Francisco José Sanz1,2, Cristina Solana-Manrique1,2, Verónica Muñoz-Soriano1,2, Nuria Paricio1,2
1Departamento de Genética, Facultad CC Biológicas, Universidad de Valencia
2Estructura de Recerca Interdisciplinar en Biotecnologia i Biomedicina (ERI BIOTECMED), Universidad de Valencia
La enfermedad de Parkinson (EP) es un desorden neurodegenerativo causado por la pérdida selectiva de neuronas dopaminérgicas en la substantia nigra pars compacta, lo que disminuye los niveles de dopamina en el estriado. A pesar de que la mayoría de los casos son esporádicos, existen casos familiares de la enfermedad para los que se han descrito una serie de genes responsables. Los tratamientos actuales de la EP se basan en la restitución de los niveles de dopamina en el cerebro (Athauda & Follinie, 2015). Estos son útiles en las primeras etapas de la enfermedad, pero presentan una disminución de la eficacia en tratamientos crónicos. Además, son incapaces de detener o ralentizar la progresión de la misma. Por lo tanto, encontrar tratamientos que mejoren o sustituyan a los actuales se ha convertido en un objetivo importante en la terapéutica de la EP, sobre todo utilizando organismos modelo. Estudios recientes han demostrado que diferentes enfermedades neurodegenerativas presentan características patogénicas comunes como aumento de los procesos inflamatorios y de los niveles de estrés oxidativo, agregación de proteínas anómalas y alteraciones en la homeostasis de iones (Rasool et al, 2014). Por ello, la utilización de compuestos con actividades antioxidantes, antiinflamatorias o neuroprotectoras se ha propuesto como una alternativa a los tratamientos existentes para dichas enfermedades, entre ellas la EP.
Con el objetivo de identificar nuevos compuestos potencialmente terapéuticos para la enfermedad, utilizamos un modelo de la EP en Drosophila basado en la mutación del gen DJ-1ß, ortólogo del gen DJ-1 humano. El gen DJ-1 es responsable de una forma familiar recesiva y juvenil de la EP (Bonifati et al, 2003), que codifica una proteína multifuncional. Por ejemplo, DJ-1 tiene actividad antioxidante, tanto regulando la expresión de genes antioxidantes como capturando radicales libres, y es esencial para la homeostasis de la mitocondria. Estudios previos realizados por nuestro grupo demostraron que las moscas mutantes DJ-1ß presentan defectos motores y una menor esperanza de vida que las salvajes, así como elevados niveles de estrés oxidativo que se traducen en un aumento de especies reactivas de oxígeno (ROS) y de carbonilación de proteínas (Casani et al, 2013; Lavara-Culebras & Paricio, 2007; Lavara-Culebras et al, 2010).
En este estudio, se seleccionaron 23 compuestos con actividades antioxidantes, antiinflamatorias o neuroprotectoras y se evaluó su eficacia para suprimir los defectos motores de los mutantes DJ-1ß mediante la realización de ensayos de escalada. Estos ensayos permiten analizar de forma sencilla y eficaz la capacidad motora de moscas cultivadas en diferentes condiciones, en este caso en presencia de dichos compuestos. Los resultados mostraron que 13 de los compuestos utilizados eran capaces de mejorar la capacidad motora de moscas modelo y controles, y entre ellos 7 lo hacían específicamente en los mutantes DJ-1ß. Estos últimos fueron seleccionados para análisis posteriores en los que se estudió la producción de H2O2, un componente de las ROS, y los niveles de carbonilación de proteínas en moscas modelo tratadas con dichos compuestos. Encontramos que aunque solo tres de ellos fueron capaces de reducir los niveles de H2O2, la mayoría provocó una disminución de los niveles de carbonilación de proteínas en las moscas modelo. Esta modificación conduce a la inactivación de las proteínas y a su posterior eliminación, y se puede producir por oxidación pero también por mecanismos no oxidativos. Por tanto, estos resultados sugieren que las modificaciones postraduccionales de algunas proteínas podrían ejercer un papel importante en la patogénesis de la EP.
A continuación, y con el objeto de comprobar si los resultados obtenidos en Drosophila eran trasladables a humanos, nos propusimos validarlos en un modelo celular de la EP. Para ello, generamos células de neuroblastoma humano deficientes para el gen DJ-1, y observamos que presentan una viabilidad reducida respecto a células control en condiciones de estrés oxidativo. Es interesante destacar que el pretratamiento de las células mutantes DJ-1 con seis de los compuestos candidatos fue capaz de reducir la citotoxicidad provocada por este tipo de estrés, lo que indica que existe una buena correlación entre los resultados obtenidos en los mutantes DJ-1ß y las células deficientes en DJ-1. El potencial terapéutico de estos compuestos para la EP se ve reforzado por el hecho de que algunos ya han sido objeto de ensayos clínicos.
En resumen, los resultados de este estudio, publicado en Free Radical Biology and Medicine, muestran que los modelos en Drosophila son una herramienta eficaz para la identificación de nuevos compuestos potencialmente terapéuticos para enfermedades humanas. Cabe destacar que estudios recientes han demostrado que la proteína DJ-1 se encuentra modificada por oxidación y probablemente inactivada en casos esporádicos de la EP (Jiang et al, 2016). Por tanto, los compuestos identificados en el presente estudio podrían ser útiles no solo para paciente de EP con mutaciones en el gen DJ-1, sino también en formas esporádicas de la enfermedad.
Referencia: Sanz FJ, et al. Identification of potential therapeutic compounds for Parkinson’s disease using Drosophila and human cell models. Free Radic Biol Med. 2017 Jul; 108:683-691. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.04.364.
Bibliografía:
Athauda D, Foltynie T. The ongoing pursuit of neuroprotective therapies in Parkinson disease. Nat Rev Neurol. 2015 Jan;11(1):25-40. doi: 10.1038/nrneurol.2014.226.
Bonifati V, et al. Mutations in the DJ-1 gene associated with autosomal recessive early-onset parkinsonism. Science. 2003 Jan 10;299(5604):256-9.
Casani S, et al. Antioxidant compound supplementation prevents oxidative damage in a Drosophila model of Parkinson’s disease. Free Radic Biol Med. 2013 Aug;61:151-60. doi:
http://dx.doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2013.03.021
Jiang T, et al. Oxidative stress: A major pathogenesis and potential therapeutic target of antioxidative agents in Parkinson’s disease and Alzheimer’s disease. Prog Neurobiol. 2016 Dec;147:1-19. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.pneurobio.2016.07.005
Lavara-Culebras E, Paricio N. Drosophila DJ-1 mutants are sensitive to oxidative stress and show reduced lifespan and motor deficits. Gene. 2007 Oct 1;400(1-2):158-65. https://doi.org/10.1016/j.gene.2007.06.013
Lavara-Culebras E, et al. Effects of pharmacological agents on the lifespan phenotype of Drosophila DJ-1beta mutants. Gene. 2010 Aug 15;462(1-2):26-33. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.gene.2010.04.009
Rasool M, et al. Recent updates in the treatment of neurodegenerative disorders using natural compounds-based complement. Evid.-based Complement Altern. Med., 2014. pp. 1–7. https://dx.doi.org/10.1155%2F2014%2F979730