Descubren que drogas ya aprobadas inducen la autofagia
Investigadores británicos hallaron que varias drogas existentes que ya han sido aprobadas con otros propósitos, inducen la autofagia, una vía alternativa de eliminar la proteína de la EH
Eliminación de proteínas, el SUP, y la EH
Luego de que la proteína es fabricada, ésta necesita plegarse correctamente para poder realizar su trabajo en la célula. Esto no siempre ocurre y las proteínas mal plegadas son degradadas. La proteína huntingtina normal es degradada por medio del Sistema Ubiquitino Proteosómico (SUP). En este sistema, las proteínas que no resultan necesarias o que se han plegado incorrectamente son marcadas para su degradación mediante una pequeña proteína llamada ubiquitina. La proteína indeseada es transportada dentro del proteosomo, un complejo proteico complejo similar a una barrera, donde se la descompone en aminoácidos que luego pueden ser reciclados.
Una teoría sostiene que el SUP es anulado por la enfermedad de Huntington. Si esto fuera cierto, podría explicar varios aspectos de la patología de la EH, ya que el SUP parece jugar un papel importante en varios procesos regulatorios de la célula.
Sin embargo, esta teoría es controversial. Algunos laboratorios, utilizando ciertos métodos, han encontrado evidencias que sugieren que es cierta, pero otros, utilizando otros métodos diferentes, hallaron que no lo es. También es posible que los hallazgos estén en conflicto porque los investigadores observaron diferentes momentos en el proceso de la enfermedad (verhttp://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=18047739 para un buen pantallazo sobre estos asuntos).
El SUP representa una línea importante de investigación por el potencial para un tratamiento que implica y los investigadores ya están dando un vistazo a distintas maneras de apuntar al SUP, en caso de que la teoría resulte verdadera.
Inducir la autofagia como una estrategia de tratamiento
Más allá de si el SUP está suprimido o no en la enfermedad de Huntington, hay buenas evidencias que sugieren que éste no es capaz de lidiar con la proteína de la EH y de que su eliminación se produce mediante un método alternativo llamado autofagia.
“Autofagia” se traduce literalmente como “auto comerse”. En este antiguo proceso de limpieza de la célula (se encuentra en los organismos desde la levadura hasta los mamíferos), las partes dañadas de la célula, los patógenos y las grandes proteínas son rodeadas y consumidas.
La autofagia es incluso inducida durante los períodos de ayuno extendido – las partes menos esenciales de la célula son consumidas evitar la desnutrición. Esto quizá explique por qué la restricción calórica inicialmente ayuda a los ratones con la EH: porque induce la autofagia.
Una estrategia potencial para un tratamiento sería inducir de manera segura la autofagia para realzar la eliminación de la proteína de la EH. La manera conocida de inducir la autofagia con una medicación es mediante la utilización de la rapamicina, un viejo antibiótico. Estudios reportados aquí en el Faro han demostrado que la rapamicina ayuda en varios modelos con animales de la enfermedad de Huntington.
Los investigadores han sido reacios a la posibilidad de probar la rapamicina en ensayos clínicos porque la droga precisaría ser tomada durante varios años y tiene efectos colaterales en los niveles en que ésta es requerida para surtir efecto, uno de los cuales es la supresión del sistema inmune. La búsqueda de alternativas está en marcha y en un excitante nuevo estudio, el profesor David Rubinsztein y colegas reportan que varias drogas que ya han sido aprobadas por la FDA para otros propósitos también estimulan la autofagia.
Analizaron 256 drogas existentes en uso para otras condiciones médicas y encontraron varias que inducen la autofagia. Dos drogas son de particular interés: verapamil y clonidina. El verapimil es prescripto para la presión alta y mucha gente lo viene tomando hace años. Es un antagonista del canal del calcio de tipo L y estimula la autofagia reduciendo el influjo de calcio hacia las células. Se sabe que el control del calcio es un problema en la EH.
La clonidina se prescribe para las migrañas. Es un regulador de los niveles de trifosfato inositol (IP3). Induce la autofagia a través de la reducción de cAMP. cAMP son las siglas en inglés de “adenosín monofosfato cíclico”, una molécula responsable de un número de funciones en la célula, incluida la regulación del pasaje del calcio a través de los canales iónicos. Se sabe que el cAMP es elevado en la EH.
Aunque estas drogas funcionan de manera diferente, ambas afecta diferentes partes de la misma vía cíclica en la que el cAMP regula los niveles de IP3 que a su vez incrementan la actividad de las calpaínas que parten y luego activan las alfa G que, a su turno, regulan los niveles de cAMP. La intervención en cualquier punto se mostró efectiva para inducir la autofagia en el estudio. Interesantemente, esta vía es independiente de aquella en la que la rapamicina induce la autofagia.
Los resultados de verapamil y clonidina en moscas y peces cebra fueron buenos y las drogas serán probadas pronto en un modelo con ratones.
Una posibilidad de tratamiento que sugieren es la combinación de una de las drogas identificadas en el estudio y la rapamicina, ya que funcionan por diferentes vías. La idea es que una dosis menor será necesaria para cada una, reduciéndose así los efectos secundarios.
Algunas informaciones novedosas
Además de la identificación de drogas que podrían ser probadas para potenciales tratamientos, el estudio es importante porque podría responder a algunas preguntas sobre la enfermedad de Huntington.
Si la autofagia es un proceso celular normal para eliminar las proteínas de gran tamaño y es capaz de lidiar con la proteína de la EH, por qué no está haciendo su trabajo? La respuesta parece estar en el incremento de los niveles de calpaína. La calpaína se incrementa con la enfermedad de Huntington, inhibiéndose así la autofagia. Inhibir la calpaína incrementa la autofagia.
Más aún, este estudio sugiere una relación entre la excitoxicidad y la reducción de la autofagia. La teoría de la excitoxicidad en la EH es vieja. La idea es que las neuronas son inusualmente sensibles al glutamato en la EH y la sobreestimulación de los receptores de glutamato lleva a un influjo de calcio en la célula. El estudio demuestra que un influjo de calcio inhibe la autofagia y una reducción de calcio la induce.
Encontré que otra cosa más es interesante. Aunque esto no fue cubierto por el estudio, me pregunto cuál es el rol del cAMP en los síntomas de la EH. Una investigación reportada por investigadores de Yale el año pasado, encontró que existen canales iónicos en las espinas dendríticas de las neuronas de la corteza prefrontal que se abren como respuesta al cAMP. Cuando esto sucede, la información no puede llegar a la célula y la fuerza de las redes cerebrales superiores se reduce. Normalmente, el cAMP es regulado por receptores adrenérgicos alfa-2A que se encuentran próximos, pero este proceso puede funcional mal en el DDAH y en la esquizofrenia. Ya que los niveles de cAMP son elevados con la EH, ésta podría ser la razón por la que la función ejecutiva asimismo falla en la EH?
“Nuetros datos revelan que los sistemas para despertar del cerebro influencian las redes cognitivas que subvierten la memoria de trabajo, la cual cumple un rol fundamental en el pensamiento abstracto, la planificación y la organización, así como en la supresión de la atención a estímulos que distraen”, dijo Amy Amsten, autora principal y profesora de neurobiología de Yale en un comunicado de prensa publicado en aquél momento.
La investigación sobre la autofagia de Rubinsztein es excitante y el Faro la seguirá de cerca.
Referencias
Janet E Davies, Sovan Sarkar, and David C Rubinsztein. "The ubiquitin proteasome system in Huntington's disease and the spinocerebellar ataxias." BMC Biochemistry 2007 Nov 22;8 Suppl 1:S2.
Min Wang, Brian Ramos, Constantinos Paspalas, Yousheng Shu, Arthur Simen, Alvaro Duqye, Avis Brennan, Susheel Vijayraghavan, Anne Dudley, Eric Nou, David McCormick, James Mazer, and Amy Arnsten. "Alpha2A-adrenoceptors strengthen working memory networks by inhibiting cAMP-HCN channel signaling in prefrontal cortex."Cell 129: 1-14 (April 20, 2007)
for a good review of the issues).
Novel targets for Huntington's disease in an mTOR-independent autophagy pathway
the press release
Research funded by the Wellcome Trust has provided a number of promising new drug targets for Huntington's disease, a neurodegenerative disease. Scientists at the University of Cambridge have identified a number of candidate drugs to investigate further which encourage cells to "eat" the malformed proteins that lead to the disease.
Huntington's disease is one of a number of degenerative diseases marked by build up of a malformed proteins in brain cells, mainly in the basal ganglia and the cerebral cortex. Normally, cells dispose of or recycle their waste material, including unwanted or misfolded proteins, through a process known as autophagy, or 'self-eating'.
The group of Professor David Rubinsztein, a Wellcome Trust Senior Clinical Fellow at the University of Cambridge, has previously shown that stimulating autophagy in the cells can be an effective way of preventing the malformed proteins from building up. However, there are currently no treatments available that slow the neurodegeneration in people with Huntington's disease. Rapamycin, an immunosuppressant used to lower the body's natural immunity in patients who receive kidney transplants, is the most promising candidate drug currently available but can have significant side effects.
Now, in research published today online in the journal Nature Chemical Biology, Professor Rubinsztein and colleagues have shown that a number of FDA-approved drugs for treatments such as migraine and hypertension are able to stimulate autophagy in fruit flies and zebrafish through unexpected pathways.
"By screening a number of drugs that have already been shown to be safe in humans, we have been able to identify some unexpected and very promising pathways involved in Huntington's," says Professor Rubinsztein. "In collaboration with Cahir O’Kane’s group in Cambridge and Summit Plc, we have shown that these drugs can alleviate the toxicity of the Huntington’s disease mutation in cell-based, fly and zebrafish models. The big question for us is whether they will do the same in humans."
One of the drugs tested, verapamil, which is currently used to treat high blood pressure and heart arrhythmias (among other indications), inhibits the influx of calcium into cells which, in turn, appears to regulate autophagy. Similarly, clonidine, currently used to treat hypertension or migraine, appears to work on autophagy by decreasing levels of cAMP, a molecule that is important in many biological processes.
If the drugs can stimulate autophagy effectively over long-term periods in human brains, then they may have the potential to help delay the onset of Huntington's disease. The candidate drugs are relatively safe and well tolerated when used to treat the diseases they were designed for. A minimal side-effect profile would be highly desirable for a drug treatment aiming to delay the onset or slow the progress of Huntington's. Such drugs may need to be taken for decades, and even moderate side effects may discourage people from taking them over a long period.
"We know the genetics of Huntington's disease and can predict the majority of people at risk," says Professor Rubinsztein. "If we can find a safe, well tolerated drug, then a person at risk could be placed on a drug regime to help prevent onset. It is much easier to stop something happening than having to treat it once it has started."
Professor Rubinsztein and colleagues will shortly begin testing the drugs in other animal models to evaluate their safety and efficacy.
the journal abstract
Autophagy is a major clearance route for intracellular aggregate-prone proteins causing diseases such as Huntington's disease. Autophagy induction with the mTOR inhibitor rapamycin accelerates clearance of these toxic substrates. As rapamycin has nontrivial side effects, we screened FDA-approved drugs to identify new autophagy-inducing pathways. We found that L-type Ca2+ channel antagonists, the K+ATP channel opener minoxidil, and the Gi signaling activator clonidine induce autophagy. These drugs revealed a cyclical mTOR-independent pathway regulating autophagy, in which cAMP regulates IP3 levels, influencing calpain activity, which completes the cycle by cleaving and activating Gsalpha, which regulates cAMP levels. This pathway has numerous potential points where autophagy can be induced, and we provide proof of principle for therapeutic relevance in Huntington's disease using mammalian cell, fly and zebrafish models. Our data also suggest that insults that elevate intracytosolic Ca2+ (like excitotoxicity) inhibit autophagy, thus retarding clearance of aggregate-prone proteins.
Nature Chemical Biology published online 23 March 2008