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La beta amiloide ( o Abeta ) denota péptidos de 36 a 43 aminoácidos que son el componente principal de las placas amiloides que se encuentran en el cerebro de las personas con enfermedad de Alzheimer . [2] Los péptidos derivan de la proteína precursora amiloide (APP), que es escindida por la beta secretasa y la gamma secretasa para producir Aβ. Las moléculas de Aβ pueden agregarse para formar oligómeros solubles flexiblesque puede existir en varias formas. Ahora se cree que ciertos oligómeros mal plegados (conocidos como "semillas") pueden inducir a otras moléculas Aβ a tomar también la forma oligomérica mal plegada, lo que lleva a una reacción en cadena similar a una infección por priones . Los oligómeros son tóxicos para las células nerviosas . [3] La otra proteína implicada en la enfermedad de Alzheimer, la proteína tau , también forma oligómeros mal plegados similares a priones, y existe alguna evidencia de que el Aβ mal plegado puede inducir a tau mal plegado. [4] [5]

Un estudio ha sugerido que la APP y su potencial amiloide son de orígenes antiguos, que se remontan a los primeros deuterostomas . [6]

Función normal [ editar ]

La función normal de Aβ no se comprende bien. [7] Aunque algunos estudios en animales han demostrado que la ausencia de Aβ no conduce a una pérdida obvia de la función fisiológica, [8] [9] se han descubierto varias actividades potenciales para Aβ, incluida la activación de las enzimas quinasas , [10] [ 11] protección contra el estrés oxidativo , [12] [13] regulación del transporte de colesterol , [14] [15] funcionando como factor de transcripción , [16] [17] y actividad antimicrobiana (potencialmente asociada con elactividad inflamatoria ). [18] [19] [20]

El sistema glifático elimina los desechos metabólicos del cerebro de los mamíferos y, en particular, los beta amiloides. [21] De hecho, estudios genéticos y bioquímicos han implicado a varias proteasas como responsables del reconocimiento y degradación de los beta amiloides; estos incluyen enzima degradante de insulina. [22] y proteasa de presecuencia [23] La tasa de eliminación aumenta significativamente durante el sueño. [24] Sin embargo, se desconoce la importancia del sistema linfático en la eliminación de Aβ en la enfermedad de Alzheimer. [25]

Asociaciones de enfermedades [ editar ]

El Aβ es el componente principal de las placas amiloides , depósitos extracelulares que se encuentran en el cerebro de las personas con enfermedad de Alzheimer. [26] Aβ también puede formar los depósitos que recubren los vasos sanguíneos cerebrales en la angiopatía amiloide cerebral . Las placas están compuestas por una maraña de agregados ordenados regularmente llamados fibrillas amiloides , [27] un pliegue proteico compartido por otros péptidos como los priones asociados con enfermedades de plegamiento incorrecto de proteínas.

Enfermedad de Alzheimer [ editar ]

La investigación sugiere que las formas oligoméricas solubles del péptido pueden ser agentes causantes del desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. [28] [29] Generalmente se cree que los oligómeros Aβ son los más tóxicos. [30] La hipótesis del canal iónico postula que los oligómeros de Aβ soluble no fibrilar forman canales iónicos de membrana que permiten el influjo de calcio no regulado en las neuronas [31] que subyace a la alteración de la homeostasis y la apoptosis del ión calcio que se observa en la enfermedad de Alzheimer. [32] [33]Los estudios computacionales han demostrado que también los péptidos Aβ incrustados en la membrana como monómeros con configuración helicoidal predominante, pueden oligomerizar [34] y eventualmente formar canales cuya estabilidad y conformación se correlacionan sensiblemente con la presencia y disposición concomitantes del colesterol. [35] Varios estudios genéticos, de biología celular, bioquímicos y animales apoyan el concepto de que el Aβ desempeña un papel central en el desarrollo de la patología de la enfermedad de Alzheimer. [36] [37]

El Aβ cerebral está elevado en personas con enfermedad de Alzheimer esporádica. El Aβ es el componente principal del amiloide vascular y del parénquima cerebral ; contribuye a las lesiones cerebrovasculares y es neurotóxico. [36] [37] [38] [39] No está resuelto cómo se acumula Aβ en el sistema nervioso central y posteriormente inicia la enfermedad de las células. Algunos investigadores han descubierto que los oligómeros Aβ inducen algunos de los síntomas de la enfermedad de Alzheimer al competir con la insulina por los sitios de unión en el receptor de insulina, lo que altera el metabolismo de la glucosa en el cerebro. [40]Se han centrado importantes esfuerzos en los mecanismos responsables de la producción de Aβ, incluidas las enzimas proteolíticas gamma y β-secretasas que generan Aβ a partir de su proteína precursora, APP (proteína precursora amiloide). [41] [42] [43] [44] El Aβ circula en el plasma, el líquido cefalorraquídeo (LCR) y el líquido intersticial cerebral (ISF) principalmente como Aβ40 soluble [36] [45] Las placas de amiloide contienen tanto Aβ40 como Aβ42, [46] mientras que el amiloide vascular es predominantemente el Aβ40 más corto. Se encontraron varias secuencias de Aβ en ambas lesiones. [47] [48] [49]La generación de Aβ en el sistema nervioso central puede tener lugar en las membranas axonales neuronales después del transporte axonal de β-secretasa y presenilina-1 mediado por APP. [50]

Los aumentos en los niveles totales de Aβ o la concentración relativa de Aβ40 y Aβ42 (donde el primero está más concentrado en placas cerebrovasculares y el segundo en placas neuríticas ) [51] se han relacionado con la patogenia de la enfermedad de Alzheimer tanto familiar como esporádica. Debido a su naturaleza más hidrófoba, el Aβ42 es la forma más amiloidogénica del péptido. Sin embargo, se sabe que la secuencia central KLVFFAE forma amiloide por sí sola y probablemente forma el núcleo de la fibrilla. [ cita requerida ]Un estudio correlacionó aún más los niveles de Aβ42 en el cerebro no solo con la aparición de la enfermedad de Alzheimer, sino que también redujo la presión del líquido cefalorraquídeo, lo que sugiere que una acumulación o incapacidad para eliminar los fragmentos de Aβ42 puede influir en la patología. [52]

La " hipótesis amiloide ", según la cual las placas son responsables de la patología de la enfermedad de Alzheimer, es aceptada por la mayoría de los investigadores, pero no está establecida de manera concluyente. Una hipótesis alternativa es que los oligómeros amiloides en lugar de las placas son los responsables de la enfermedad. [30] [53] Los ratones modificados genéticamente para expresar oligómeros pero no placas (APP E693Q ) desarrollan la enfermedad. Además, los ratones que, además, están diseñados para convertir oligómeros en placas (APP E693Q X PS1 ΔE9), no están más deteriorados que los ratones con solo oligómeros. [54] Depósitos intracelulares de proteína tautambién se observan en la enfermedad y también pueden estar implicados, al igual que la agregación de alfa sinucleína .

Cáncer [ editar ]

Si bien el Aβ se ha implicado en el desarrollo del cáncer , lo que motivó estudios sobre una variedad de cánceres para dilucidar la naturaleza de sus posibles efectos, los resultados no son en gran medida concluyentes. Los niveles de Aβ se han evaluado en relación con varios cánceres, incluidos el de esófago , colorrectal , pulmón y hepático , en respuesta a las reducciones observadas en el riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer en los supervivientes de estos cánceres. Se demostró que todos los cánceres estaban asociados positivamente con niveles aumentados de Aβ, en particular cánceres hepáticos. [55]Sin embargo, esta dirección de asociación aún no se ha establecido. Los estudios que se centran en líneas celulares de cáncer de mama humano han demostrado además que estas células cancerosas muestran un mayor nivel de expresión de la proteína precursora amiloide. [56]

Síndrome de Down [ editar ]

Los adultos con síndrome de Down tenían acumulación de amiloide en asociación con evidencia de la enfermedad de Alzheimer, incluida la disminución del funcionamiento cognitivo, la memoria, los movimientos motores finos, el funcionamiento ejecutivo y las habilidades visuoespaciales. [57]

Formación [ editar ]

Aβ se forma después de la escisión secuencial de la proteína precursora amiloide (APP), una glicoproteína transmembrana de función indeterminada. La APP puede ser escindida por las enzimas proteolíticas α- , β- y γ-secretasa ; La proteína Aβ se genera por la acción sucesiva de las secretasas β y γ. La γ secretasa, que produce el extremo C-terminal del péptido Aβ, se escinde dentro de la región transmembrana de APP y puede generar varias isoformas de 30-51 residuos de aminoácidos de longitud. [58] Las isoformas más comunes son Aβ 40 y Aβ 42.; la forma más larga se produce típicamente por escisión que se produce en el retículo endoplásmico , mientras que la forma más corta se produce por escisión en la red trans- Golgi . [59]

Genética [ editar ]

Las mutaciones autosómicas dominantes en APP causan enfermedad de Alzheimer hereditaria de inicio temprano (EA familiar, fAD). Esta forma de EA representa no más del 10% de todos los casos, y la gran mayoría de EA no se acompaña de tales mutaciones. [60] Sin embargo, es probable que la enfermedad de Alzheimer familiar sea el resultado de un procesamiento proteolítico alterado . Esto se evidencia por el hecho de que muchas mutaciones que conducen a fAD ocurren cerca de los sitios de escisión de la γ-secretasa en APP. [61] Una de las mutaciones más comunes que causan fAD, la mutación de Londres , ocurre en el codón 717 del gen APP, [62] [63]y da como resultado una sustitución de aminoácidos de valina por isoleucina. El análisis histoquímico de la mutación APP V717I ha revelado una patología extensa de Aβ a lo largo del neuroeje, así como también una angiopatía amiloide cerebral extendida (CAA). [64]

El gen de la proteína precursora amiloide se encuentra en el cromosoma 21 y, en consecuencia, las personas con síndrome de Down tienen una incidencia muy alta de la enfermedad de Alzheimer. [sesenta y cinco]

Estructura y toxicidad [ editar ]

Se piensa comúnmente que la beta amiloide está intrínsecamente desestructurada , lo que significa que en solución no adquiere un pliegue terciario único, sino que puebla un conjunto de estructuras. Como tal, no se puede cristalizar y la mayor parte del conocimiento estructural sobre la beta amiloide proviene de la RMN y la dinámica molecular . Los primeros modelos derivados de RMN de un polipéptido de 26 aminoácidos de beta amiloide (Aβ 10-35) muestran una estructura helicoidal colapsada desprovista de un contenido significativo de estructura secundaria . [66] Sin embargo, la estructura de RMN más reciente (2012) de (Aβ 1-40) tiene una estructura secundaria y terciaria significativa. [1] Intercambio de réplicaslos estudios de dinámica molecular sugirieron que la beta amiloide de hecho puede poblar múltiples estados estructurales discretos; [67] estudios más recientes identificaron una multiplicidad de agrupaciones conformacionales discretas mediante análisis estadístico. [68] Mediante simulaciones guiadas por RMN, la beta amiloide 1-40 y la beta amiloide 1-42 también parecen presentar estados conformacionales muy diferentes, [69] siendo el extremo C de la beta amiloide 1-42 más estructurado que el de la beta amiloide 1-42. 1-40 fragmento.

Las condiciones de baja temperatura y baja sal permitieron aislar oligómeros pentaméricos en forma de disco desprovistos de estructura beta. [70] Por el contrario, los oligómeros solubles preparados en presencia de detergentes parecen presentar un contenido sustancial de hojas beta con carácter mixto paralelo y antiparalelo, diferente de las fibrillas; [71] Los estudios computacionales sugieren un motivo beta-giro-beta antiparalelo en lugar de oligómeros embebidos en la membrana. [72]

Los mecanismos sugeridos por los cuales la beta amiloide puede dañar y causar la muerte neuronal incluyen la generación de especies reactivas de oxígeno durante el proceso de su autoagregación. Cuando esto ocurre en la membrana de las neuronas in vitro, provoca la peroxidación lipídica y la generación de un aldehído tóxico llamado 4-hidroxinonenal que, a su vez, altera la función de las ATPasas iónicas, los transportadores de glucosa y los transportadores de glutamato . Como resultado, la beta amiloide promueve la despolarización de la membrana sináptica, el influjo excesivo de calcio y el deterioro mitocondrial. [73] Las agregaciones del péptido beta-amiloide alteran las membranas in vitro. [74]

Estrategias de intervención [ editar ]

Los investigadores en la enfermedad de Alzheimer han identificado varias estrategias como posibles intervenciones contra el amiloide: [75]

  • Inhibidores de la β-secretasa . Estos funcionan para bloquear la primera escisión de APP dentro de la célula, en el retículo endoplásmico.
  • Inhibidores de la γ-secretasa (por ejemplo, semagacestat ). Estos funcionan para bloquear la segunda escisión de APP en la membrana celular y luego detendrían la formación posterior de Aβ y sus fragmentos tóxicos.
  • Agentes reductores selectivos de Aβ 42 (por ejemplo, tarenflurbil ). Estos modulan la γ-secretasa para reducir la producción de Aβ 42 a favor de otras versiones de Aβ (más cortas).

La β- y la γ-secretasa son responsables de la generación de Aβ a partir de la liberación del dominio intracelular de APP, lo que significa que los compuestos que pueden inhibir parcialmente la actividad de la β- y la γ-secretasa son muy buscados. Para iniciar la inhibición parcial de la β- y la γ-secretasa, se necesita un compuesto que pueda bloquear el gran sitio activo de las aspartil proteasas sin dejar de ser capaz de eludir la barrera hematoencefálica. Hasta la fecha, se han evitado las pruebas en humanos debido a la preocupación de que puedan interferir con la señalización a través de proteínas Notch y otros receptores de la superficie celular. [ cita requerida ]

  • Inmunoterapia . Esto estimula al sistema inmunológico del huésped para que reconozca y ataque el Aβ, o proporcione anticuerpos que eviten la deposición de placas o mejoren la eliminación de las placas u oligómeros de Aβ. La oligomerización es un proceso químico que convierte moléculas individuales en una cadena que consta de un número finito de moléculas. La prevención de la oligomerización de Aβ se ha ejemplificado mediante la inmunización activa o pasiva de Aβ. En este proceso, los anticuerpos contra Aβ se utilizan para disminuir los niveles de placa cerebral. Esto se logra promoviendo el aclaramiento microglial y / o redistribuyendo el péptido del cerebro a la circulación sistémica. Los anticuerpos que se dirigen al Aβ que actualmente se encuentran en ensayos clínicos incluyen aducanumab , bapineuzumab , crenezumab , gantenerumab, gantenerumab y solanezumab . [76] [77] Las vacunas beta-amiloide que se encuentran actualmente en ensayos clínicos incluyen CAD106 y UB-311 . [76] Sin embargo, las revisiones de la literatura han planteado preguntas sobre la eficacia general de la inmunoterapia. Uno de estos estudios que evaluó diez anticuerpos anti-Ab42 mostró una protección cognitiva mínima y resultados dentro de cada ensayo, ya que los síntomas habían avanzado demasiado en el momento de la aplicación para ser útil. Todavía se requiere un mayor desarrollo para la aplicación a aquellos que son presintomáticos.

para evaluar su eficacia en las primeras etapas de la progresión de la enfermedad. [78]

  • Agentes antiagregantes [79] como apomorfina o carbenoxolona . Este último se ha utilizado comúnmente como tratamiento para las úlceras pépticas, pero también muestra propiedades neuroprotectoras, que se ha demostrado que mejoran las funciones cognitivas como la fluidez verbal y la consolidación de la memoria. Al unirse con alta afinidad a los fragmentos de Aβ42, principalmente a través de enlaces de hidrógeno, la carbenoxolona captura los péptidos antes de que puedan agregarse, volviéndolos inertes, y desestabiliza los agregados ya formados, lo que ayuda a eliminarlos. [80] Este es un mecanismo de acción común de los agentes antiagregantes en general. [81]
  • Los estudios que compararon el Aβ 42 sintético con el recombinante en ensayos que midieron la tasa de fibrilación, la homogeneidad de las fibrillas y la toxicidad celular mostraron que el Aβ 42 recombinante tenía una tasa de fibrilación más rápida y una mayor toxicidad que el péptido beta 1-42 amiloide sintético. [82] [83]
  • La modulación de la homeostasis del colesterol ha arrojado resultados que muestran que el uso crónico de fármacos reductores del colesterol, como las estatinas, se asocia con una menor incidencia de EA. En ratones APP modificados genéticamente, se ha demostrado que los fármacos para reducir el colesterol reducen la patología general. Si bien el mecanismo no se comprende bien, parece que los fármacos para reducir el colesterol tienen un efecto directo sobre el procesamiento de la APP. [84] [85]
  • La memantina es un fármaco para la enfermedad de Alzheimer que ha recibido una amplia aprobación. Es un bloqueador de canales de N-metil-D-aspartato ( NMDA ) no competitivo . Al unirse al receptor NMDA con mayor afinidad que los iones Mg2 +, la memantina puede inhibir el influjo prolongado de iones Ca2 +, en particular de los receptores extrasinápticos, que constituye la base de la excitotoxicidad neuronal. Es una opción para el tratamiento de personas con enfermedad de Alzheimer de moderada a grave (efecto moderado). El estudio mostró que 20 mg / día mejoraron la cognición, la capacidad funcional y los síntomas conductuales. [86]
  • Norvaline es un fármaco candidato para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer. Es un inhibidor de la arginasa que atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica y reduce la pérdida de arginina en el cerebro. La deposición de beta amiloide se asocia con la privación de L-arginina y la neurodegeneración. Los ratones tratados con Norvaline muestran una memoria espacial mejorada, un aumento de las proteínas relacionadas con la neuroplasticidad y una disminución de la beta amiloide. [87]

Midiendo la beta amiloide [ editar ]

Micrografía que muestra beta amiloide (marrón) en placas amiloides de la corteza cerebral (parte superior izquierda de la imagen) y vasos sanguíneos cerebrales (derecha de la imagen) con inmunotinción .

Los compuestos de formación de imágenes, en particular el compuesto B de Pittsburgh , (6-OH-BTA-1, una tioflavina ), pueden unirse selectivamente a la beta amiloide in vitro e in vivo. Esta técnica, combinada con imágenes de PET , se utiliza para obtener imágenes de áreas de depósitos de placa en personas con Alzheimer. [88]

Post mortem o en biopsias de tejidos [ editar ]

La beta amiloide se puede medir semicuantitativamente con inmunotinción , lo que también permite determinar la ubicación. La beta amiloide puede ser principalmente vascular, como en la angiopatía amiloide cerebral , o en las placas amiloides de la sustancia blanca . [89]

Un método sensible es ELISA, que es un ensayo inmunoabsorbente que utiliza un par de anticuerpos que reconocen la beta amiloide. [90] [91]

La microscopía de fuerza atómica , que puede visualizar superficies moleculares a nanoescala, se puede utilizar para determinar el estado de agregación de beta amiloide in vitro. [92]

La microespectroscopía vibratoria es un método sin etiquetas que mide la vibración de las moléculas en los tejidos. [93] Las proteínas amiloides como Aβ pueden detectarse con esta técnica debido a su alto contenido de estructuras de láminas β. [94] Recientemente, la formación de fibrillas Aβ se resolvió en diferentes tipos de placa en la enfermedad de Alzheimer , lo que indica que las placas transitan diferentes etapas de su desarrollo. [95]

La interferometría de polarización dual es una técnica óptica que puede medir las primeras etapas de agregación midiendo el tamaño molecular y las densidades a medida que las fibrillas se alargan. [96] [97] Estos procesos agregados también se pueden estudiar en construcciones de bicapa lipídica. [98]

Ver también [ editar ]

  • TPM21

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Herencia mendeliana en línea en el hombre (OMIM): 104300