su actividad, han sido relacionadas con la esclerosis lateral amiotrófica. Ratones manipulados genéticamente que expresan formas mutadas de esta enzima [SOD1(G93A)] presentan una sobreexpresión de las caspasas-1 y 3 [40]. En estos ratones la administración intracerebroventricular del péptido inhibidor de caspasas ZVAD-FMK retrasa la aparición de los síntomas y alarga la duración de la vida [41]. Se está comenzando a utilizar con cierto éxito los inhibidores de caspasas en pacientes con enfermedad de Parkinson. Así, el péptido inhibidor Ac-YVAD-CMK favorece la viabilidad de los implantes de neuronas dopaminérgicas y mejora sustancialmente la recuperación funcional de ratas parkinsonianas [42]. En modelos experimentales de esta enfermedad, como la pérdida neuronal dopaminérgica descrita tras la administración intraestrial de 6-hidroxidopamina (6-OH-DA) [43], el péptido ZVAD-FMK presenta efectos neuroprotectores. Este inhibidor, junto con Ac-DEVD-CHO, atenúan los procesos de muerte inducidos por el 1-metil-4-fenilpiridino (MPP+), metabolito activo del MTPT. Las caspasas se han convertido en una nueva diana farmacológica en los intentos por paliar los daños inducidos durante y tras los procesos de isquemia cerebral, donde la actividad enzimática de la caspasa-3 está progresivamente incrementada [44]. Así, el péptido DEVD-CHO disminuye el número de células apoptóticas en diversos modelos de neurodegeneración, y se ha descrito que la combinación de inhibidores de las caspasas con antagonistas de los receptores glutamatérgicos, como la dizocilpina (MK-801), proporcionan un efecto neuroprotector sinérgico [45]. El uso de animales modificados genéticamente es una herramienta útil para el estudio de la implicación de determinadas rutas metabólicas en los procesos apoptóticos. Animales que no expresan las caspasas 3 y 9 presentan graves malformaciones específicas en el cerebro debido a la disminución de los procesos apoptóticos y a hiperplasia del mismo durante el desarrollo [46,47]. Sin embargo, la deleción de las caspasas 1, 2 u 11 no modifica significativamente el desarrollo del cerebro [48,49], aunque los animales que carecen de caspasas 1 y 11 muestran una tolerancia mayor frente a estímulos endotóxicos [50]. Las calpaínas Las calpaínas se engloban dentro de la superfamilia de las cisteína proteasas conocida como papaínas. Las calpaínas se distinguen de otros miembros de esta familia porque requieren la presencia de calcio para su activación. Los niveles de calcio intracelular necesarios para alcanzar la mitad de su actividad enzimática máxima han servido de base para la clasificación de las calpaínas [51,52]. La µ-calpaína requiere valores comprendidos entre 5-50 µM,mientras que para la m-calpaína el intervalo es de 0,2-1 µM. La activación de la procalpaína requiere su translocación y unión a la membrana citoplasmática, seguida de una rápida autólisis. La calpaína es un heterodímero compuesto por una subunidad larga de 80 kDa y otra corta de aproximadamente 30 kDa (Fig. 2) [53]. La subunidad larga contiene el centro catalítico y es 337 J. JORDÁN, ET AL Tabla IV. Calpaínas. Sustratos Endógenos Calpaína p53, bax, tropioninas, neurofilamentos, espectrina, actina, MAP-2 proteína tau, p35 Inhibidores Sintéticos Endógenos Suc-Leu-Tyr-AMC Boc-Val-Leu-Lys-AMC Calpastatina única para cada isoenzima, mientras que la subunidad corta se considera como una subunidad reguladora y es común para algunas calpaínas [54]. La homología de la secuencia de aminoácidos entre las subunidades largas es de casi un 50%, alcanza valores cercanos al 75% en el dominio proteasa y al menos de un 50% en el lugar de unión al calcio [55]. Algunas ERO desempeñan un papel crucial en los procesos de activación de las calpaínas pues son capaces de alterar la homeostasis de la [Ca2+]i. Este es el caso del óxido nítrico que resulta tóxico en cultivos neuronales de hipocampo debido a un mecanismo que implica la activación de las calpaínas [56]. Sustratos e inhibidores de las calpaínas Las calpaínas proteolizan una amplia variedad de sustratos implicados en los procesos de muerte neuronal como factores de transcripción, oncogenes [57], segundos mensajeros, gran variedad de enzimas [58-60] y proteínas de membrana y del citoesqueleto [58,61] (Fig. 2, Tabla IV). La afinidad hacia estos sustratos puede verse alterada por modificaciones postranscripcionales como el estado de fosforilación y de glicosilación de las proteínas. La acción proteolítica sobre estos sustratos confiere a las calpaínas un papel relevante en fenómenos celulares como las cascadas de señalización intracelular, el tráfico de vesículas, la modulación de la estructura celular, el crecimiento de las neuritas y la remodelación de las dendritas, tanto en condiciones fisiológicas como patológicas [62,63]. Sin embargo, la sobreactivación de las calpaínas en respuesta a procesos excitotóxicos o isquémicos produce un aumento de la degradación de las proteínas estructurales y contribuye a los procesos de muerte neuronal [38]. La calpastatina es el único inhibidor endógeno conocido para las calpaínas. Presenta una inhibición reversible y específica a la vez que carece de efecto sobre otras cisteína proteasas como la catepsina B o papaína. La calpastatina presenta en su estructura cinco dominios constituidos por unos 140 aminoácidos, donde el dominio N-terminal es seguido por cuatro dominios homólogos que muestran su actividad inhibitoria en presencia de calcio. La secuencia consenso presente en cada dominio inhibitorio, necesaria y suficiente para inhibir a la calpaína, es LGXK(R)D(E)XTIPPXYRXLL. La calpastatina es hidrolizada por las calpaínas en varias regiones interdominio, de manera que se generan diferentes péptidos inhibidores y se obtiene como resultado que, a partir de una sola molécula de calpastatina, puedan inhibirse varias moléculas de calpaína [53]. En la actualidad, disponemos de fármacos de origen sintético que presentan la capacidad de inhibir la actividad enzimática de las calpaínas, entre ellos destacamos ALLN (N-acetil-Leu-Leu-NleCHO), ALLM (N-acetil-Leu-Leu-Met-CHO), MDL 28170 (Z-ValPhe-CHO), E-64 y α-mercaptoacrilato(PD150606). 338 Sintéticos Calpeptin, N-acetil-Leu-Leu-Nle-CHO (ALLN), N-acetil-Leu-Leu-Met-CHO (ALLM) Z-Val-Phe-CHO (MDL 28170), E-64, PD150606, Z-Leu-Leu-Tyr-CH 2F, Mu-Val-HPh-FMK/CH 2F Las calpaínas en los procesos degenerativos Se ha relacionado a las calpaínas con procesos degenerativos tanto en neuronas como en otros tipos celulares (senescencia de los eritrocitos). Así, el déficit de calpaína-3, específica del tejido muscular esquelético, se ha asociado a distrofias musculares y la activación de las m- y las µ-calpaínas con los procesos de neurodegeneración [64]. En el sistema nervioso se ha descrito que la activación anormal de la calpaína media el daño neuronal en los procesos de excitotoxicidad en los que se han observado niveles anormales de la concentración intracelular del ion calcio. Como ejemplo de excitotoxicidad, citaremos la exposición de cultivos de neuronas de hipocampo a dosis letales de ácido N-metil-D-aspártico (NMDA) [38], hecho que está específicamente ligado a la entrada de calcio por el receptor de NMDA y no a un incremento inespecífico de la [Ca 2+]i [65]. En la enfermedad de Alzheimer se ha descrito que la calpaína I se encuentra sobreactivada en áreas del neocórtex [66]. Una activación persistente de las calpaínas contribuye al daño de los neurofilamentos y a un anormal procesamiento y tráfico de la proteína precursora del amiloide. Otro sustrato de las calpaínas es la proteína tau, una proteína asociada a los microtúbulos que desempeña un papel importante en el mantenimiento de la estructura neuronal. La proteína tau se encuentra hidrolizada en pacientes con enfermedad de Alzheimer, en los cuales aparecen acúmulos citoplasmáticos de productos de degradación de la proteína tau que carecen de la capacidad de asociarse con los microtúbulos [67]. La expresión de m-calpaína se encuentra aumentada en el mesencéfalo de pacientes con enfermedad de Parkinson, y presenta una localización en las fibras y en los soma de neuronas de la sustantia nigra, en el área tegmental ventral, en células del grupo A8 catecolaminérgicas y en el locus coeruleus [68]. También en los procesos isquémicos se ha descrito una sobreactivación de µ-calpaína en las áreas isquémicas [69] y se ha observado la proteólisis de la α-espectrina en áreas del hipocampo, tanto en las fases iniciales como en las zonas de penumbra isquémica [70]. El uso de fármacos inhibidores de las calpaínas ha proporcionado información valiosa sobre su implicación en procesos neurodegenerativos. Como ejemplo, citaremos el fármaco MDL28170 que promueve la recuperación de las respuestas sinápticas en rodajas de hipocampo sometidas a hipoxia y que se muestra eficaz frente a los procesos de muerte neuronal inducidos por estímulos tan diferentes como el péptido βA(25-35), la estaurosporina y el NMDA en cultivos neuronales de hipocampo de rata [71]; los compuestos ALLnL y ALLnM que protegen líneas celulares frente a estímulos como el NMDA y la glicoproteína del virus del sida gp120 [72] y, por último, los derivados del α-mercaptoacrilato, como el PD150606, que confieren protección a cultivos neurona- REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 CISTEÍNA PROTEASAS les cerebro-corticales frente al daño inducido por estímulos hipóxicos/hipoglucémicos [73]. Es de resaltar que los niveles de calpastatina, inhibidor endógeno, se encuentran también marcadamente reducidos en las capas II-V del neocórtex de pacientes con enfermedad de Alzheimer [66]. CONCLUSIONES A lo largo de esta revisión hemos descrito la función de dos familias de cisteína proteasas, las caspasas y las calpaínas, en diferentes modelos de neurodegeneración. La utilización de fármacos inhibidores de dichas proteasas han puesto de manifiesto su papel en los procesos de muerte neuronal. En la actualidad, se están analizando como dianas terapéuticas en algunos procesos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis lateral amiotrófica y la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, un hecho que constituye un lastre para la utilización de estos fármacos en la terapéutica es que los procesos de apoptosis están implicados en la homeostasis fisiológica del número de células desde las etapas del desarrollo hasta las del envejecimiento en los organismos pluricelulares, así como en la retirada de células dañadas tras un evento patológico. Por lo tanto, una inhibición inespecífica de los procesos apoptóticos, mediante la utilización de estos fármacos, podría resultar perjudicial, ya que podría degenerar en hiperplasias, al utilizar los tejidos biológicos los procesos de apoptosis como reguladores de su renovación. Por todo ello, antes de la utilización clínica de estos fármacos se ha de profundizar en la búsqueda de inhibidores más específicos de proteasas implicadas exclusivamente en los procesos de muerte celular en condiciones patológicas. BIBLIOGRAFÍA 1. Oppenheim RW. Cell death during development of the nervous system. 24. Nicholson DW, Thornberry NA. Caspases: killer proteases. Trends BioAnnu Rev Neurosci 1991; 14: 453-501. chem Sci 1997; 22: 299-306. 2. Vaux DL, Korsmeyer SJ. Cell death in development. Cell 1999; 96: 245-54. 25. Enari M, Sakahira H, Yokoyama H, Okawa K, Iwamatsu A, Nagata S. A 3. Jordán J, Galindo MF. Mecanismos neurodegenerativos en la enfermedad caspase-activated DNase that degrades DNA during apoptosis, and its inde Alzheimer. Clínicas Médicas de España 1996; 1: 147-60. hibitor ICAD. Nature 1998; 391: 43-50. 4. Portera A, Bermejo F. Expresión clínica de la enfermedad de Alzheimer. 26. Janicke RU, Walker PA, Lin XY, Porter AG. Specific cleavage of the Clínicas Médicas de España 1996; 1: 13-31. retinoblastoma protein by an ICE-like protease in apoptosis. EMBO J 5. Portera-Cailliau C, Martin LJ, Koliatsos VE, Troncoso JC. El fenómeno 1996; 15: 6969-78. de muerte neuronal en la enfermedad de Alzheimer: pasado, presente y 27. Cheng EH, Kirsch DG, Clem RJ, Ravi R, Kastan MB, Bedi A, et al. Confuturo. Clínicas Médicas de España 1996; 1: 161-74. version of Bcl-2 to a Bax-like death effector by caspases. Science 1997; 6. Saposnik G, Terzaghi MA. Aspectos genéticos en la enfermedad cerebro278: 1966-8. vascular. Rev Neurol 1999; 28: 1098-104. 28. Gagliardini V, Fernández PA, Lee RK, Drexler HC, Rotello RJ, Fishman 7. Dragunow M, Preston K. The role of inducible transcription factors in MC, et al. Prevention of vertebrate neuronal death by the crmA gene. apoptotic nerve cell death. Brain Res Brain Res Rev 1995; 21: 1-28. Science 1994; 263: 826-8. 8. Alnemri ES, Livingston DJ, Nicholson DW, Salvesen G, Thornberry NA, 29. Tewari M, Dixit VM. Fas- and tumor necrosis factor-induced apoptosis is Wong WW, et al. Human ICE/CED-3 protease nomenclature. Cell 1996; inhibited by the poxvirus crmA gene product. J Biol Chem 1995; 270: 87: 171. 3255-60. 9. Chandler JM, Cohen GM, MacFarlane M. Different subcellular distribu30. Tewari M, Telford WG, Miller RA, Dixit VM. CrmA, a poxvirus-encodtion of caspase-3 and caspase-7 following Fas-induced apoptosis in mouse ed serpin, inhibits cytotoxic T-lymphocyte-mediated apoptosis. J Biol liver. J Biol Chem 1998; 273: 10815-8. Chem 1995; 270: 22705-8. 10. Susin SA, Lorenzo HK, Zamzami N, Marzo I, Brenner C, Larochette N, et 31. Martinou I, Fernández PA, Missotten M, White E, Allet B, Sadoul R, et al. Mitochondrial release of caspase-2 and -9 during the apoptotic proal. Viral proteins E1B19K and p35 protect sympathetic neurons from cell cess. J Exp Med 1999; 189: 381-93. death induced by NGF deprivation. J Cell Biol 1995; 128: 201-8. 11. Raoul C, Henderson CE, Pettmann B. Programmed cell death of embry32. Beidler DR, Tewari M, Friesen PD, Poirier G, Dixit VM. The baculovirus onic motoneurons triggered through the Fas death receptor. J Cell Biol p35 protein inhibits Fas- and tumor necrosis factor-induced apoptosis. J 1999; 147: 1049-62. Biol Chem 1995; 270: 16526-8. 12. Ivins KJ, Thornton PL, Rohn TT, Cotman CW. Neuronal apoptosis induced 33. Rothe M, Pan MG, Henzel WJ, Ayres TM, Goeddel DV. The by beta-amyloid is mediated by caspase-8. Neurobiol Dis 1999; 6: 440-9. TNFR2-TRAF signaling complex contains two novel proteins related to 13. Zou H, Henzel WJ, Liu X, Lutschg A, Wang X. Apaf-1, a human protein baculoviral inhibitor of apoptosis proteins. Cell 1995; 83: 1243-52. homologous to C. elegans CED-4, participates in cytochrome c-dependent 34. Liston P, Roy N, Tamai K, Lefebvre C, Baird S, Cherton-Horvat G, et al. activation of caspase-3. Cell 1997; 90: 405-13. Suppression of apoptosis in mammalian cells by NAIP and a related fam14. Nakagawa T, Zhu H, Morishima N, Li E, Xu J, Yankner BA, et al. ily of IAP genes. Nature 1996; 379: 349-53. Caspase-12 mediates endoplasmic-reticulum-specific apoptosis and cyto35. Uren AG, Pakusch M, Hawkins CJ, Puls KL, Vaux DL. Cloning and extoxicity by amyloid-beta. Nature 2000; 403: 98-103. pression of apoptosis inhibitory protein homologs that function to inhibit 15. Zhivotovsky B, Orrenius S, Brustugun OT, Doskeland SO. Injected cytoapoptosis and/or bind tumor necrosis factor receptor-associated factors. chrome c induces apoptosis. Nature 1998; 391: 449-50. Proc Natl Acad Sci U S A 1996; 93: 4974-8. 16. Neame SJ, Rubin LL, Philpott KL. Blocking cytochrome c activity within 36. Duckett CS, Nava VE, Gedrich RW, Clem RJ, van Dongen JL, Gilfillan intact neurons inhibits apoptosis. J Cell Biol 1998; 142: 1583-93. MC, et al. A conserved family of cellular genes related to the baculovirus 17. Krohn AJ, Wahlbrink T, Prehn JH. Mitochondrial depolarization is not iap gene and encoding apoptosis inhibitors. EMBO J 1996; 15: 2685-94. required for neuronal apoptosis. J Neurosci 1999; 19: 7394-404. 37. Harada J, Sugimoto M. Activation of caspase-3 in beta-amyloid-induced 18. González-Fraguela ME, Castellano-Benítez O, González-Hoyuela M. apoptosis of cultured rat cortical neurons. Brain Res 1999; 842: 311-23. Estrés oxidativo en las neurodegeneraciones. Rev Neurol 1999; 28: 504-11. 38. Jordán J, Galindo MF, Miller RJ. Role of calpain-and interleukin-1 beta 19. Liu W, Kato M, Akhand AA, Hayakawa A, Suzuki H, Miyata T, et al. converting enzyme-like proteases in the beta-amyloid-induced death of 4-Hydroxynonenal induces a cellular redox status-related activation of rat hippocampal neurons in culture. J Neurochem 1997; 68: 1612-21. the caspase cascade for apoptotic cell death. J Cell Sci 2000; 113: 635-41. 39. Kim TW, Pettingell WH, Jung YK, Kovacs DM, Tanzi RE. Alternative 20. Yang X, Stennicke HR, Wang B, Green DR, Janicke RU, Srinivasan A, et cleavage of Alzheimer-associated presenilins during apoptosis by a al. Granzyme B mimics apical caspases. Description of a unified pathway caspase-3 family protease. Science 1997; 277: 373-6. for transactivation of executioner caspase-3 and -7. J Biol Chem 1998; 40. Spooren WP, Hengerer B. DNA laddering and caspase 3-like activity in 273: 34278-83. the spinal cord of a mouse model of familial amyotrophic lateral sclerosis. 21. Wood DE, Newcomb EW. Caspase-dependent activation of calpain durCell Mol Biol 2000; 46: 63-9. ing drug-induced apoptosis. J Biol Chem 1999; 274: 8309-15. 41. Li M, Ona VO, Guegan C, Chen M, Jackson-Lewis V, Andrews LJ, et al. 22. Kohli V, Madden JF, Bentley RC, Clavien PA. Calpain mediates ischemic Functional role of caspase-1 and caspase-3 in an ALS transgenic mouse injury of the liver through modulation of apoptosis and necrosis. Gastromodel. Science 2000; 288: 335-9. enterology 1999; 116: 168-78. 42. Schierle GS, Hansson O, Leist M, Nicotera P, Widner H, Brundin P. 23. Thornberry NA, Peterson EP, Zhao JJ, Howard AD, Griffin PR, Chapman Caspase inhibition reduces apoptosis and increases survival of nigral transKT. Inactivation of interleukin-1 beta converting enzyme by peptide plants. Nat Med 1999; 5: 97-100. (acyloxy)methyl ketones. Biochemistry 1994; 33: 3934-40. 43. Cutillas B, Espejo M, Gil J, Ferrer I, Ambrosio S. Caspase inhibition pro- REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340 339 J. JORDÁN, ET AL 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. tects nigral neurons against 6-OHDA-induced retrograde degeneration. Neuroreport 1999; 10: 2605-8. Ferrer I. Mecanismos de muerte neuronal en la isquemia cerebral. Rev Neurol 1999; 29: 515-21. Schulz JB, Weller M, Matthews RT, Heneka MT, Groscurth P, Martinou JC, et al. Extended therapeutic window for caspase inhibition and synergy with MK-801 in the treatment of cerebral histotoxic hypoxia. Cell Death Differ 1998; 5: 847-57. Kuida K, Haydar TF, Kuan CY, Gu Y, Taya C, Karasuyama H, et al. Reduced apoptosis and cytochrome c-mediated caspase activation in mice lacking caspase 9. Cell 1998; 94: 325-37. Kuida K, Zheng TS, Na S, Kuan C, Yang D, Karasuyama H, et al. Decreased apoptosis in the brain and premature lethality in CPP32-deficient mice. Nature 1996; 384: 368-72. Bergeron L, Pérez GI, McDonald G, Shi L, Sun Y, Jurisicova A, et al. Defects in regulation of apoptosis in caspase-2-deficient mice. Genes Dev 1998; 12: 1304-14. Haviv R, Lindenboim L, Yuan J, Stein R. Need for caspase-2 in apoptosis of growth-factor-deprived PC12 cells. J Neurosci Res 1998; 52: 491-7. Li P, Allen H, Banerjee S, Franklin S, Herzog L, Johnston C, et al. Mice deficient in IL-1 beta-converting enzyme are defective in production of mature IL-1 beta and resistant to endotoxic shock. Cell 1995; 80: 401-11. Kawasaki H, Kawashima S. Regulation of the calpain-calpastatin system by membranes Mol Membr Biol 1996; 13: 217-24. Mellgren RL. Specificities of cell permeant peptidyl inhibitors for the proteinase activities of mu-calpain and the 20 S proteasome. J Biol Chem 1997; 272: 29899-903. Melloni E, Pontremoli S. The calpains. Trends Neurosci 1989; 12: 438-44. Kawasaki H, Imajoh S, Kawashima S, Hayashi H, Suzuki K. The small subunits of calcium dependent proteases with different calcium sensitivities are identical. J Biochem 1986; 99: 1525-32. Suzuki K, Sorimachi H, Yoshizawa T, Kinbara K, Ishiura S. Calpain: novel family members, activation and physiologic function. Biol Chem Hoppe-Seyler 1995; 376: 523-9. Brorson JR, Zhang H. Disrupted [Ca2+] i homeostasis contributes to the toxicity of nitric oxide in cultured hippocampal neurons. J Neurochem 1997; 69: 1882-9. Wood DE, Thomas A, Devi LA, Berman Y, Beavis RC, Reed JC, et al. Bax cleavage is mediated by calpain during drug-induced apoptosis. Oncogene 1998; 17: 1069-78. Goll DE, Thompson VF, Taylor RG, Zalewska T.Is calpain activity regulated by membranes and autolysis or by calcium and calpastatin? Bioessays 1992; 14: 549-56. Kubbutat MH, Vousden KH. Proteolytic cleavage of human p53 by calpain: a potential regulator of protein stability. Mol Cell Biol 1997; 17: 460-8. CISTEÍNA PROTEASAS Y NEURODEGENERACIÓN Resumen. Objetivo. Revisar el papel que desempeñan las cisteína proteasas en diversos procesos fisiológicos y patológicos. Desarrollo. Los procesos apoptóticos tienen una función crucial en el control del número de células en los organismos pluricelulares, tanto durante su desarrollo como a lo largo de la vida. Sus alteraciones se encuentran relacionadas íntimamente con diferentes patologías que englobarían desde el cáncer, con disminución de los procesos apoptóticos, a las enfermedades degenerativas, con aumento de dichos procesos. Aunque los estímulos capaces de inducir apoptosis son muy diversos, los fenotipos apoptóticos son muy similares. Diferentes rutas metabólicas están implicadas en la apoptosis y en sus alteraciones, tanto a nivel transcripcional como postranscripcional. Estas últimas constituyen el eje de este artículo; en concreto, revisamos el papel de la familia de las cisteína proteasas –con las caspasas y las calpaínas como mejores representantes– que han sido relacionadas con diferentes modelos degenerativos. A lo largo de esta revisión se presentan los estímulos y cascadas de señalización intracelular que conllevan a su activación. Conclusión. Estas proteasas están implicadas en un gran número de situaciones fisiológicas (desarrollo y mantenimiento del número de células de los tejidos) y patológicas, y podrían considerarse posibles dianas terapéuticas en enfermedades neurodegenerativas tales como la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis lateral amiotrófica, la enfermedad de Parkinson y la corea de Huntington. [REV NEUROL 2000; 31: 333-40] [http://www.revneurol.com/3104/j040333.pdf] Palabras clave. Apoptosis. Calpaínas. Caspasas. Mitocondria. Neurodegeneración. Proteasas. 340 60. Cooray P, Yuan Y, Schoenwaelder SM, Mitchell CA, Salem HH, Jackson SP. Focal adhesion kinase (pp125FAK) cleavage and regulation by calpain. Biochem J 1996; 318: 41-7. 61. Johnson GV, Jope RS, Binder LI.Proteolysis of tau by calpain. Biochem Biophys Res Commun 1989; 163: 1505-11. 62. Song DK, Malmstrom T, Kater SB, Mykles DL. Calpain inhibitors block Ca(2+)-induced suppression of neurite outgrowth in isolated hippocampal pyramidal neurons. J Neurosci Res 1994; 39: 474-81. 63. Faddis BT, Hasbani MJ, Goldberg MP. Calpain activation contributes to dendritic remodeling after brief excitotoxic injury in vitro. J Neurosci 1997; 17: 951-9. 64. López-de Munain A, Urtasun A, Poza JJ, Ruiz J, Sáenz A, Cobo AM, Lasa A, et al. Alteraciones en las proteínas funcionales. Déficit de calpaína 3. Rev Neurol 1999: 28: 158-64. 65. Adamec E, Beermann ML, Nixon RA. Calpain I activation in rat hippocampal neurons in culture is NMDA receptor selective and not essential for excitotoxic cell death. Brain Res Mol Brain Res 1998; 54: 35-48. 66. Nixon RA, Saito KI, Grynspan F, Griffin WR, Katayama S, Honda T, et al. Calcium-activated neutral proteinase (calpain) system in aging and Alzheimer’s disease. Ann N Y Acad Sci 1994; 747: 77-91. 67. Canu N, Dus L, Barbato C, Ciotti MT, Brancolini C, Rinaldi AM, et al. Tau cleavage and dephosphorylation in cerebellar granule neurons undergoing apoptosis. J Neurosci 1998; 18: 7061-74. 68. Mouatt-Prigent A, Karlsson JO, Agid Y, Hirsch EC. Increased M-calpain expression in the mesencephalon of patients with Parkinson’s disease but not in other neurodegenerative disorders involving the mesencephalon: a role in nerve cell death? Neuroscience 1996; 73: 979-87. 69. Liebetrau M, Staufer B, Auerswald EA, Gabrijelcic-Geiger D, Fritz H, Zimmermann C, et al. Increased intracellular calpain detection in experimental focal cerebral ischemia. Neuroreport 1999; 10: 529-34. 70. Yokota M, Saido TC, Tani E, Kawashima S, Suzuki K. Three distinct phases of fodrin proteolysis induced in postischemic hippocampus. Involvement of calpain and unidentified protease. Stroke 1995; 26: 1901-7. 71. Chen ZF, Schottler F, Lee KS. Neuronal recovery after moderate hypoxia is improved by the calpain inhibitor MDL28170. Brain Res 1997; 769: 188-92. 72. Corasaniti MT, Navarra M, Catani MV, Melino G, Nistico G, Finazzi-Agro A. NMDA and HIV-1 coat protein, GP120, produce necrotic but not apoptotic cell death in human CHP100 neuroblastoma cultures via a mechanism involving calpain. Biochem Biophys Res Commun 1996; 229: 299-304. 73. Wang KK, Nath R, Posner A, Raser KJ, Buroker-Kilgore M, Hajimohammadreza I, et al. An alpha-mercaptoacrylic acid derivative is a selective nonpeptide cell-permeable calpain inhibitor and is neuroprotective. Proc Natl Acad Sci U S A 1996; 93: 6687-92. CISTEÍNA PROTEASES E A NEURODEGENERESCÊNCIA Resumo. Objectivo. Rever o papel desempenhado pelas cisteína proteases em diversos processos fisiológicos e patológicos. Desenvolvimento. Os processos apoptóticos possuem uma função crucial no controlo do número de células nos organismos pluricelulares, tanto durante o seu desenvolvimento, como ao longo da sua vida. As suas alterações estão intimamente relacionadas com diferentes patologias que englobam desde o cancro, com diminuição dos processos apoptóticos, às doenças degenerativas, com aumento dos referidos processos. Embora os estímulos capazes de induzir a apoptose sejam muito diversos, os fenotipos apoptóticos são muito semelhantes. Na apoptose e nas suas alterações, estão envolvidas diferentes vias metabólicas, tanto a nível da transcripção como pós-transcripcional. Estas últimas constituem o eixo deste artigo; em concreto, revemos o papel da família das cisteína proteases, com as caspases e calpaínas como melhores representantes, tendo sido relacionadas com diferentes modelos degenerativos. Ao longo desta revisão apresentam-se os estímulos e as cascatas de sinalização intracelular que sustentam a sua activação. Conclusão. Estas proteases estão implicadas num grande número de situações fisiológicas (desenvolvimento e manutenção do número de células dos tecidos) e patológicas, podendo ser consideradas como possíveis esquemas na posologia em doenças neurodegenerativas, tais como a doença de Alzheimer, a esclerose lateral amiotrófica, doença de Parkinson e Coreia de Huntington. [REV NEUROL 2000; 31: 333-40] [http://www.revneurol.com/3104/j040333.pdf] Palavras chave. Apoptose. Calpaínas. Caspasa. Mitocôndria. Neurodegenerescência. Proteases. REV NEUROL 2000; 31 (4): 333-340
