esquizofrenia

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Universidad de Concepción Especialidad en Psiquiatría Facultad de Medicina Los Genes de la Esquizofrenia Dr. Leonardo Guzmán Departamento de Fisiología

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Page 1: Esquizofrenia

Universidad de ConcepciónEspecialidad en Psiquiatría

Facultad de Medicina

Los Genes de la Esquizofrenia

Dr. Leonardo GuzmánDepartamento de Fisiología

Page 2: Esquizofrenia

Introducción

La esquizofrenia afecta a cerca del 1% de la población mundial.

Sus causas aun no están claras (probablemente son muchas), pero se trataría de una enfermedad genética, independiente del ambiente o de factores culturales.

El descubrimiento de las drogas alucinógenas, hizo que se postulara la idea de que los mecanismos de alucinaciones de estas drogas y los de los pacientes esquizofrénicos eran similares.

Incluso se pensó que los paciente producen sus propias sustancias alucinógenas (que serían metabolizadas y excretadas en al orina).

Se describió a la serotonina como un neurotrasmisor involucrado en estas alucinaciones.

Dificultades para llegar a una explicación genética:Fenotipo impreciso.Presencia de muchas copias de genes involucrados.Presencia de factores de riesgo no genéticos

Page 3: Esquizofrenia

Evidencias Genéticas en Esquizofrenia

Kandel, 2004.

Page 4: Esquizofrenia

Cromosomas implicados en esquizofrenia

Por análisis genéticos se han propuesto algunos cromosomas como los que portadores de fallas genéticas:

Cromosoma 1: 1q21-q22.

Cromosoma 5: 5q33.2, 5p4.1 - 13.1.

Cromosoma 6: 6p, 6p24-22, 6q21-22.

Cromosoma 8: 8p21-p22.

Cromosoma 11: 11p15 (triptofano hidroxilasa, D4), 11q23 (D2).

Cromosoma 13: 13q14-q33 Cromosoma 10: 10p.

Cromosoma 15: 15q13-q15, 15q14 (7 nicotinic receptor).

Cromosoma 22: 22q

Page 5: Esquizofrenia

Cromosomas implicados en esquizofrenia

Owen, et al. 2005

Page 6: Esquizofrenia

La teoría de la dopamina:

• Henri Laborit, en 1950, uso clorpromazina para bloquear los efectos de la liberación de histamina en pacientes sometidos a anestesia. Detectó los efectos calmantes de esta droga.

• Luego, en 1951, se comprobó su efectividad en pacientes esquizofrénicos agitados o agresivos.

• Uno de los efectos secundarios de las drogas antisicóticas es la de inducir un síndrome parecido al Parkinson (deficiencia en dopamina) las drogas antisicóticas actuán antagonisando receptores dopaminérgicos.

• Probablemente en el origen de la enfermedad se encuentra un exceso de actividad de receptores daopaminérgicos.

• La efectividad de estas drogas esta relacionada con su afinidad por el receptor de dopamina.

• Por otro parte, las drogas que incrementan los niveles de dopamina (L-DOPA, cocaína, anfetamina), inducen episodios psicóticos parecidos a la esquizofrenia.

Page 7: Esquizofrenia

Similaridad estuctural entre clorpromacina y dopamina

Kandel, 2004.

Page 8: Esquizofrenia

ATPAMPc

i

D2

ATPAMPc

Dopamina

Mutaciones en gen D2: S311C

Mutaciones en gen D3: sitio Bal I (exon 1)

Mutaciones en gen D5: N351D y C335X

Dopamina activa a Receptores Acoplados a Proteína G.

D1, D5: GsD2, D3, D4: Gi

•Este receptor se ubica en el striatum, tuberculo olfatorio, hipotálamo, hipocampo, corteza cerebral, etc.

Page 9: Esquizofrenia

Sinápsis dopaminérgica

Page 10: Esquizofrenia

Fármacos relacionados con esquizofrenia y su lugar de accion

Kandel, 2004

Page 11: Esquizofrenia

• Las neuronas dopaminérgicas se encuentran organizadas principalmente en cuatro sistemas: tuberoinfundibular, nigrostriatal, mesolímbico y mesocortical.

• Importante en esquizofrenia: sist. Mesolímbico y mesocortical.

Sistemas Dopaminérgicos

Kandel, 2004

Page 12: Esquizofrenia

Modelo Neuroanatómico de Esquizofrenia

Kandel, 2004

Page 13: Esquizofrenia

La teoría de la serotonina

• LSD: genera efectos parecidos a los de la esquizofrenia.

• Fue descubierto que LSD y serotonina actúan como antagonistas sobre receptores de músculo.

• Por lo tanto, las alucinaciones pueden ser provocadas por bloqueo de la transmisión serotoninérgica. Deficiencia en serotonina.

• Efectos alucinogénicos también se podrían producir por exceso de este neurotrasmisor.

•Se postulo que existiría también la producción de alucinógenos “endógenos”.

Page 14: Esquizofrenia

Catecol-o-metiltransferasa (COMT):

• Cataliza la metilación de catecolaminas: dopamina, norepinefrina.

• Existe una forma asociada a la membrana y otra soluble.

• Expresada en neuronas y glia de la corteza prefrontal e hipocampo.• existe una variante val138 (valCOMT).

Page 15: Esquizofrenia

DISC1: disrupted in schizophrenia 1.

Es expresado en áreas del cerebro alteradas en esquizofrenia y otras alteraciones siquiátricas.

Codifica para una proteína de alrededor de 93,9 kDa.

Su función es desconocida pero se sabe que estaría asociada a otras proteínas que forman parte:

del citoesqueleto (MAP1A, MIPT3),de los centrosomas (NUDE, NUDEL), y que son factores de transcripción (ATF4 y ATF5).

Formaría parte de la maquinaria celular para diversas funciones: transporte intracelular, migración celular, señalización neuronal y control de la expresión génica.

Page 16: Esquizofrenia

Su expresión sería crucial para el desarrollo del hipocampo.

La expresión de una proteína DISC1 truncada implica una alteración en su localización subcelular: no se asocia al citoesqueleto. Esto causa un crecimiento disminuido de las neuritas.

Implicancias en conectividad neuronal y plasticidad sináptica

Ozeki et al., 2003

Page 17: Esquizofrenia

Interacción de DISC1 con proteínas del citoesqueleto.

MAP2, proteína asociada a microtúbulos.

Brandon et al, 2005

Page 18: Esquizofrenia

DISC1 se relaciona con ubicación y forma de las neuronas y con la orientación de las neuritas

Neuronas del giro dentado (GCL)SGZ: subgranular zone Kvajo et al, 2008

Page 19: Esquizofrenia

Knock out para DISC-1

Kvajo et al, 2008

Page 20: Esquizofrenia

Alteracines en el comportamiento de Knock out para DISC-1

Kvajo et al, 2008

Page 21: Esquizofrenia

PDE4B: fosfodiesterasa de cAMP. Enzima que termina la señal generada por la generación de cAMP (adenilil ciclasa). Este segundo mensajero esta involucrado en memoria aprendizaje y estados de animo. El antidepresivo Rolipram es un inhibidor de la PDE4.

Fosfodiesterasa

Page 22: Esquizofrenia

PDE4B interacciona con la proteína DISC1.

Ambas proteínas están asociadas a las mitocondrias.Su unión es dinámica y responde también a los niveles de cAMP existentes.

PDE es activada por PKA en respuesta a las alzas en la concentración de cAMP (mecanismo de desensibilización).

La alteración funcional de PDE4 y DISC1 pueden predisponer a esquizofrenia.

Jeon et al., 2007

Page 23: Esquizofrenia

Regulator of G-protein Signalling 4, RGS4

GDP

Pi

GTP

R

GDP

R

GDP

GDP

Toxina del cólera

RGS

Toxina Pertussis

Efectores

Efectores

GTP

GDP

GDP

GDP

Pi

GTP

GTP

R

GDP

R

GDP

GDP

R

GDP

R

GDP

GDP

GDP

GDP

Toxina del cólera

RGS

Toxina Pertussis

Efectores

Efectores

GTP

GDP

RGS4:

De las 19 formas de RGS es la más expresada en el cerebro.

Importante en diferenciación neuronal.

En estudios de expresión de mRNA se encontró disminuida su expresión en pacientes con esquizofrenia.

Page 24: Esquizofrenia

Los Distintos Tipos de Proteínas G

Page 25: Esquizofrenia

Receptor de Glutamato

Receptor de Glutamato

Receptor metabotrópico:

mGluR1… mGluR8

Receptor ionotrópico: NMDA, AMPA, kainato

Na+ / Ca2+

Se ha detectado una disminución en la expresión de receptores de glutamato (AMPA y kainato) en ciertas zonas de la corteza

Page 26: Esquizofrenia

• Phenicyclidine y ketamine: causan un síndrome sicótico, parecido a la esquizofrenia y promueven la aparición de varios aspectos de esta enfermedad.• Estos fármacos son bloqueadores de receptores NMDA (NMDR).• La hipofunción de receptores NMDA tendría participación en esquizofrenia.

NRG1: neuregulina 1, es un gen que regula la expresión de subunidades de NMDAR. Se encontraría alterado en casos de esquizofrenia.

DTNP1: dysbindin, es una proteína que se concentra en terminales presináticos glutamatérgicos uniéndose a proteínas de tráfico vesicular como SNAP y sinapsina 1. Su expresión se encuentra disminuida en corteza prefrontal e hipocampo en esquizofrenia.

G72: proteína que activa la vía metabólica de glutamato. Ha sido asociado con riesgo de esquizofrenia y de desordenes bipolares.

Page 27: Esquizofrenia

Apoptosis:

Proceso en el cual una célula desarrolla un programa molecular que determina su muerte.Esto va acompañado de cambios morfológicos:

Condensación de la cromatinaDegradación del DNAFragmentación del núcleoContracción celular con formación de vesículas

apoptóticas.

Apoptosis en la Esquizofrenia

Page 28: Esquizofrenia

Las razones de por qué se desencadena la apoptosis pueden ser:

En tejidos en general:•Homeostasis tisular: no se produce en el tejido nervioso.•Diferenciación y desarrollo. •Acción del sistema inmunológico.•Daño celular.

En tejido nervioso:•Ausencia de factores neurotróficos.•Sobreestimulación de receptores de glutamato.•Stress oxidativo.•Toxinas.

Page 29: Esquizofrenia

Se describe una vía extrínseca y una intrínseca.

La extrínseca involucra la activación de receptores de que se acoplan a proteínas adaptadoras y caspasas.

La intrínseca es característica de stress oxidativo acompañado con daño en el DNA, activación de p53 y la participación de la mitocondria.

Page 30: Esquizofrenia

Caspasas: son las proteasas que ejecutan la muerte de la célula.

Fueron identificadas primero en C. elegans y luego en humanos.Su nombre deriva del hecho de que estas proteasas usan un residuo de Cisteina (Cys) para realizar un ataque nucleofílico a una Asparragina (Asp).Son activadas por proteolisis.En su forma activa forman un heterodímero con dos sitios activos.

Inactiva

Activa

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Apoptosis en la Esquizofrenia

Glantz et al, 2005

Page 32: Esquizofrenia

Cambios en la Morfología Celular

Glantz et al, 2005

Apoptosis en la Esquizofrenia

Page 33: Esquizofrenia

Procesos Apoptóticos Focalizados

Glantz et al, 2005

Elevada expresión de proteínas proapoptóticas en pacientes con esquizofrenia (Bax).Actividad antiapotótica reducida (Bcl-2).

Sin embargo: post-mortem existe menor expresión de caspasa-3.

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Otras Enzimas

Triptófano hidroxilasa (TPH): participa en la síntesis de serotonina

Transportador de dopamina (DAT)

Page 35: Esquizofrenia

CONCLUSIONES

Los procesos de comunicación celular, en sus aspectos hormonales y regulatorios intracelulares están fuertemente involucrados en la génesis molecular de la esquizofrenia y otras enfermedades mentales.

El conocimiento detallado de la biología molecular de la esquizofrenia permitirán realizar una intervención dirigida a las cusas moleculares de esta.

Nuevas herramientas genéticas computaciones darán nuevas evidencias acerca de la variedad de blancos moleculares en los cuales enfocar la terapéutica.

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Incremento de la concentración de cAMP luego de la estimulación con serotonina