• Neurobiología del deterioro cognitivo

     
    La existencia de un deterioro cognitivo en un individuo requiere dos hechos: Por un lado que se produzcan lesiones en un distintas partes del cerebro, lo cual determina qué síntomas presentará, como la afección temporal produce trastorno del lenguaje y la hipocampal pérdida mnésica; y por otro el tipo o naturaleza de las mismas, que determina la progresión de los síntomas, por ejemplo clínica súbita en un infarto, o lentamente progresiva en una enfermedad degenerativa. En las últimas décadas el enfoque del estudio de las demencias ha variado en estos dos sentidos, pasando de una época en que principalmente se estudiaba la topografía, a la actual, en que se depende sobre todo de la identificación de lesiones específicas, como los cuerpos de inclusión por inmunohistoquímica. Y el aumento en el conocimiento de la patología subyacente a un proceso demenciante ha llevado al conocimiento de los mecanismos biológicos que lo producen.
     
    Desde los estudios neuropatológicos prospectivos de Tomlimson en los años 60 (Tomlimson, 1970), se ha establecido que la principal causa de demencia en la población anciana son los cambios histopatológicos tipo Alzheimer. Por el contrario en la demencia debida a enfermedad cerebrovascular se encuentran una serie de lesiones variadas que oscilan entre grandes infartos corticales estratégicamente situados, múltiples infartos lacunares y amplias áreas con afectación de sustancia blanca. Aunque las causas de demencia son muy numerosas, en el presente capítulo estudiaremos cuales son los mecanismos que subyacen debajo del deterioro cognitivo y la demencia centrándonos en las conocidas como de causa degenerativa, por su frecuencia e interés didáctico, ya que la otra gran parte de las mismas, las vasculares, se detallan en su respectivo capítulo.
     
    La primera cuestión con que nos enfrentaremos es si existe un mecanismo común subyacente en las múltiples enfermedades que producen deterioro cognitivo. De un modo simplista, éste tiene lugar cuando hay una amplia separación de la red neural cortical, sea por disrupción de la trasmisión sináptica, o por daño estructural. En la mayoría de las demencias no hay alteraciones difusas de parénquima, sino que sus distintos patrones obedecen a la selectividad topográfica del proceso lesivo. Existen variaciones en la vulnerabilidad regional y áreas particulares del córtex donde sólo ciertas neuronas se alteran para posteriormente formar el espectro clínico de una determinada demencia. Así podemos tener casos entre dos extremos: Desde el daño anatómico focal sobre todo un grupo de neuronas, como el que ocurre en un infarto; hasta alteración difusa de un solo tipo neuronal, aunque no hay ningún tipo de entidad nosológica concreta que cumpla este último ejemplo, siendo el más parecido el que ocurre con la muerte selectiva de neuronas de la sustancia blanca en el deterioro cognitivo con parkinsonismo por MPTP (Stern, 1990). 
     
    El patrón de vulnerabilidad selectiva determina en general los distintos tipos clínicos, pero no siempre se puede establecer la causa gracias a la forma de presentación. Una diferenciación muy usada es la distinción clínica entre deterioro cortical o subcortical (Tabla I), que si bien es de frecuente ayuda, es cada vez más criticada, sobre todo por que no hay buen correlato entre el tipo clínico y la localización del sustrato patológico, existiendo notables lesiones subcorticales por ejemplo en la demencia cortical prototípica, la Enfermedad de Alzheimer, como en el núcleo basal de Meynert y el locus ceruleus (EA), al igual que cambios bioquímicos corticales en el deterioro asociado a la enfermedad de Parkinson (EP) y la Parálisis Supranuclear Progresiva (PSP). 
     
    Basándonos en la actual clasificación bioquímica de las demencias (Tabla II) (Dickson 1997, Pasquier 1998), vamos a continuación a analizar el sustrato molecular de los tipos de alteraciones implicadas.
      
    AGREGADOS DE PROTEINA AMILOIDE.
     En EA está implicado un procesamiento proteico aberrante responsable de los ovillos neurofibrilares (ONF) y las placas seniles (PS). Según la hipótesis de la cascada de amiloide (Hardy 1992) las PS preceden y precipitan la formación de ONF como resultado de los cambios celulares. La anormalidad inicial en la patogenia de EA es el depósito de amiloide en el neuropilo (placas en formación) y en vasos cerebrales (formación de angiopatía amiloide). Este depósito es neurotóxico produciendo lesión en el citoesqueleto con formación de ONF, provocando degeneración neuronal. 
     
    Las PS son el resultado de una alteración en el procesamiento de la proteina precursora de amiloide mediante secretasas para formar un péptido beta amiloide tóxico (A1-42) que se agrega e inicia una cascada patogénica. La generación de A a partir de una proteína de membrana integral tipo I, conocida como Proteína Precursora de Amiloide (PPA), requiere dos procesos proteolíticos (Figura I): Un corte del segmento amino terminal de la secuencia de A por medio de una enzima conocida como beta-secretasa; y el corte en el carboxilo terminal por medio de otra enzima, gamma-secretasa. La gamma-secretasa es un complejo multiproteíco con el sitio activo localizado en unas proteínas transmembrana conocidas como Presenilinas 1 y 2 (PS 1 y PS 2) (Alzheimer’s Disease Collaborative Group 1995). En caso de que la proteolisis tuviera lugar por otra tercera enzima, la alfa-secretasa, se formarían fragmentos no patogénicos al no ser de la longitud completa. Aβ1-42 es crucial en la cascada amiloide probablemente por que, se ha demostrado que in vitro, forma fibrillas amiloides insolubles más rápido que la Aβ1-40 (Anderson 1992). Además de la formación del péptido 1-24 es necesario que se produzca una conformación fibrilar de Aβ, pasando de una forma en espiral al azar, -helicoidal, no tóxica, a una forma -plegada, tóxica, en varias fases, hasta llegar a formar las placas: 1) Autoagregación en oligómeros y después en fibrillas; 2) Conformación en láminas β antiparalelas; y 3) Depósito en el espacio extracelular. 
     
    Se han obtenido pruebas convincentes de que Ano es un marcador de la EA sino que desempeña un papel causal en su patogenia. En concreto: Por la relación de los genes de la PPA y las PS 1 y 2 con formas familiares de inicio temprano de EA; Por que la Apolipoproteína E4 (ApoE4) el principal factor de riesgo demostrado de las formas de inicio tardío esporádicas de EA, aumenta el depósito de A(Brousseau 1994); y por que los agregados de A pueden producir de forma directa efecto neurotóxico.
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     PROTEINA TAU
     El citoesqueleto celular formado por microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios constituye un elemento esencial para el mantenimiento de la estructura neuronal. El ensamblaje y estabilización de los microtúbulos se ve favorecido por una proteína soluble, la proteína Tau y en concreto por el grado de fosforilación de la misma. Las taupatias son un grupo de enfermedades en las que esta proteína aparece hiperfosforilada formando parte de agregados insolubles. Además esto permite su detección por metodos bioquimicos e histopatologicos. Entre las taupatías nos encontramos la demencia frortotemporal con parkinsonismo relacionada con el cromosoma 17, la parálisis supranuclear progresiva, la degeneración corticobasal y la enfermedad de Pick. 
    La proteína tau forma parte de los cuerpos de Pick, pero también los ONF presentes en la EA. Es por ello que cada vez hay más controversia sobre si la EA debe ser considerada una taupatía, o se debe limitar este grupo a las entidades relacionadas con mutaciones del gen tau. Pero también el mecanismo patogénico subyacente es comprometido, ya que a pesar de lo coherente de la hipótesis de la cascada amiloide, en la EA no está totalmente demostrada la relación entre el proceso de los ONF y las PS. Aunque parece seguir mayor paralelismo con la clínica la acumulación de ovillos, estudios recientes sugieren que también lo hace la acumulación de placas, lo cual, junto a la genética de las formas familiares, hace que el principal evento patológico en la EA siga considerándose el acúmulo de amiloide. 
    Tau tiene 6 isoformas en los humanos, consecuencia de la partición alternativa de un único gen. Contiene una inserción de 29 o de 58 aminoácidos en el extremo del grupo amino, y/o una extensión de 31 aminoácidos en su extremo carboxilo (Spillantini 1998). La isoforma de tau con esta inserción es la tau 4R, siendo la que carece de ella la 3R. Es precisamente esta inserción de 31 aminoácidos la que junto a sus regiones adjuntas liga y ayuda a ensamblar los microtúbulos, ya que unida a la tubulina de los mismos promueve su ensamblaje y estabilidad, que son a su vez fundamentales para el trasporte y función axonal. Aunque normalmente tau 4R y 3R están en una concentración semejante, cambios en su proporción causan deposición anómala de tau intraneuronal, en inclusiones tipo Pick clásicas (tau positivos y argirófilos), o en forma de cuerpos parecidos a Pick (tau positivos pero argiro-negativos). Los tipos de mutaciones del gen de tau son: Mutaciones del exón 10; mutaciones del intrón siguiente al exón 10; mutaciones de fuera del exón 10. La mayoría de mutaciones del intrón aumentan la concentración relativa de tau 4R, mientras que las del exón producen una disminución del ligamiento y ensamblaje de los microtúbulos, lo que fragmenta el citoesqueleto neuronal y altera el trasporte axónico (Goedert 1998). 
    Los ONF están formados por tau hiperfosforilada, que hace perder la habilidad de tau de unirse a los microtúbulos y lograr su ensamblaje. La hiperfosforilación de tau causa degeneración neurofibrilar, secuestrando proteinas asociadas a los microtúbulos (PAM) (Andorfer 2003). El desplazamiento y sustitución en el citoesqueleto normal por ONF de tau hiperfosforilada, hace que se deposite -amiloide en el espacio extracelular, el parénquima cerebral y sus vasos. La tau hiperfosforilada, a diferencia de la normal no estimula el ensamblaje de la tubulina en los microtúbulos, y provoca su desansamblaje mediante secuestro de PAM (Cleveland, 1997). La rotura de la red microtubular compromete el flujo axoplásmico y produce degeneración retrógrada (Oddo, 2004).
     
    UBIQUINOPATIAS: UBIQUITINA Y EL PROTEOSOMA.
    En condiciones fisiológicas, las proteínas celulares son destinadas a su destrucción a través de dos sistemas, mediante proteínas chaperonas, o por la vía ubiquitina-proteasoma. El primero destina las proteínas a ser degradadas tanto por la vía lisosomal como la vía proteasomal, mientras que la ubiquitina representa la vía proteasomal principal. La ubiquitinación es un proceso altamente ordenado en el cual se unen moléculas de ubiquitina a los residuos lisina de una proteína, a través de un proceso enzimático de tres etapas. Las proteínas así marcadas son degradadas por el proteasoma. Existen evidencias que en pacientes con EP la actividad proteasomal está reducida en la pars compacta de la sustancia nigra (Mcnaught 2003), y también que la α-sinucleina inhibe la actividad proteasomal de manera dependiente-de-concentración (Giasson 2003). Se propone que un sistema ubiquitina-proteasoma alterado puede sensibilizar poblaciones celulares específicas al estrés exógeno, predisponiendo estas células a la muerte celular. Estudios realizados en células con alteraciones del plegamiento de proteínas sugieren que la desregulación a nivel del retículo endoplásmico, un efecto que se ha denominado “respuesta de proteína no plegada” sería la ruta “río abajo” responsable de la muerte celular (Forman 2003). Una función reducida del proteasoma puede afectar muchas funciones celulares que normalmente dependen en la degradación proteica adecuada. También la reducción del limpiado de la -sinucleina protofibrilar puede ser directamente tóxica, y por último, se podría alterar la homeostasis de la dopamina y aumentar el estrés oxidativo. Este tercer mecanismo es especialmente atractivo, y de hecho, la inhibición experimental del proteasoma afecta especialmente neuronas dopaminérgicas, en comparación a neuronas GABA-érgicas (Mcnaught 2002).
     Los fallos del sistema Proteosoma producirán diferentes enfermedades neurodegenerativas que tendrán en común el excesivo acumulo de proteínas ubiquitinizadas. El tipo de inclusiones presentes ha permitido diferenciar dos grandes subgrupos:
    • Las que presentan inclusiones Tau-positivas: Taupatías, mencionadas previamente.
    • Las que presentan inclusiones Ubiquitina-positivas, Tau y -sinucleina-negativas: Entre las que se encuentran la degeneración frontotemporal esporádica y familiar con y sin enfermedad de motoneurona, y formas familiares y esporádicas de Esclerosis Lateral Amiotrófica.
      
    La proteína acumulada en las inclusiones Ubiquitina-positivas fue identificada como TDP-43 (Neumann 2006), proteína fijadora del ADN TAR 43, siendo una proteína nuclear localizada en múltiples tejidos del organismo y codificada por el gen TARDBP localizado en el cromosoma 1. Es responsable de múltiples funciones, y está implicada en mecanismos reguladores tanto de la transcripción del mRNA como del ensamblaje de proteínas. El secuestro de la TDP-43 en inclusiones ubiquitinadas del citoplasma o del núcleo produce perdida de su función, y por ello alteración de la transcripción del mRNA y ensamblado anómalo de sus precursores. En estos cuadros la TDP-43 se muestra anormalmente fosforilada, ubiquitinada y dividida para generar fragmentos C-terminales. 
     
    Dentro de las Demencias Frontotemporales (DFT), según la variabilidad de los tipos morfológicos de las inclusiones encontradas, su distribución en el cerebro, su densidad y su perfil inmunohistoquímico, se ha propuesto una clasificación en subtipos patológicos. Entre las formas Ubiquitin positivas, encontramos la DFT por mutacion del gen de la Progranulina, la DFT asociada al cromosoma 9, la producida por mutacion del gen VCP (valosin-containing protein), y la DFT con Enfermedad de Motoneurona, que en su conjunto engloban las llamadas TDP 43-proteinopatías o TARDopatías (Kwong 2007). Por el contrario, no se encuentran inclusiones TDP-43 en las formas ligadas al cromosoma 3 y en la enfermedad con cuerpos de inclusión basófilos, en las formas con cuerpos de Pick, la degeneración corticobasal, PSP, la DFT ligada al cromosoma 17 con mutaciones del gen MAPT, la enfermedad con inclusiones neuronales de filamentos intermedios, la demencia con cuerpos de inclusión basófilos, la demencia con granos argirofilos y otras demencias degenerativas (EA, EP, Demencia con cuerpos de Lewy, Atrofia Multisistémica)
      
    α-SINUCLEINA Y SINUCLEINOPATIAS.
     El término -sinucleinopatía se utiliza para englobar un grupo de enfermedades que con depósito anormal de -sinucleína en el citoplasma de las neuronas, de las células gliales o en el neurópilo. En la EP y en la demencia por cuerpos de Lewy (DCL), los depósitos de -sinucleína constituyen el componente principal de los cuerpos de Lewy y de las neuronas alteradas, depositándose en menor grado en el citoplasma de la glía. En las Atrofias Multisistémicas (AMS), la -sinucleína se acumula en las inclusiones citoplásmicas de las células oligodendrogliales y en las neuronas, así como en las neuritas distróficas en el tronco del encéfalo. Finalmente, el fragmento medio de 61-95 aminoácidos de -sinucleína es el componente no-Aβ del amiloide de las placas seniles en la enfermedad de Alzheimer. Los depósitos de -sinucleína en estas enfermedades tienen en común la configuración fibrilar, pero difieren en la unión de -sinucleína con distintas proteínas en cada una de las enfermedades, con la excepción de las ubicuitinas que se encuentran en las distintas inclusiones. No se conoce el mecanismo por el que la -sinucleína se fragmenta, se libera al espacio extracelular y forma el 10% del amiloide de las placas seniles. Interacciones de βA4 y -sinucleína pueden explicar la unión de estos productos resultantes de la fragmentación anómala de proteínas precursoras. Por otra parte, distintos estudios han demostrado que la -sinucleína puede formar estructuras fibrilares y dar lugar a formas insolubles y a agregados de alto peso molecular in vitro y en las -sinucleinopatías. 
     
    El mecanismo biológico de la neurodegeneración por -sinucleina parece depender de la ganancia funcional de la proteína. Parece claro que la sobreexpresión de -sinucleina produce EP (Singleton 2003). Pero aunque parece que el metabolismo aberrante de la -sinucleina silvestre podría ser la causa de la pérdida de las células dopaminérgicas en los pacientes con formas no-familiares de EP, esto puede ser efecto de genes adicionales. La polimerización anormal de la -sinucleina formando filamentos y posteriormente agregados puede alterar la función de las neuronas, los astrocitos y oligodendrocitos, y si sus inclusiones son de gran tamaño, pueden trastornar en forma directa el tráfico intracelular, favoreciendo la muerte celular por diversos tipos de estrés. El daño neuronal parece predominantemente selectivo sobre las neuronas dopaminérgicas de la sustancia nigra, para lo que se han implicado diversos mecanismos: La propia conformación en oligómeros y protofibrillas de -sinucleina, ya que la forma protofibrilar de la -sinucleina podría permeabilizar las vesículas membranosas de manera transitoria, alterando la homeostasis intracelular y predisponiendo a la apoptosis; y por la formación por dopamina de conglomerados con -sinucleina y generación de radicales de oxígeno (Volles 2003, Conway 2001, Xu 2002).
      
    PRIONES
     Las enfermedades por priones son un grupo fatal de enfermedades neurodegenerativas que afectan al ser humano, a animales domésticos y al ganado, en las que una proteína, la proteína priónica (PrP), juega un papel fundamental. Pueden ocurrir por causas genéticas, por trasmisión entre especies o de forma esporádica, y se caracterizan por prolongados periodos de incubación, que pueden llegar a varias décadas. La posibilidad de su trasmisión depende de la vía de inoculación, de la cantidad de material inoculado y de la susceptibilidad del huésped. Clínicamente se caracterizan por cuadros de demencia y ataxia, existiendo como lesiones patológicas habituales la pérdida neuronal, gliosis y cambios espongiformes en ausencia de respuesta inmune clásica. Sus principales formas clínicas en humanos son la Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica (CJe), familiar (CJf), iatrogénica (CJi) o la nueva variante (CJv), la enfermedad de Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS), el Insomnio Familiar Fatal (IFF), la angiopatía amiloidea cerebral por proteína priónica (ACAPP) y el Kuru. 
     
    La PrP está codificada en el ser humano por un gen, PRNP, localizado en el brazo corto del cromosoma 20. Está presente en muchos tejidos, principalmente en el sistema nervioso, donde se expresa en neuronas y sinapsis, sobre todo en la superficie celular, y sujeta a reciclado endocítico frecuente. Aunque su función no es del todo conocida existe evidencia que la relaciona con el estrés oxidativo relacionado con superóxido-dismutasa, y con funciones estructurales y de señalización celular. 
     
    De acuerdo con la hipótesis priónica (Prusiner 2004), el evento fundamental para que la PrP sea patogénica es su conversión conformacional desde una forma celular normal (PrPc) a una forma dañina (PrPsc), que ocurre de modo postranslacional, dando como resultado una estructura agregada, insoluble y parcialmente resistente a la proteolisis. No se conocen los desencadenantes de esta conversión, aunque múltiples factores se han implicado (Caughey, 2003), ni el mecanismo por el cual la replicación del prión es citotóxica (Tagliavini 2001), postulándose su daño a las defensas antioxidación neuronal, y por producción de radicales libres en la microglía y de citoquinas citotóxicas en los astrositos, que interfieren con sus funciones de soporte celular.
     
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