Cdl in Chimica e tecnologie farmaceutiche

Corso: Basi biochimiche dell’azione dei farmaci

Università di Pisa

IL PARKINSON

Jessica Caciolla

A.A 2014/2015Pisa, 18/11/2014

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 3-

MONOOSSIGENASI:

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.

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.

K= lisina

N= asparagina

T= treonina

R= arginina

P= prolina

DISFUNZIONE MITOCONDRIALE

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.

Schematic represemtation of genes implicated in the mitochondria network. (Exner 2012)

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

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.

(Adapted for La Voie 2005)

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)