Una nueva investigación estudia el papel de la producción de calcio y la enfermedad de Alzheimer. El proceso neurodegenerativo puede ser causado por un desequilibrio de calcio dentro de la célula cerebral.

Las mitocondrias, a veces denominadas «la fuerza motriz de la célula», son pequeñas estructuras que transforman la energía de los alimentos en «combustible» celular – foto de portada -.

En las mitocondrias de una célula cerebral, los iones de calcio controlan cuánta energía se produce para que el cerebro funcione. Investigaciones previas han demostrado que una producción excesiva de calcio puede causar la muerte de las neuronas, por lo tanto vinculando un desequilibrio de calcio con el proceso neurodegenerativo involucrado en la enfermedad de Alzheimer.

Hasta ahora, sin embargo, se desconocía el mecanismo exacto que vincula la neurodegeneración relacionada con Alzheimer y el desequilibrio del calcio mitocondrial. La nueva investigación – dirigida por Pooja Jadiya, becaria postdoctoral en la Universidad de Temple en Filadelfia, PA – arroja luz sobre esta asociación.

El estudio fue llevado a cabo por investigadores del Centro de Medicina Traslacional de Temple University, y los hallazgos fueron presentados en la 61ª Reunión de la Sociedad Biofísica de Nueva Orleans, LA.

Análisis del calcio en el cerebro humano, modelos de ratón y cultivos celulares

Jadiya y sus colegas estudiaron muestras cerebrales de pacientes con Alzheimer, además de un modelo de ratón modificado genéticamente para replicar los síntomas parecidos al Alzheimer, y una línea celular mutante afectada por Alzheimer.

Examinaron las alteraciones mitocondriales en el procesamiento del calcio, junto con la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), el metabolismo de la proteína precursora amiloide activa, el potencial de membrana y la muerte celular. También examinaron la activación de los poros de transición de permeabilidad mitocondrial y la fosforilación oxidativa.

En un cerebro sano, los iones de calcio dejan las mitocondrias de una neurona para prevenir una acumulación excesiva. Una proteína transportadora – llamada el intercambiador de sodio-calcio mitocondrial – permite este proceso.

En el tejido afectado de Alzheimer, Jadiya y el equipo encontraron que los niveles de intercambio de sodio-calcio eran extremadamente bajos. De hecho, la proteína era tan baja que era difícil de detectar.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que esto causaría una sobreproducción de ROS, que, a su vez, contribuiría a la neurodegeneración.

Las ROS son moléculas que, en altos niveles, han demostrado dañar proteínas, lípidos y ADN, causando así estrés oxidativo.

Intercambiador de proteínas de sodio-calcio en la progresión del Alzheimer

El equipo encontró una correlación entre la actividad reducida del intercambiador de sodio-calcio y el aumento de la muerte neuronal.

Además, en el modelo de ratón, los científicos encontraron que justo antes de la aparición del Alzheimer, el gen que codifica el intercambiador era significativamente menos activo. Una disminución en la expresión de este gen sugiere además que el intercambiador de proteínas desempeña un papel clave en la progresión de la enfermedad.

Finalmente, los científicos también probaron este mecanismo en un modelo de cultivo de células afectadas por Alzheimer, al aumentar artificialmente los niveles del intercambiador.

Según la hipótesis, las células afectadas se recuperaron hasta un punto en el que eran casi idénticas a las células sanas. Además, los niveles de adenosina trifosfato (ATP) aumentaron, los niveles de ROS disminuyeron, y menos neuronas murieron.

La ATP es una molécula considerada por algunos biólogos como la «moneda de energía de la vida», como lo exige cada actividad en la que nuestro cuerpo se involucra.

John Elrod, un co-autor del estudio, explica la importancia de los hallazgos:

«Nadie ha visto esto antes de usar estos sistemas modelo, entonces es posible que las alteraciones en el intercambio de calcio mitocondrial estén impulsando el proceso de la enfermedad».

El estudio también puede allanar el camino para nuevas opciones de tratamiento, explica Elrod. El equipo está trabajando actualmente para revertir la neurodegeneración típica de la enfermedad de Alzheimer en modelos de ratón mediante la estimulación de la expresión del gen que codifica el intercambiador de sodio-calcio. Esto podría lograrse con nuevos fármacos o terapia génica.

«Nuestra esperanza es que, si podemos cambiar el nivel de expresión o la actividad de este intercambiador, podría ser una terapia viable para utilizar a principios de la enfermedad y tal vez impedir el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer – que es la carrera que tenemos que correr», dice Elrod. «Ni siquiera estamos cerca de eso, pero esa sería la idea».

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