PATOGENIA DE LA ENFERMEDAD DE PARKINSONLa enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno crnico y progresivo, que se manifiesta por una combinacin variable de temblor, rigidez, bradicinesia y una alteracin caracterstica de la marcha y postura. La caracterstica patolgica de esta enfermedad es la prdida pronunciada de neuronas productoras de dopamina que se localizan en la substancia nigra pars compacta (SNpc); estas clulas normalmente liberan dopamina en sus terminales axnicas en el cuerpo estriado y forman parte del sistema extrapiramidal de regulacin motora, por lo mismo, su prdida se traduce en los trastornos del movimiento antes descritos.El desarrollo de la forma idioptica de la EP se ha asociado con la exposicin a factores ambientales, aunque tambin hay formas familiares o hereditarias; en estos casos la enfermedad se ha asociado a mutaciones en los genes que codifican para protenas como -sinuclena y parkina. En los pacientes que carecen de una clara carga gentica los mecanismos patognicos son difciles de entender, debido a la variedad de factores que participan, entre los que estn toxinas ambientales, estrs oxidativo y disfuncin mitocondrial. Sin embargo, la ruta final comn de los mecanismos patgenos que deterioran a las neuronas de la substancia nigra es la muerte neuronal, proceso en el que participa de manera importante el estrs oxidativo dependiente de la dopamina.En este apartado se menciona algunos mecanismos fisiopatolgicos involucrados en la neurodegeneracin de las clulas dopaminrgicas, la cual se acompaa en la EP de la agregacin de protenas en las neuronas de la substancia nigra, que conforman los cuerpos de lewy. Los cuerpos de lewy aparecen en fases tempranas de la EP, son agregados de la protena -sinuclena principalmente, aunque tambin se han encontrado el estriado de ratas tras la administracin de 6.hidroxidopamina (6-OHDA), neurotxina que induce estrs oxidativo, aumento en la actividad de clulas gliales, y degeneracin de las neuronas dopaminrgicas de la substancia nigra, para producir un modelo de EP en rata. (1)En algunas formas familiares de la EP se han encontrado protenas mutantes, en particular en la protena -sinuclena; la prdida de la funcin normal de esta protena, aunada al efecto txico de sus formas alteradas, favorece la acumulacin de dopamina en los sitios donde se sintetiza y acumula, como son el citoplasma y terminales nigroestriatales, donde inician cambios neurodegenerativos en los sujetos con EP.La mutacin de las protenas parkina y ubiquitina C-terminal hidrolasa L1 (UCHL1) tambin se relaciona con una forma hereditaria de EP; las mutaciones en los genes que codifican para ests protenas originan la acumulacin de dopamina en el citoplasma, y disminuyen la eliminacin de las formas txicas de la -sinuclena; ambas mutaciones favorecen la formacin de poros en las vesculas sinpticas, lo que incrementa la salida de dopamina al citoplasma, e inhiben el reciclado de stas vesculas, y estos eventos aumentan la acumulacin de dopamina libre en el citoplasma. La mutacin de estas protenas afecta el adecuado funcionamiento de las neuronas dopaminrgicas de la va nigroestriatal y provocan la muerte de stas neuronas. (1)A. Metabolismo de la dopaminaEn condiciones de pH normal, las neuronas dopaminrgicas se exponen a estrs oxdativo por el metabolismo propio de la dopamina, que produce varias molculas que actan como neurotxinas endgenas tales como: dopamina-quinona, los radicales superxido, y el perxido de hidrgeno (Fig. 1).

Alternativamente, la dopamina puede desaminarse por la enzima monomino oxidasa (MAO) produciendo cido 3,4-hidroxifenilacetico (DOPAC) y perxido de hidrgeno por accin de la superxido dismutasa (SOD), o en radicales peroxinitrilos lbiles en presencia de oxdo ntrico, se vuelve altamente reactivo. El perxido de hidrgeno (H2O) es relativamente inocuo, pero por una reaccin catalizada por hierro (Fe2+) se producen radicales hidroxilo altamente citotxicos. Cabe mencionar que en la substancia nigra la concentracin de Fe2+ siempre es ms alta que en otras regiones del cerebro, lo que puede facilitar el desarrollo y establecimiento de la EP si la reaccin entre el H2O y el Fe2+ estuviese aumentada. (1)Las especies reactivas de oxgeno generadas por metabolismo de la dopamina originan alteraciones en las funciones de las protenas del DNA, y de algunos lpidos de la neurona. Una consecuencia inmediata del dao en los lpidos es la prdida de la integridad membranal, lo que modifica la permeabilidad inica, lo cual puede perturbar las propiedades elctricas de la membrana, facilitando la toxicidad.Por todo lo anteriormente expuesto es imperativo que la dopamina sea inocua para la neurona, y esto se logra almacenndola rpidamente dentro de las vesculas sinpticas, donde gracias al pH bajo y ausencia de la MAO, se tienen las condiciones adecuadas para mantener estable a la dopamina. El secuestro de dopamina por las vesculas sinpticas es el principal mecanismo por el cual las neuronas de la substancia nigra se protegen de los efectos dainos de su oxidacin (Fig.2) (1, 2)

B. Estrs oxidativoEl estrs oxidativo es una condicin daina para las neuronas dopaminrgicas, y resulta de la eliminacin deficiente de las especies reactivas de oxgeno que se generan por las reacciones relacionadas con la dopamina. Normalmente las especies reactivas son eliminadas por sistemas antioxidantes intracelulares, sin embargo, como resultado del proceso normal de envejecimiento, o por alguna alteracin patolgica, estos mecanismos se encuentran daados. En los organismos senescentes la actividad del glutation se encuentra reducida, lo que aumenta los carbonilos de las protenas en todos los tejidos, incluyendo al cerebro; adicionalmente, el dao oxidativo del DNA mitocondrial aumenta ms de 15 veces en comparacin con el DNA nuclear, lo que se atribuye a fallas en la capacidad del glutation para eliminar los radicales libres, condicin que se aumenta proporcionalmente al incremento de la edad.En la enfermedad de Parkinson las clulas de la substancia nigra parecen estar en un elevado estado de estrs oxidativo, lo que se deduce por el aumento en productos de la oxidacin de lpidos, protenas y DNA; sin embargo, es posible que este aumento sea compensado por el incremento en la actividad de los sistemas antioxidantes (tabla 1).

En la sustancia nigra de pacientes parkinsnicos es posible detectar las alteraciones oxidativas utilizando diferentes marcadores como el malondialdehido, el cual se encuentra aumentado hasta diez veces ms de su valor normal. La concentracin de 4-hidroxinonenal (que indica la oxidacin de lpidos), se encuentra incrementada en un 58% de las neuronas sobrevivientes en comparacin con el 9% encontrado en individuos sanos. La 8-hidroxiguanosina (producto de la oxidacin de RNA y DNA) se encuentra marcadamente aumentada en las neuronas, y los niveles de carbonilos de protenas (utilizados para detectar oxidacin de protenas) se encuentran incrementados en la substancia nigra ms del doble en comparacin con otras regiones del cerebro.Adicionalmente, el glutatin (co-sustrato para la detoxificacin del perxido de hidrgeno por las enzimas glutation peroxidasa y la catalasa) se encuentra marcadamente disminuido en la EP, mientras que la actividad de la superxido dismutasa se incrementa. Por ltimo, la concentracin de Fe2+ que en condiciones normales es alto en las neuronas de la sustancia nigra en comparacin con otras regiones de cerebro, se encuentra an ms elevado en pacientes con EP. (1)

Las anormalidades genticas y la exposicin a toxinas ambientales favorecen el estrs oxidativo, lo que puede daar especficamente a las neuronas dopaminrgicas de la substancia nigra. Adicionalmente, el alto potencial de oxidacin del propio metabolismo de la noradrenalina y la serotonina aumentan el estrs oxidativo en los pacientes afectados por la EP, lo que explica el dao encontrado en el locus coeruleus y los ncleos del rafe, regiones en donde se sintetizan ambos neurotransmisores, respectivamente.Existen evidencias que muestran la participacin del estrs oxidativo en la prdida de neuronas dopaminrgicas en la EP, provienen de estudios en los que se utiliz la administracin en ratas de la neurotxina inductora de parkinsonismo: 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), la cual induce una prdida neuronal en la substancia nigra y sntomas similares a los de la enfermedad de Parkinson. El metabolito del MPTP, el 1-metil-4-fenilpiridio (MPP+), penetra a la terminal dopaminrgica a travs del transportador de dopamina (DAT) de la membrana plasmtica, y bloquea el complejo I de la cadena respiratoria mitocondrial, y posteriormente se une con alta afinidad al transportador 2 de las vesculas de monoaminas (VMAT2), de modo que dentro de stas clulas reduce el ATP de las pozas intracelulares, redistribuye a la dopamina en el citoplasma, y promueve el estrs oxidativo dependiente de dopamina. Algunos compuestos antioxidantes pueden rescatar a las neuronas dopaminrgicas de los efectos txicos del MPP+ y disminuir la muerte celular, sugiriendo que el mecanismo principal por el que el MPP+ induce tal muerte es por estrs oxidativo. Las anfetaminas que son transportadas por el DAT tambin favorecen la acumulacin de dopamina en las terminales, porque inhiben la fuerza protnica necesaria para capturar la dopamina en las vesculas. Al igual que el MPP+, las anfetaminas y sus derivados producen degeneracin de neuronas dopaminrgicas in vivo, aunque su toxicidad podra atenuarse al inducir la liberacin de dopamina por las vesculas sinpticas, o por el tratamiento con antioxidantes.Los pesticidas como la rotenona o paraquat producen degeneracin selectiva de las neuronas dopaminrgicas de la sustancia nigra en roedores; algunos estudios han encontrado una asociacin positiva entre la exposicin a pesticidas y la EP. La rotenona, el MPP+ y el paraquat se caracterizan por inhibir el complejo I de la cadena de transporte de electrones; el paraquat y el MPP+ son transportadas por VMAT2, por lo que ambas neurotoxinas alteran el almacenamiento de la dopamina en las vesculas sinpticas, y consecuentemente aumentan la concentracin de dopamina en el citoplasma, mientras que la alta liposolubilidad de la rotenona le permite cruzar libremente la membrana celular. (2)

C. Los cuerpos de lewy y la va proteosmica de la ubiquitina (VPU)Los cuerpos de Lewy son inclusiones eosinfilas que se encuentran entre las clulas de la sustancia nigra de pacientes diagnosticados con parkinsonismo; estos se haban considerado marcadores patolgicos de la enfermedad de Parkinson, pero fueron desestimados al encontrase en otras reas cerebrales por el envejecimiento normal, adems de en cerebros de pacientes con enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y demencia con cuerpos de Lewy (DCL). Un componente importante de los cuerpos de Lewy son los filamentos de -sinuclena, que es una de protena de la que hasta ahora no se tienen bien definidas sus funciones.

Tres genes han sido asociados con la enfermedad de Parkinson e implicados en la formacin de los cuerpos de Lewy: PARK1, PARK2 y PARK5, estos genes codifican para la sntesis de las protenas: -sinuclena, parkina y la hidrolasa C-terminal de ubiquitina L1 (UCHL1), respectivamente; estas dos ltimas protenas participan en el sistema proteosmico de la ubiquitina encargado de regular la concentracin de las protenas en las clulas (figura 3). En el gen PARK1 se identificaron dos mutaciones antisentido: Ala53Thr y Ala30Pro, en miembros de una familia Europea, las mutaciones en este gen producen enfermedad de Parkinson autosmica dominante, que se inicia en promedio a los 46 aos de edad. El gen PARK2 codifica para la enzima parkina, una ligasa de la ubiqutina E3 que participa en la degradacin de protenas daadas o mal plegadas en la va proteosmica de la ubiquitina (VPU). Varias mutaciones en PARK2 tambin se han asociado con la enfermedad de Parkinson autosmica recesiva, con una edad promedio de 28 aos al inicio de la enfermedad, y finalmente PARK5 que codifica para la enzima UCHL1, que tambin participa en la VPU durante el reciclado de molculas de ubiquitina que se encuentran unidas a los carbonilos terminales de protenas ubiquitinadas; sin embargo, a la fecha slo se han reportado dos pacientes con enfermedad de Parkinson autosmica dominante a los que se les ha identificado una mutacin puntual en PARK5. Pero an se desconoce cmo estn relacionadas las mutaciones de los tres genes en el desarrollo de los cuerpos de Lewy, y cmo se asocian con el estrs oxidativo. (1,2)

D. Mecanismos participantes en la formacin de cuerpos de lewyLos cuerpos de Lewy contienen filamentos de -sinuclena que tienen 200-600 nm de largo y 5-10 nm de dimetro. Aunque tambin contienen otras protenas como ubiquitina, subunidades del proteosoma, protenas de choque trmico y neurofilamentos. En condiciones normales la sinuclena se encuentra en su forma nativa no plegada, el aumento en su concentraciones favorece la formacin de oligmeros en forma de placas llamadas protofibrillas, que al sedimentar forman fibras amiloides dentro de los cuerpos de Lewy. Las mutaciones Ala53Thr y Ala30Pro en el gen PARK1 aumentan la tendencia de la -sinuclena para formar protofibrillas las cuales generan citotoxicidad, indicando que los cuerpos de Lewy son estructuras dainas para las neuronas. Sin embargo, se ha propuesto que las neuronas que presentan cuerpos de Lewy son aquellas que tratan de evadir el mecanismo txico involucrado en las enfermedades neurodegenerativas como el parkinson. La habilidad de los cuerpos de Lewy para secuestrar protenas que han adoptado formas fibrilares potencialmente citotxicas podra ser inicialmente benfica para las neuronas dopaminrgicas, pero es difcil imaginar que estas inclusiones no contribuyan a la prdida de funciones celulares una vez que hayan aumentado su volumen dentro del soma celular. El aumento en la concentracin de sinuclena tambin incrementa la probabilidad de la formacin de fibrillas hasta generar un colapso de estas protenas, alterando sus funciones y favoreciendo su toxicidad. (1,2)La formacin de molculas de dopamina-quinona por la auto-oxidacin de dopamina provoca el cambio de la estructura protofibrilar de la -sinuclena, que junto con el aumento de la concentracin de dopamina en el citoplasma exacerban el dao celular. Adicionalmente, los filamentos de -sinuclena alteran la integridad de la membrana de las vesculas sinpticas en donde forman poros. La formacin de estos poros se favorece por las mutaciones Ala53Thr y Ala30Pro en el gen PARK1, y por efectos del estrs oxidativo se estimula tanto el plegamiento como la agregacin de la -sinuclena en el citoplasma, ambos eventos aumentan la salida de la dopamina de las vesculas. De tal manera que la sinuclena mutada produce directamente la acumulacin de dopamina en el citoplasma, con los resultados txicos ya mencionados

E. Mutaciones en los genes PARK2 y PARK5 y la funcin de la -sinuclenaLas protenas productos de los genes PARK2 y PARK5 estn involucradas en la va de ubiquitinacin de protenas (VPU) o proteosoma; en condiciones normales, las protenas mal plegadas o daadas por la accin de los radicales libres son degradadas por el proteosoma. La degradacin de la -sinuclena se inicia con su ubiquitinacin y su unin a la enzima E1 activadora de la ubiquitina, sta enzima transfiere la ubiquitina activada a un enzima conjugadora E2, y con la ligasa E3 o parkina transfiere molculas de ubiquitina activadas a la -sinuclena. Mltiples molculas de ubiquitina se unen a la -sinuclena antes de que se transfiera al proteosoma 26S encargado de cortar a la protena, finalmente la UCHL1 recicla las molculas de ubiquitina para reutilizarlas en el proteosoma (figura 3)La enfermedad de Parkinson relacionada con la mutacin en el gen PARK2, se presenta de una manera autosmica recesiva, y muestra prdida de neuronas dopaminrgicas en la sustancia nigra atribuida a la disfuncionalidad de las protenas del proteosoma: la parkina o E1 y el UCHL1.La parkina ubiquitinada promueve la degradacin de la protena CDCREL1, es la encargada de regular el recambio de las vesculas sinpticas, lo que indica que la ubiquitinacin de protenas modula la disponibilidad y la funcin de las protenas sinpticas. La mutacin en la protena UCHL1 hace deficiente el reso de la ubiquitina al disminuir la actividad del proteosoma e incrementar el plegado de la -sinuclena, facilitando su acumulacin en los cuerpos de Lewy. Existen evidencias que muestran que la actividad de las subunidades del proteosoma (26/20S) en la sustancia nigra en los pacientes con parkinson espordico se encuentra disminuida, mientras su actividad en el estriado es normal. La administracin estereotxica de lactacistina (inhibidor de la subunidad proteosmica 26/20S) en la sustancia nigra de ratas, conduce a la formacin de inclusiones semejantes a cuerpos de Lewy y a la muerte de las clulas dopaminrgicas, adicionalmente los animales manifiestan trastornos motores parecidos a los que se presentan en el parkinsonismo. (1)

F. Deterioro neuronal por dao en el proteosomaUna explicacin breve de la secuencia de eventos es que, la reduccin en el funcionamiento de proteosoma afecta la degradacin de protenas, por lo tanto la inadecuada eliminacin de protofibrillas disfuncionales de -sinuclena aumenta su concentracin y rompe la homeostasis de la dopamina, induciendo neurotoxicidad por el incremento del estrs oxidativo en las clulas de la substancia nigra. En todas las formas de la enfermedad de Parkinson la muerte de las neuronas dopaminrgicas es el mecanismo clave en el que convergen el estrs oxidativo inducido por la dopamina, as como la desorganizacin del proceso de plegado y eliminacin de la protena -sinuclena.

G. Probable funcin de la -sinuclenaLa -sinuclena se ha encontrado concentrada en el citoplasma de las terminales presinpticas y cercana a las vesculas sinpticas en modelos de EP, tanto in vivo como in vitro. La interaccin de la -sinuclena con fosfolpidos de membrana, se lleva a cabo con el amino terminal de la protena para formar en un 80% una estructura secundaria de -hlice. Las propiedades de la unin de la -sinuclenana a las vesculas sinpticas se eliminan si sta tiene la mutacin Ala30Pro, quizs porque el enrollamiento de la protena no permita su asociacin con las membranas vesiculares, mientras la mutacin Ala53Thr no cause alteraciones en su unin con las vesculas. La asociacin deteriorada de la sinuclena mutada en Ala30Pro con membranas lipdicas planas, sugiere que otras funciones se encuentras afectadas, aun cuando no dependan de la unin de sinuclena a las vesculas (figura 2). Se ha propuesto que la principal funcin de la -sinuclena es regular el reciclado de las vesculas sinpticas a travs de la fosfolipasa D2 (PLD2), esta enzima se localiza en la membrana plasmtica e hidroliza a la fosfatidilcolina en cido fosfatdico en respuesta a un estmulo externo como la activacin por un neurotransmisor, la PLD2 es muy importante para la formacin de vesculas, dado que aporta su principal producto, el cido fosfatdico, al ser reclutado por molculas atrapadoras induce el brote de vesculas a partir de membranas donadoras. La capacidad de reciclado de las vesculas sinpticas en las terminales nerviosas es una caracterstica de las sinpsis en el sistema nervioso, ya que por su reducido nmero en la poza de reserva deben reutilizarse durante el periodo de inicio de la actividad neuronal. Diversos estudios indican de manera independiente que la PLD2 regula el reciclado de las vesculas sinpticas cerca de la membrana plasmtica, en respuesta a un estmulo externo, de tal manera que modulndose la actividad de la PLD2 por la -sinuclena, se regula la formacin de vesculas en la terminal presinptica. En ambos modelos, el nmero de vesculas en la poza de liberacin rpida, (que es la disponible para liberarse de inmediato) permanece intacta, lo que indica que hay una liberacin apropiada de neurotransmisor dependiendo de la frecuencia de estimulacin. Las terminales nigroestriatales de ratones knockout para -sinuclena responden normalmente a un tren de estimulacin, debido a que generalmente no vacan todas sus vesculas en la zona activa, lo que sugiere que esta poza de vesculas no puede ser reaprovisionada por vesculas de la poza de reserva o por un mecanismo de reciclado local. Estos datos son la evidencia de que la -sinuclena es un importante regulador del ciclo de las vesculas sinpticas. En las neuronas dopaminrgicas, la reduccin en el nmero de vesculas est determinado por la mutacin en la sinuclena, en especial si hubiese una inhibicin de la tirosina hidroxilasa, lo que conducira al aumento del estrs oxidativo dependiente de dopamina, como lo indican los estudios en neuronas mesenceflicas que expresan -sinuclena mutante. Adicionalmente, el dficit en el reciclado de las vesculas resulta de alteraciones en la actividad de la PLD2, y recordemos que la -sinuclena mutada tambin puede producir la acumulacin del neurotransmisor en el citoplasma al permeabilizar las vesculas dopaminrgicas. Mientras que el primer mecanismo es el resultado de la prdida normal de la funcin de la -sinuclena, la permeabilizacin vesicular representa una ganancia en la funcin efectuada por la formacin de protofibrillas de la -sinuclena.

H. El ciclo destructivoEs probable que diferentes razones provoquen la cascada de eventos que involucran el inadecuado plegamiento y la prdida de las funciones normales de la sinuclena, y que en las neuronas dopaminrgicas promuevan el aumento de la dopamina citoplsmica. Estos cambios consecuentemente aumentan las especies reactivas de oxgeno y sus efectos dainos, la acumulacin de protofibrillas de -sinuclena o la saturacin del proteosoma. La alteracin de la estructura y funcin de la -sinuclena (figura 4) y los cambios en la homeostasis de la dopamina, favorecen y exacerbaran un crculo vicioso destructivo que puede aumentar de manera exponencial. Las mutaciones o el polimorfismo en otras protenas que participen en la biognesis de las vesculas, o su reciclado, tambin podran estar favoreciendo este crculo. Simultneamente, el efecto del envejecimiento de las neuronas de la substancia nigra puede disminuir las funciones del proteosoma, conducir a la atrofia neuronal, y al empaquetamiento celular de la sinuclena nativa, promoviendo su agregacin.

Investigar la patologa de las neuronas dopaminrgicas responsable de la enfermedad de Parkinson requiere del estudio de un conjunto de eventos que tienen efectos devastadores. Estas son malas noticias para los interesados en encontrar una sola causa de la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, pueden ser buenas para aquellos que tratan de desarrollar nuevas terapias para estos desordenes, ya que sta perspectiva multifactorial abre mltiples posibilidades, tanto profilcticas como teraputicas, dado que brinda la posibilidad de generar molculas o estrategias teraputicas dirigidas hacia cada evento para controlar sus efectos dainos. El conocimiento del efecto destructivo de la auto-oxidacin de la dopamina y consecuentemente la formacin de radicales libres, nos brinda una perspectiva inmediata: la prevencin de la enfermedad de Parkinson va de la mano de la disminucin del proceso oxidativo y los efectos de los radicales libres. Para esto se cuenta con diversos antioxidantes como son las vitaminas y quelantes naturales de radicales libres como es la melatonina.(2)

Bibliografa:

1. Gmez Ch., Roldan R., Morales E., Prez S., Torner A. Mecanismos fisiopatolgicos involucrados en la enfermedad de Parkinson. Arch Neurocien (Mxico). 2012. 17(1): 25-33.2. Guerrero D., Macas M., Prado E. Muoz P., Hernndez J., Duarte G. Enfermedad de Parkinson. Tratado de Geriatra. 2005.