Estudio de la interacción entre péptidos ß amiloides y proteínas de unión de calcio y sistemas redox relevantes en la señalización neuronal en cerebro y búsqueda de antagonistas

Abstract

Los péptidos β-amiloide (Aβ) son biomarcadores de la enfermedad de Alzheimer (EA) y han sido implicados en su etiopatogenia. El péptido Aβ(1-42) es uno de los componentes predominantes de las placas amiloides y de los ovillos neurofibrilares detectados en la EA. La desregulación de la homeostasis intracelular del Ca2+ y de hierro en neuronas, y el estrés oxidativo en el cerebro tienen lugar en las etapas iniciales de la EA. Los rafts lipídicos de la membrana plasmática desempeñan un papel clave en la internalización del péptido Aβ(1-42) en las neuronas. La calmodulina (CaM), una proteína de unión del calcio citosólico y de señalización del calcio en neuronas, es una de las proteínas intracelulares con mayor afinidad por Aβ(1-42). En base a estos antecedentes, en esta tesis hemos estudiado las interacciones del Aβ(1-42) con la CaM y la calbindina-D28k (que se expresa a niveles altos en las regiones cerebrales afectadas en la EA), y con enzimas redox asociadas a los “rafts” lipídicos utilizando un método fluorescente para medir la formación de complejos Aβ(1-42):CaM y Aβ(1-42):calbindina-D28k. A partir de estudios de docking hemos diseñado un péptido que es un potente inhibidor de la formación de los complejos Aβ(1-42):CaM y Aβ(1-42):calbindina-D28k. Además, hemos evaluado otros posibles antagonistas y moduladores de la formación de estos complejos: hexa-histidina, iones metálicos (Fe3+, Cu2+ y Zn2+), dos flavonoides (kaempferol y epigalocatequina) y dos antagonistas de la CaM (trifluoperazina y compuesto 48-80). Se analizan las implicaciones de los resultados para las disfunciones neuronales inducidas por el péptido Aβ(1-42).

Amyloid-β peptides (Aβ) are recognized biomarkers of Alzheimer’s disease (AD), and have been implied in AD etiopathogenesis. The peptide Aβ(1-42) is one of the major components of amyloid plaques and of neurofibrillary tangles detected in AD. Dysregulation of intracellular Ca2+ and iron homeostasis in neurons, and brain oxidative stress take place in the initial stages of AD. Lipid rafts of the plasma membrane play a major role in the internalization of Aβ(1-42) in neurons. The calmodulin (CaM), a multifunctional cytosolic calcium binding and signaling protein in neurons, is one of the intracellular proteins with higher affinity for Aβ(1-42) soluble oligomers. On these grounds, in this Ph.D. thesis we have studied the interactions of Aβ(1-42) soluble oligomers with CaM and calbindin-D28k (another calcium binding protein highly expressed in the brain regions more dysfunctional in AD), and with redox enzymes associated to lipid rafts, using a novel fluorescent method that measures the formation of Aβ(1-42):CaM and Aβ(1-42):calbindin-D28k complexes. Docking analysis of these complexes led us to design a peptide that behaves as a potent inhibitor of their formation, i.e. an antagonist peptide of Aβ(1-42) complexation with these calcium binding proteins. In addition, we have experimentally evaluated the putative antagonist and/or modulatory effects of other compounds in the formation of these complexes, namely, hexa-histidine, metallic cations (Fe3+, Cu2+ and Zn2+), two flavonoids (kaempferol and epigallocatechin) and two CaM antagonists (trifluoperazine and compound 48-80). The implications of these results for neuronal dysfunctions that have been reported to be induced by Aβ(1-42) are analyzed.