Fragmentos tóxicos de la proteína de la EH

La investigación continúa apoyando la hipótesis de los fragmentos tóxicos.

La investigación continúa apoyando la hipótesis de los fragmentos tóxicos.

La investigación continúa apoyando la hipótesis de los fragmentos tóxicos. La idea es que un evento clave en el desarrollo de la Enfermedad de Huntington es la segmentación de la proteína de la EH en fragmentos que penetran el núcleo de la célula y  causan daño.

 

La comunidad de la EH se sintió electrificada cuando, en 2006, el Dr. Michael R. Hayden y sus colegas informaron que el ratón con la EH diseñado para ser resistente a la caspasa 6 no desarrolló la Enfermedad de Huntington (ver Caspase 6 resistant mice). La palabra caspasa viene de los términos en inglés “cysteine-aspartic-acid-proteases”. Las caspasas son enzimas utilizadas durante la apoptosis, o la muerte celular programada. Existen varias caspasas que inician el proceso, que segmentan las proteínas y que prácticamente “ejecutan” a la célula. La apoptosis es un proceso necesario en el desarrollo y también para destruir tumores.

Desafortunadamente la a apoptosis también se ve implicada en los desórdenes  neurodegenerativos. La apoptosis es causada por el estrés celular, especialmente el estrés mitocondrial, y esto se sabe que ocurre con el Huntington y con otras tantas enfermedades neurodegenerativas. Tanto la caspasa 3 como la caspasa 6 segmentan la proteína de la EH, pero el trabajo del Dr. Hayden demostró que el ratón resistente a la caspasa 3 sí desarrolló la enfermedad, mientras que el resistente a la caspasa 6 no lo hizo.

No todos los fragmentos son tóxicos. La evidencia más fuerte de esto proviene del trabajo con ratones publicado por Hayden y colegas en 2005 (Slow et al 2005). Este ratón expresa un fragmento de proteína terminal N que difiere del generado por la segmentación de la caspasa 6. Los fragmentos penetraron en el núcleo de la célula en este modelo con ratones y se aglutinaron, pero no hubo evidencias de la enfermedad en el desarrollo o el comportamiento del ratón y no hubo neurodegeneración. Por lo tanto, el problema podría no ser la fragmentación en sí, sino que tendría que ver con la generación de fragmentos tóxicos específicos.

Los investigadores están trabajando en el desarrollo de un inhibidor de caspasa 6 como tratamiento potencial. Al mismo tiempo, la investigación básica continúa centrándose en la fragmentación, ya que no está claro por qué algunos fragmentos son tóxicos, mientras que otros no lo son.

Investigadores de la coalición, el Dr. Christopher Ross y el Dr. Hayden también están observando fragmentos provenientes de otros sitios de segmentación, midiendo su toxicidad. La proteína de la EH es segmentada en dos áreas. Una es entre los sitios 460 y 600. La caspasa 6 segmenta la proteína de la EH en el sitio 586. La otra área  se encuentra cerca del N-terminus de la proteína.

Trabajando con el modelo celular PC12, el Dr. Ross y Hayden descubrieron dos nuevos fragmentos N-terminus, cp-1 y cp2 (cp quiere decir “cleavage product”, o producto de segmentación). Los fragmentos cp-1 y cp-2 son producidos y se acumulan dentro de inclusiones nucleares y citoplásmicas antes de que la toxicidad celular inducida por la huntingtina acaezca, y estos fragmentos pueden ser producidos mediante segmentación proteolítica independiente de la caspasa.

Localizaron la segmentación de cp-1 en algún sitio entre los sitios 81 y 129. Pudieron determinar que el sitio de segmentación de cp-2 se encuentra en la posición 167. Alterar el sitio reduce la toxicidad pero incrementa el aglutinamiento. Los investigadores sugieren que una vez que aprendamos más sobre los modos de fragmentación, más objetivos terapéuticos podrían emerger.

Marsha L. Miller, Ph.D.

Dr. Christopher Ross

Fragmentos N-terminal de la Huntingtina Mutante de un tamaño específico median en el aglutinamiento y la toxicidad en células neuronales.

Tamara Ratovitski, Marjan Gucek, Haibing Jiang, Ekaterine Chighladze, Elaine Waldron, James D'Ambola, Zhipeng Hou, Yideng Liang, Michelle A. Poirer, Ricky R. Hirschhorn, Rona Graham, Michael R. Hayden, Robert N. Cole, and Christopher A. Ross

abstact

Huntingtin proteolysis is implicated in Huntington's disease pathogenesis, yet, the nature of huntingtin toxic fragments remains unclear. Huntingtin undergoes proteolysis by calpains and caspases within an N-terminal region between amino acids 460-600. We have focused on proteolytic steps producing shorter N-terminal fragments, which we term cp-1 and cp-2 (distinct from previously described cp-A/cp-B). We used HEK293 cells to express the first 511 residues of huntingtin and further define the cp-1 and cp-2 cleavage sites. Based on epitope mapping with huntingtin- specific antibodies, we found that cp-1 cleavage occurs between residues 81, and 129 of huntingtin. Affinity and size exclusion chromatography were used to further purify huntingtin cleavage products and enrich for the cp-1/cp-2 fragments. Using mass spectrometry, we found that the cp-2 fragment is generated by cleavage of huntingtin at position 167R. This site was confirmed by deletion analysis, and by specific detection with a custom-generated cp-2 site neo-epitope antibody. Furthermore, alterations of this cleavage site resulted in a decrease in toxicity and an increase in aggregation of huntingtin in neuronal cells. These data suggest that cleavage of huntingtin at residue 167R may mediate mutant huntingtin toxicity in Huntington's disease.

The Journal of Biological Chemistry 2009 Feb. 9, Epub ahead of print