Remodelado del calcio intracelular y susceptibilidad a la muerte neuronal en el envejecimiento y en la enfermedad de alzheimer

Resumen

La presente tesis doctoral se ha centrado en el estudio de la dishomeostasis del Ca2+ intracelular en el envejecimiento y en la Enfermedad de Alzhéimer como base para el desarrollo de nuevas estrategias eficaces en la prevención y/o el tratamiento de esta enfermedad. La susceptibilidad al daño tras el ictus isquémico o la neurodegeneración aumenta de forma dramática en el envejecimiento, pero los mecanismos involucrados en este proceso apenas se conocen. La excitotoxicidad, provocada por la sobreactivación de receptores de glutamato, principalmente el receptor tipo NMDA, puede contribuir al daño y muerte neuronal de enfermedades neurológicas, como la isquemia o la Enfermedad de Alzheimer. Ésta última está asociada al exceso de péptido ß amiloide. El exceso de este péptido o la formación de diferentes agregados (oligómeros) resulta tóxico para las neuronas. La muerte neuronal que sucede tras la excitotoxicidad y en la Enfermedad de Alzheimer se ha relacionado con la dishomeostasis del Ca2+ intracelular. Una desregulación del Ca2+ intracelular puede conllevar a la sobrecarga de Ca2+ mitocondrial, pudiendo desencadenar señales de apoptosis y muerte neuronal. Una pequeña despolarización mitocondrial, como la ejercida por protonóforos como el FCCP, es suficiente para prevenir ampliamente la sobrecarga de Ca2+ mitocondrial. El principal objetivo de esta tesis es conocer si la homeostasis del Ca2+ intracelular se ve remodelada con el envejecimiento, y si este hecho se ve modificado en patologías como la excitotoxicidad y en la Enfermedad de Alzheimer. Para llevar a cabo este estudio, se han empleado cultivos a largo plazo de neuronas de hipocampo extraídas de ratas recién nacidas, que como se ha descrito previamente, presentan muchos de los cambios que suceden durante el envejecimiento in vivo. Una de las causas que recientemente se ha contemplado en la Enfermedad de Alzheimer es la alteración de la señalización por Ca2+ del retículo endoplásmico. El análisis de la homeostasis del Ca2+ intracelular mostró un remodelado con el envejecimiento in vitro, especialmente en las neuronas expuestas a los oligómeros del péptido ß amiloide, en el contenido de los depósitos intracelulares de Ca2+, la entrada capacitativa, la cantidad de Ca2+ liberada desde ellos mediante agonistas fisiológicos, y de forma particular en el acoplamiento retículo-mitocondria. Además, se encontró que el agonista del receptor de glutamato NMDA y los oligómeros del péptido ß amiloide indujeron apoptosis en las neuronas cultivadas a largo plazo o envejecidas, pero no en las neuronas cultivadas a corto plazo o jóvenes. De forma similar, el NMDA y los oligómeros del péptido ß amiloide aumentaron la entrada de Ca2+ al citosol, tanto más cuanto más envejecidas estaban las neuronas en cultivo, estudiado mediante imagen de fluorescencia de Ca2+ en neuronas cargadas con fura-2. Esta mayor entrada se correlacionó con una diferente expresión de las subunidades de receptor de NMDA, observado por estudios de inmunofluorescencia, de forma consistente con el envejecimiento in vivo. Es más, la estimulación de neuronas transfectadas con aequorina dirigida a mitocondria mostró que el NMDA y los oligómeros del péptido ß amiloide indujeron aumento de la concentración de Ca2+ mitocondrial, pero sólo en aquellas neuronas envejecidas en cultivo. En relación con ello, la expresión del uniportador de Ca2+ mitocondrial, encargado de introducir el Ca2+ a la mitocondria, también apareció aumentada con el envejecimiento. Se ha mostrado que los anti-inflamatorios no esteroideos (AINEs), de estructura similar a los desacoplantes mitocondriales, son capaces de proteger frente a la excitotoxicidad, la Enfermedad de Alzheimer y el deterioro cognitivo asociado al envejecimiento. De forma consistente, se encontró que ciertos AINEs, entre los que se incluyen el salicilato, sulfuro de sulindac, indometacina, ibuprofeno y en enantiómero carente de actividad anti-inflamatoria R-flurbiprofeno, despolarizaron la mitocondria a concentraciones mucho más bajas que las requeridas para ejercer la actividad anti-inflamatoria. En consecuencia, los AINEs, empleados a bajas concentraciones, previnieron la sobrecarga de Ca2+ mitocondrial y protegieron frente a la muerte celular inducida por el NMDA y los oligómeros del péptido ß amiloide, sin afectar a la entrada de Ca2+ al citosol. Estos resultados sugieren que el remodelado del Ca2+ intracelular, y particularmente la mayor captación de Ca2+ por la mitocondria, contribuyen a la mayor susceptibilidad a la muerte celular que aparece en las neuronas de hipocampo asociada a la excitotoxicidad y a la Enfermedad de Alzheimer. Compuestos que prevengan el aumento de Ca2+ mitocondrial podrán proteger frente a la muerte celular asociada al envejecimiento.