Meccanismi Biochimici delle Neurodegenerazioni

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Eduardo Petrucci
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1 Meccanismi Biochimici delle Neurodegenerazioni Lesson1 Lesson2 Lesson3 Lesson4 Lesson5 Lesson6 INDEX Intro Aggregazione proteica: ripiegamento delle proteine sistema di controllo qualità delle proteine sistema di smaltimento delle proteine Trasporto Assonale Mitocondri: stress ossidativo apoptosi metabolismo energetico Alzheimer Parkinson (Prion) Huntington ALS Journal club Journal club

proteine sistema di smaltimento delle proteine Trasporto Assonale Mitocondri: stress ossidativo

2 MALATTIE NEURODEGENERATIVE progressiva alterazione di funzioni di sistemi neuronali che alla fine portano alla morte delle cellule neuronali le malattie ad eziologia vascolare, metabolica, autoimmune non sono considerate neurodegenerative estrema variabilità: -processi altamente ristretti che coinvolgono specifici gruppi di cellule nervose o specifiche vie nervose, in aree definite del cervello -danni cellulari relativamente diffusi ad aree estese del SNC

neurodegenerative estrema variabilità: -processi altamente ristretti che coinvolgono specifici gruppi di cellule

3 Le manifestazioni cliniche dipendono dai sistemi neuronali coinvolti nel corso della malattia Due tipi principali di sintomi clinici DEMENZE: disordini cognitivi, associativi, caratteriali e di memoria DISORDINI DEL MOVIMENTO: Ipercinesia, acinesia, paralisi Molte delle malattie neurodegenerative presentano entrambe le classi di sintomi in qualche momento nel corso della progressione della malattia

memoria DISORDINI DEL MOVIMENTO: Ipercinesia, acinesia, paralisi Molte delle malattie

4 Le malattie neurodegenerative rappresentano un processo dinamico Lesioni cellulari specifiche Interessamento di circuiti neuronali collegati Modificazione del processo neurodegenerativo ad opera di cellule non neuronali (astrociti e microglia) Progressione temporale (da mesi ad anni)

collegati Modificazione del processo neurodegenerativo ad opera di

5 Modalità di trasmissione delle neurodegenerazioni: Sporadica Familiare

6 Geni responsabili di alcune malattie neurodegenerative

7 CLASSIFICAZIONE DELLE MALATTIE NEURODEGENERATIVE DEMENZE (degenerazioni corticali) -Alzheimer -Demenze a corpi di Lewy -Demenze Fronto-temporali DISORDINI DEL MOVIMENTO: Sindromi acinetiche: Parkinson, Palsia supranucleare progressiva Malattie dei sistemi motori: Sclerosi Laterale Amiotrofica Sindromi ipercinetiche: Hungtington Atassie cerebellari: genetiche-sporadiche

Sindromi acinetiche: Parkinson, Palsia supranucleare progressiva Malattie dei sistemi

8 Organizzazione del SNC_1 1. Midollo spinale 2. Bulbo 3. Ponte-cervelletto 4. Mesencefalo 5. Diencefalo 6. Emisferi cerebrali

9 Organizzazione del SNC_2 Afferenze sensitive da muscoli-cute-articolazioni MIDOLLO SPINALE Nervi spinali Tronco e Arti Efferenze (motoneuroni) ai muscoli Troco encefalico Bulbo Ponte CERVELLETTO Mesencefalo Nervi cranici Afferenze sensitive da muscoli-cute-articolazioni Efferenze (motoneuroni) ai muscoli Capo-Faccia-Collo

Troco encefalico Bulbo Ponte CERVELLETTO Mesencefalo Nervi cranici Afferenze

10 Organizzazione del SNC_3 Bulbo Pressione sanguigna-respirazione Ponte Cervelletto Trasferimento informazioni tra emisferi e cervelletto Afferenze somato-sensitive dal Midollo Informazioni dalla corteccia motrice Informazione dagli organi di equilibrio dell orecchio interno Mesencefalo INTEGRAZIONE Movimenti oculari Movimenti muscoli scheletrici Regola il piano dei movimenti: Sequenza temporale contrazioni muscolari Postura

corteccia motrice Informazione dagli organi di equilibrio dell orecchio interno Mesencefalo INTEGRAZIONE

11 DIENCEFALO Talamo Ipotalamo Coscienza-ormoni ipofisiari EMISFERI CEREBRALI: Corteccia Nuclei della base Regolazione del movimento Funzioni cognitive sistema limbico Ippocampo amigdala Memoria Processi emozionali

della base Regolazione del movimento Funzioni

12 SOMATOSENSITIVA MOTRICE CORTECCIA: giri e solchi 4 LOBI: frontale parietale temporale occipitale Associativa parietotemporooccipitale Associativa prefrontale AREE SENSORIALI MOTRICI ASSOCIATIVE Elaborazione delle informazioni sensoriali Integrazione segnali efferenti per il Controllo dei movimenti Integrazione segnali necessari per esecuzione azioni Percezione Movimento Motivazione

ASSOCIATIVE Elaborazione delle informazioni sensoriali Integrazione segnali efferenti per il

13 Localizzazione delle lesioni nel sistema nervoso

14 circuito nigro-striatale (gangli della base) Malattia di Parkinson

15 Malattia di Alzheimer

16 motoneuroni Sclerosi Laterale Amiotrofica

17 Malattia di Hungtington movimenti ipercinetici incontrollati (corea) difetti cognitivi e comportamentali

18 Meccanismi condivisi nelle neurodegenerazioni Aggregazione proteica: Danno mitocondriale: ripiegamento delle proteine sistema di controllo qualità delle proteine sistema di smaltimento delle proteine stress ossidativo apoptosi metabolismo del calcio metabolismo energetico

di controllo qualità delle proteine sistema di smaltimento delle

19 La caratteristica più comune delle malattie neurodegenerative è la presenza di lesioni a livello del sistema nervoso centrale, caratterizzate dalla presenza negli spazi intra- ed extra-cellulari di agglomerati proteici costituiti da proteine specifiche per ciascuna neurodegenerazione AGGREGAZIONE

dalla presenza negli spazi intra- ed extra-cellulari di agglomerati

20 Malattie neurodegenerative caratterizzate dall accumulo di aggregati proteici AGGREGAZIONE

21 inclusioni e placche proteiche in varie neurodegenerazioni tangles intracellulari (tau) Placche amiloidi di PrPSc Ataxina-3 placche amiloidi extracellulari (β-amiloide) corpi di Lewy Ataxina-3 Inclusioni neurofibrillari (A) Alzheimer's disease. (B) Pick's disease. (C) Prion disease. (D) Parkinson's disease. (E) Machado-Joseph's disease. (F) 40. AGGREGAZIONE

22 La funzione delle proteine cellulari dipende dalla loro struttura tridimensionale La struttura tridimensionale è acquisita attraverso il ripiegamento (FOLDING) delle catene polipeptidiche codificate dal genoma nucleare e mitocondriale. Alterazioni nella catena polipeptidica (modificazioni geniche acquisite o ereditate; modificazioni aminoacidiche) possono interferire con il normale ripiegamento, dando vita a proteine mal ripiegate (MISFOLDING) A seconda della proteina, del compartimento cellulare, del sistema di controllo di qualità delle proteine e di fattori ambientali, le conseguenze del misfolding possono essere molto diverse Tuttavia, la maggior parte delle malattie neurodegenerative possono essere considerate malattie da misfolding proteico (malattie conformazionali) AGGREGAZIONE

23 Ripiegamento delle proteine_1 La sequenza aminoacidica contiene tutte le informazioni per il corretto ripiegamento della proteina nella sua stato nativo (Anfinsen 1973) Lo stato nativo di una protena corrisponde alla struttura più stabile (< energia libera) in condizioni fisiologiche. Il numero totale di possibili conformazioni di una catena polipeptidica è enorme. Tempi astronomici per un ripiegamento basato sulla ricerca sistematica di tutte le conformazioni possibili (paradosso di Levinthal).? AGGREGAZIONE

24 stati di transizione 10 3 stato nativo (1) Ripiegamento delle proteine_2 configurazioni iniziali possibili (10 16 ) Chaperoni Energia Libera configurazioni compatte AGGREGAZIONE

25 Ripiegamento delle proteine_3 Lo stato nativo di una proteina non è sempre quello energicamente più stabile Le proteine possono andare incontro ad un ripiegamento non corretto ma corrispondente ad un minimo di energia libera, che è incline all aggregazione Gli aggregati sono strutture estremamente stabili Il destino di una proteina è il risultato di una battaglia tra conformazioni stabilizzate da interazioni intramolecolari (stato nativo) ed intermolecolari (stato aggregato) AGGREGAZIONE

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