Dinámica mitocondrial en las enfermedades neurodegenerativas / Mitochondrial dynamics in neurodegenerative diseases

Resumen Las enfermedades neurodegenerativas son un grupo heterogéneo caracterizado por la disminución gradual, progresiva y selectiva de las funciones del sistema nervioso. La etiología de estas patologías aún se desconoce, sin embargo, se ha propuesto que la función mitocondrial pudiese estar participando en el establecimiento de estas enfermedades, debido al alto requerimiento energético que tienen las neuronas para realizar sus funciones fisiológicas. La mitocondria es un organelo dinámico que puede cambiar su morfología y función en respuesta a diferentes estímulos fisiológicos, por ello se ha empezado a estudiar a la dinámica mitocondrial como uno de los principales reguladores de la supervivencia celular. Este evento comprende diferentes procesos como la generación de nuevas mitocondrias y su eliminación cuando ya no son funcionales, así como los procesos de fusión y fisión mitocondrial y el tráfico de estos organelos en el entorno celular. Todos estos procesos son altamente regulados y tienen como finalidad la óptima funcionalidad de la mitocondria y la homeostasis celular.

Abstract Neurodegenerative diseases are a group of heterogeneous diseases characterized by a gradual, progressive and selective decrease in nervous system functions. The etiology of these pathologies remains unknown; however, mitochondrial function has been proposed as a common factor that could be involved in the establishment of these diseases, owing to the high energy requirement neurons have in order to carry out their physiological functions. Mitochondria are extremely dynamic organelles that can change their morphology and function in response to different physiological stimuli and, for this reason, mitochondrial dynamics have started being studied as one of cell survival main regulators. This event comprises different processes, such as the generation of new mitochondria and their elimination when they are no longer functional, as well as mitochondrial fusion and fission processes and the traffic of these organelles within the cellular environment. All these processes are highly regulated, and their main purpose is optimal functionality of mitochondria and cellular homeostasis.

Sistemas de neurotransmisión, alteraciones neuroanatómicas y muerte celular en la esquizofrenia: actualización y perspectivas / Neurotransmitter systems, neuroanatomical pathology and cell death in schizophrenia: update and perspectives

La esquizofrenia incluye una alteración del juicio de realidad que se caracteriza por la presentación de ideas delirantes que pueden ir acompañadas de alucinaciones de alguna modalidad sensorial. Estos síntomas se presentan en la esquizofrenia, pero también pueden resultar de una amplia variedad de trastornos neurológicos y psiquiátricos. Asimismo, puede ser inducida químicamente. A pesar de que la presentación de psicosis es clínicamente similar, se desconoce si involucra mecanismos neurobiológicos distintos para cada situación. Los pacientes que sufren esquizofrenia no sólo exhiben diversas alteraciones neuroanatómicas sino, además, alteraciones en la neurotransmisión de diferentes sistemas. Actualmente, las teorías más aceptadas proponen una sobreactivación del sistema dopaminérgico y una hipofunción del sistema glutamatérgico. Adicionalmente, otros sistemas involucrados en la fisiopatología de la esquizofrenia son la vía del óxido nítrico, así como los sistemas GABAérgico, glicinérgico y serotonérgico. Más aún, dichos sistemas interactúan entre sí modulando el desarrollo del sistema nervioso y la supervivencia de las células. Las alteraciones descritas en este artículo podrían formar una misma secuencia de eventos. La investigación en este campo habrá de enfocarse en dilucidar esa cadena para acercarse aún más a sus extremos inicial, que le da origen, y final, que tiene implicaciones terapéuticas.

Schizophrenia is a thought disorder characterized by delusional thinking which may be accompanied by hallucinations involving any sensory modality. Schizophrenia may be associated with several neurologic and psychiatric disorders. Also, it may be induced by drugs. In spite of the similarity in psychoses symptomatology, it is unknown if it involves the same underlying neurobiologic mechanisms in those cases. Schizophrenic patients exhibit not only neuroanatomical alterations, but also, distortion of several neurotransmitter systems. Nowadays, the main theories in this regard involve dopaminergic hyperfunction and glutamatergic hypofunction. Additionally, other systems involved in the schizophrenia pathophysiology are the nitric oxide pathway as well as GABAergic, glycinergic and serotonergic systems. Furthermore, those systems interact with each other to modulate nervous system development and cell survival. The alterations described in this paper may be part of a single cascade of events. Research in this field should focus on the elucidation of this chain to find its limits, the initial stage that originates it, and the final stage that has therapeutic implications.

Incremento de la actividad de mieloperoxidasa plasmática en pacientes con asma asociada a diabetes mellitus tipo 2. Indicador de mayor desequilibrio homeostático / Increase of myeloperoxidase activity in patients with asthma associated to diabetes mellitus type 2. An indicator of homeostatic disequilibrium

Antecedentes: La actividad de mieloperoxidasa (MPO, EC 1.11.1.7) plasmática ha sido relacionada con diferentes enfermedades crónico-degenerativas, que tienen en común cursar con un proceso inflamatorio crónico, como son los casos de asma y diabetes mellitus. Durante el proceso inflamatorio se generan especies reactivas del oxígeno (ERO) incluyendo al ácido hipocloroso (HCIO-) que es el producto de la MPO. Objetivos: Demostrar que el asma y la diabetes mellitus, que cursan con estrés oxidante, presentan una respuesta metabólica acumulativa que puede ser evaluada por el incremento de MPO como marcador de daño oxidante. Métodos: La actividad de la enzima fue determinada en el plasma de un grupo control formado por 36 individuos clínicamente sanos y en tres grupos de pacientes: a) 13 asmáticos, b) 29 diabéticos y c) 6 con coexistencia de ambos padecimientos. Resultados: En los pacientes con ambos padecimientos, la actividad de MPO se incrementó significativamente (65.1 ± 11.2 U*; p < 0.05). El grupo control presentó una actividad similar (37.6 ±3.2 U*) a la de los pacientes con asma (35.9 ± 5.2 U*) y a los diabéticos (32.6 ± 3.3 U*). Conclusiones: Se demuestra que la coexistencia de dos padecimientos crónico-degenerativos incrementa la posibilidad de daño tisular debido a la generación de ERO, que supera a las defensas antioxidantes del organismo, incrementando el estrés oxidante con el consecuente daño tisular y desequilibrio homeostático. *U = U/mg de proteína:¹.

Background: The activity of the enzyme myeloperoxidase (MPO, EC 1.11.1.7), in plasma has been related to several chronic-degenerative diseases such as asthma and diabetes mellitus which have in common a chronic inflammatory condition. Several reactive species of oxygen are generated during inflammation, including hypochlorous acid, which is a product of MPO. Objective: To prove that asthma and diabetes mellitus, in which there is oxidative stress, present a cumulative metabolic response that can be measured by an increase of MPO, as a marker of oxidative damage. Methods: The activity of MPO was measured in the plasma of a control group of 31 healthy volunteers and in three groups of patients: a) 13 asthmatics, b) 29 diabetics, c) 6 asthmatics and diabetics. Results: In patients with both diseases, asthma and diabetes mellitus, there was a significant increase in the activity of the enzyme MPO (65.1 ± 11.2 U*; p < 0.05). The activity of MPO was similar in the control group (37.6 ± 3.2 U*), the asthma group (35.9 ± 5.2 U*) and the diabetics (32.6 ± 3.3 U*). Conclusions: The coexistence of asthma and diabetes mellitus, both chronic-degenerative diseases, increases the possibility of tissue damage due to the generation of oxygen reactive species that overwhelms the antioxidant defenses of the body, augmenting the oxidative stress and inducing secondary tissue damage and homeostatic disequilibrium. *U= U/mg of protein.

Marcadores plasmáticos de estrés oxidante en población mexicana sana de 31 a 60 años de edad / Plasma markers of oxidative stress in healthy 31-60 year old mexican population

Introducción: Patologías como asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica, diabetes mellitus, neuropatías y el síndrome de Alzheimer, entre otros, están asociados al estrés oxidante, condición metabóllca por la cual las personas que sufren estos padecimientos presentan modificaciones y rompimiento de biomoléculas en plasma; es importante conocer sus valores básales en personas sanas para poder interpretarlos adecuadamente. Objetivo: Determinar las concentraciones básales de algunos marcadores de estrés oxidante en adultos sanos (31-60 años). Método: A 67 personas sanas, divididas en tres grupos. Grupo 1 (31-40 años); grupo 2 (41-50 años) y grupo 3 (51-60 años), se les evaluaron los siguientes marcadores de estrés oxidante: Compuestos reactivos al ácido tiobarbitúrico (CRAT), predisposición al daño oxidante, determinación de grupos carbonilo, capacidad antioxidante total de plasma (CATP), y actividad enzimática de paraoxonasa. Los resultados se sometieron a pruebas estadísticas de ANOVA de una vía y post-hoc de Bonferroni, considerando una significancia de 0.05. Resultados: Se encontró un aumento significativo en CRAT en el grupo 2 y en el grupo 3 (8.462 ± 0.571 vs 10.34 ± 1.23µM CRAT, respectivamente). En la predisposición a la lipoperoxidación, el grupo 3 fue el más susceptible al daño, debido a que hubo un incremento en los niveles de CRAT (477.0 ± 16.71 µM) en comparación al grupo 2 (432.3 ± 25.71 µM) y al grupo 1 (320.6 ± 28.95µM). En la determinación de grupos carbonilo no existieron diferencias entre los grupos. La CATP disminuyó en el grupo 2 con respecto al grupo 1 (0.950 ± 0.071 vs 0.69 ± 0.068 unidades, respectivamente). La actividad de paraoxonasa presentó un aumento en el grupo 3 con respecto al grupo 1 (0.119 ± 0.004 vs 0.072 ± 0.007 nmol p-nitrofenol/ mg proteína, respectivamente). Conclusión: Las concentraciones de los marcadores de daño por estrés oxidante se ven modificadas por la edad del individuo. En el proceso natural de envejecimiento, el principal daño es a Iípidos.

Introduction: Patients with asthma, COPD, diabetes mellitus, kidney diseases and Alzheimer syndrome, conditions associated to oxidative stress, have modifications and rupture of certain plasma biomolecules. In order to explain properly this findings, basal values in normal individuals of such biomolecules should be known. Objective: To determine the basal values of some markers of oxidative stress in healthy 31 to 60 year old individuals. Method: Seventy seven healthy volunteers were classified into group 1, 31 to 40 years, group 2, 41 to 50 years and group 3, 51 to 60 years; the following oxidative stress markers were measured: reactive compounds to tiobarbituric acid (TBARs), predisposition to oxidative stress, determination of carbonil groups, total antioxidative capacity of plasma (TACP) and enzymatic activity of paraoxonase. ANOVA and Bonferroni tests were used; a level of 0.05 was considered significant. Results: Croup 2 and 3 showed significant increment in TBARs (8.462 ± 0.571 vs 10.34 ± 1.23µM TBARs, respectively). In the predisposition to lipoper oxidation, group 3 was more susceptible, due to an increase in RCTA levels (477.0 ± 16.71 µM) in comparison to group 2 (432.3 ± 25.71 µM) and 1 (320.6 ± 28.95 µM). There was no difference in the determination of carbonil groups between the groups. TACP is significantly diminished in group 2 in relation to group 1 (0.950 ± 0.071 vs 0.69 ± 0.068 units, respectively). Paraoxonase's activity showed a significant increase in group 3 in relation to group 1 (0.119 ± 0.004 vs 0.072 ± 0.007 nmol p-nitrophenol/mg protein, respectively). Conclusion: Advancing age modifies biomolecular markers of oxidative stress; during the natural aging process, the main damage is to lipids.

Bleomicina: un modelo de fibrosis pulmonar / Bleomycin: a lung fibrosis animal model

La bleomicina es un glicopéptido utilizado para el tratamiento del cáncer cuyo potencial terapéutico está limitado por su toxicidad pulmonar. El efecto citotóxico depende de la dosis e involucra el desarrollo de neumonitis que progresa a fibrosis; las células epiteliales alveolares son el blanco principal del daño inducido por la bleomicina. Se considera que la muerte de células epiteliales alveolares por apoptosis es un evento clave en el inicio y la progresión de la fibrosis pulmonar (FP) que se caracteriza por el depósito excesivo de moléculas de la matriz extracelular, principalmente de colágenas fibrilares en el parénquima pulmonar. En la investigación básica de la FP, la bleomicina se ha utilizado como el principal agente fibrogénico en modelos animales. Durante los últimos años, el modelo de bleomicina desarrollado en ratones trasgénicos se ha empleado para elucidar in vivo el papel de un gran número de biomoléculas involucradas en la FP.

Bleomycin is a glycopeptide used for cancer treatment, but the therapeutic potencial of this drug is limited by its lung toxicity. The cytotoxic effect of bleomycin is dose-dependent and involves pneumonitis that proceeds to lung fibrosis (LF). Alveolar epithelial cells are the main target of bleomycin induced injury. Alveolar epithelial cell death by apoptosis is considered as a key event in the initiation and progression of LF, that is characterized by excessive deposition of extracellular matrix, mainly fibrilar collagens in the lung parenchyma. Bleomycin has been used as the main fibrogenic agent in animal models in LF basic research; in recent years, a bleomycin model developed in transgenic mice has been used to elucidate the in vivo role of a great number of biomolecules involved in LF.

Perspectivas del uso de antioxidantes como coadyuvantes en el tratamiento del asma / Perspectives in the use of antioxidants for the treatment of asthma

Al tratarse de un proceso inflamatorio, en el asma hay participación e incremento en la generación de especies reactivas del oxígeno, dando lugar a un desequilibrio oxidante/antioxidante, fenómeno que se ha descrito como estrés oxidante, que causa daño a diferentes biomoléculas. La utilización de agentes antioxidantes exógenos o activadores de antioxidantes endógenos como coadyuvantes de la terapéutica del paciente asmático, es una posibilidad a discutir.

Oxidative stress seen in bronchial asthma can damage different kinds of biomolecules; this oxidant/antioxidant imbalance results from an increment in the production of oxygen reactive species. The utilization of exogenous antioxidant agents or promoters of endogenous antioxidants can be seen as an alternative therapy for asthma that is worth discussing.

Estrés oxidante en asma / Oxidative stress in asthma

El asma es una enfermedad inflamatoria crónica del tracto respiratorio de etiología aún desconocida; sin embargo, nuevas evidencias han involucrado al estrés oxidante, en el que la participación e incremento en la generación de especies reactivas del oxígeno por diferentes sistemas bioquímicos, superan a los mecanismos antioxidantes en el ambiente de las vías respiratorias del asmático, lo cual es acompañado de alteraciones inducidas por radicales libres que involucran daño estructural y modificaciones metabólicas presentes, a nivel sistémico y en el tracto respiratorio.

Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways: its precise etiology is still unknown. New evidence points to oxydative stress, in which the participation and increment of reactive species of oxygen by several biochemical systems overwhelms the anti oxidant mechanisms of the airways; this, in conjunction with changes induced by free radicals involving systemic and local respiratory structural damage and metabolic changes.

Participación d las especies reactivas del oxígeno en las enfermedades pulmonares

Las especies reactivas de oxígeno son moléculas (O2•-, HO • , NO • ), muy reactivas debido a que en el último orbital tienen un electrón no pareado (radical libre), lo cual confiere inestabilidad física. Se incluyen en las especies reactivas de oxígeno a moléculas precursoras de los radicales libres (H2O2, HONO2-). Estas especies participan en procesos fisiológicos en el organismo. Cuando la generación de especies reactivas de oxígeno supera a los mecanismos de inactivación, se presenta el estado metabólico de estrés oxidante que se caracteriza por daños moleculares y celulares que conducen a predisposición o modificación de diversos padecimientos crónico-degenerativos. Entre las enfermedades pulmonares en que se ha demostrado la participación de las especies reactivas de oxígeno, destacan el síndrome de insuficiencia respiratoria progresiva, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y el asma. Se analizan las características del estrés oxidante en estos padecimientos.

Reactive Oxygen Species (ROS) are very reactive molecules (O2•-, HO•, NO• ) since they have a single and unpaired electron in the last orbital (free radical) which confers them physical instability. Free radical precursors such as H2O2 , HONO2- are considered ROS. These species are important in the physiological processes. When ROS production exceeds the inactivation mechanisms, oxidative stress takes place. This stress is characterized by molecular and cellular damage which predisposes to or modifies chronic-degenerative diseases. Among pulmonary diseases in which ROS participation has been proved are ARDS, COPD and asthma. The aim of this paper was to analyze the mechanisms of oxidative stress that lead to those illnesses.