Identificación de nuevas rutas de patogénesis y dianas terapéuticas en la enfermedad de parkinson mediante el uso de modelos biomédicos

Resumen

La enfermedad de Parkinson (EP) es la segunda enfermedad neurodegenerativa más común, caracterizada por la pérdida progresiva de neuronas dopaminérgicas en la substantia nigra pars compacta. Esto conduce a una disminución de los niveles de dopamina en el núcleo estriado, causando los síntomas motores típicos de la enfermedad. Entre las principales causas de la neurodegeneración se encuentran el estrés oxidativo (EO) y la disfunción mitocondrial. Aunque la mayoría de los casos de EP son idiopáticos, se ha demostrado que entre el 5 y el 10% de ellos son formas familiares de la enfermedad causadas por mutaciones en determinados genes. Uno de ellos es el gen DJ-1, cuyas mutaciones están asociadas a casos familiares de la EP de inicio temprano. Además, se ha demostrado que en los cerebros de los pacientes con formas idiopáticas de la EP se acumula una forma sobreoxidada e inactiva de la proteína DJ-1. Curiosamente, DJ-1 desempeña un papel esencial en la defensa contra el EO y participa en la homeostasis mitocondrial, entre otras muchas funciones. En la actualidad, la EP es una enfermedad incurable cuya fisiopatología aún no está clara. Además, es urgente descubrir nuevos biomarcadores y dianas terapéuticas para facilitar su diagnóstico y tratamiento. En este contexto, se han desarrollado modelos de la EP en varios organismos que han permitido descubrir diferentes mecanismos patogénicos subyacentes a esta enfermedad. En este trabajo se ha empleado un modelo de la EP generado en Drosophila y basado en la falta de función de DJ-1β (ortólogo en Drosophila del gen DJ-1 humano). Las moscas mutantes DJ-1β muestran fenotipos relacionados con la enfermedad, como defectos motores, aumento de los niveles de EO e incremento de la carbonilación de proteínas. Dado que la modificación oxidativa de las proteínas puede alterar su función, nos planteamos identificar aquellas específicamente carboniladas en las moscas modelo para aumentar nuestra comprensión de la patogénesis de la EP, así como para descubrir posibles dianas terapéuticas para el desarrollo de nuevas estrategias de tratamiento. Para ello, se realizó un ensayo de proteómica redox en los mutantes DJ-1β en el que se identificaron proteínas con niveles aumentados de carbonilación en estas moscas respecto a las moscas control. El análisis de algunas de las proteínas identificadas en el modelo de la EP en Drosophila mostró un aumento en la actividad de enzimas de la ruta glucolítica, como la fosfofructoquinasa y la enolasa, y una disminución de la función de la proteína SERCA, implicada en el mantenimiento de la homeostasis del calcio. Estos resultados fueron confirmados en un modelo de la EP generado en células humanas de neuroblastoma deficientes en DJ-1. En conjunto, estos sugieren que la pérdida de función de DJ-1 provoca un aumento de la tasa glucolítica y que la alteración de la actividad de la proteína SERCA podría estar implicada en la fisiopatología de la EP. También demostramos que el tratamiento con compuestos que aumentan la glucólisis, como la meclizina o el dimetilfumarato, o que aumentan la actividad de SERCA, como el CDN1163, suprimen los fenotipos presentes en ambos modelos de la EP basados en la falta de función de DJ-1. Además, realizamos un estudio metabolómico en moscas deficientes en DJ-1β con el fin de identificar otras rutas metabólicas que podrían estar implicadas en la patogénesis de la EP. Nuestros resultados mostraron que las moscas modelo de la EP presentan alteraciones en el metabolismo de las proteínas, el ciclo del ácido cítrico, y un cambio en la ruta principal de obtención de energía hacia la glucólisis, además de un aumento en la expresión de algunas enzimas del ciclo de la urea. Así, estas alteraciones metabólicas podrían estar contribuyendo a la patogénesis de la EP y constituir potenciales dianas terapéuticas y/o biomarcadores para esta enfermedad.