Participación de ask1 en la neurodegeneración mediada por paraquat

Resumen

Estudios epidemiológicos señalan que ciertos factores medioambientales incrementan el riesgo de padecer la enfermedad de Parkinson. Entre ellos podemos señalar pesticidas, herbicidas o residuos industriales. De todos ellos, podemos destacar el herbicida paraquat por su potencial riesgo de inducir parkinsonismo debido a su demostrada neurotoxicidad y su semejanza estructural con el MPP+(1-metil-4-fenilpiridinio), sustancia que induce un síndrome clínicamente similar a la enfermedad de Parkinson. Estudios realizados en nuestro grupo han demostrado que paraquat (1,1'-dimetil-4,4'-bipiridinio) induce estrés oxidativo en la célula. Una de las vías de señalización más importantes activadas en respuesta a estrés es la cascada ASK1-MAPK. La proteína ASK1 (apoptosis-signal regulating kinase 1) está implicada en la activación de p38 y JNK desencadenando la muerte celular. Así, en este estudio demostramos que la sobreexpresión de ASK1 exacerba la activación de estas quinasas así, como la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), induciendo la apoptosis celular. Por el contrario, el silenciamiento de ASK1 suprimió la activación de estas quinasas eliminando, en parte, la generación de ROS y protegiendo a las células de la apoptosis inducida por paraquat. Al tratar las células con inhibidores específicos de JNK y p38, SP 600125 y SB 203580, respectivamente, observamos una reducción significativa de la muerte celular, lo cual revela la implicación directa de estas dos proteínas en la toxicidad mediada por paraquat a través de la activación de ASK1. Para comprobar la importancia de las especies reactivas de oxígeno en este modelo, utilizamos distintas sustancias antioxidantes como la vitamina E, y observamos una disminución significativa de la muerte celular, lo que sugiere el importante papel del estrés oxidativo. Además estudiamos el mecanismo molecular implicado en la neurotoxicidad mediada por paraquat a través de ASK1 utilizando fibroblastos de ratón knock out para Nrf2 (implicado en la síntesis de tiorredoxina, regulador negativo ) y Keap1 (que regula la degradación de Nrf2), demostrando la importancia de ambas proteínas en este mecanismo de neurotoxicidad. La proteína ASK1 está relacionada con varias enfermedades neurodegenerativas a través del estrés del retículo. La célula, bajo condiciones de estrés de retículo, activa la respuesta adaptativa UPR, la cual media la fosforilación de una serie de proteínas transmembrana como IRE1, PERK y ATF6. Esta vía adaptativa es una respuesta de supervivencia, sin embargo, si la señal de estrés persiste o aumenta, esta respuesta puede cambiar de una señal de supervivencia a una señal proapoptótica. Además de su implicación en apoptosis, la vía IRE1/ASK1/JNK está implicada en la respuesta autofágica mediada por estrés de retículo. En este sentido, estudiamos el papel de ASK1 en la autofagia inducia por PQ. Observamos que la sobreexpresión de la proteína induce una respuesta autofágica. Para estudiar el papel que tiene la autofagia en nuestro modelo, utilizamos un inhibidor clásico de esta vía, 3-metiladenina, y apreciamos un aumento de la apoptosis inducida por PQ.. Comprobamos que la sobreexpresión de la proteína y su posterior tratamiento con el pesticida se tradujo en un aumento de la señal de las proteínas de estrés de retículo. Los resultados revelan que paraquat induce estrés de retículo correlacionado con la activación de la autofagia como un mecanismo protector, pero cuando el estímulo tóxico se mantiene, la señal de estrés de retículo persiste, activándose las vías de muerte celular que desencadenan finalmente en la apoptosis celular. Finalmente, centramos nuestro estudio en el posible efecto combinado de la exposición a un tóxico medioambiental (paraquat) y la susceptibilidad genética (park-7), dado que la combinación de estos efectos se sospecha que juega un papel importante en la patogénesis de la enfermedad de Parkinson. Observamos que el tratamiento con paraquat redujo los niveles de la proteína antioxidante DJ-1 (park-7). En este trabajo mostramos que DJ-1 juega un papel importante en la autofagia inducia por PQ. Realizamos estudios de silenciamiento, y observamos un aumento de la muerte celular apoptótica, así como la inhibición de la respuesta autofágica inducia por paraquat. Estos datos revelaron que DJ-1 tiene un papel importante en la autofagia mediada por este herbicida. El esclarecimiento de los mecanismos moleculares implicados en la neurotoxicidad mediada por pesticidas como el paraquat y su relación con la enfermedad de Parkinson permitirá la elaboración de estrategias que puedan inhibir la muerte neuronal inducida por estas sustancias así como identificar las posibles dianas moleculares sobre las que se tendría que actuar. Este modelo permitiría asimismo ampliar el conocimiento de los procesos neurodegenerativos, patologías hasta la fecha incurables.