Métodos y composiciones para prolongar el período de vida y aumentar la resistencia al estrés de células y organismos.

Un compuesto de fórmula A:

en donde

R representa, independientemente para cada caso,

H, acetilo, benzoilo, acilo, fosfato, sulfato, (alcoxi)metilo,triarilmetilo, (trialquil)sililo, (dialquil)(aril)sililo, (alquil)(diaril)sililo o (triaril)sililo; y

X representa O o S,

o una sal farmacéuticamente aceptable del mismo,

para uso en el tratamiento o la prevención de una enfermedad neurodegenerativa.

Métodos y composiciones para prolongar el período de vida y aumentar la resistencia al estrés de células y organismos Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de EE.UU. Nº de serie 11/053.185 presentada el 8 de febrero de 2005.

Declaración de derechos Esta invención se realizó con el apoyo gubernamental bajo RO1 GM068072 otorgado por el Instituto Nacional de la Salud. El gobierno tiene ciertos derechos en la invención.

Antecedentes de la invención Estudios fisiológicos y, más recientemente, análisis de chips (“array”) de ADN (DNA) de modelos de expresión de genes han confirmado que el envejecimiento es un proceso biológico complejo. En contraposición, estudios genéticos en organismos modelo han demostrado que cambios relativamente secundarios en el entorno de un organismo o constitución genética pueden ralentizar drásticamente el proceso de envejecimiento. Por ejemplo, el período de vida de muchos diversos organismos se puede ampliar grandemente limitando simplemente la ingesta de calorías, en un régimen dietético conocido como restricción calórica (1-3) .

Cómo cambios simples pueden tener efectos tan profundos sobre un proceso complejo tal como el envejecimiento? Surge una imagen en la que todos los eucariotas poseen un sistema regulador sorprendentemente conservado que gobierna el ritmo de envejecimiento (4, 5) . Un sistema regulador de este tipo puede haber surgido evolutivamente para permitir a los organismos sobrevivir en condiciones adversas redirigiendo recursos a partir del crecimiento y la reproducción a vías que proporcionen resistencia al estrés (4, 6) .

Un modelo que ha demostrado ser particularmente útil en la identificación de factores reguladores del envejecimiento es la levadura incipiente, S. cerevisiae. El período de vida replicativo en S. cerevisiae se define típicamente como el número de retoños o “células hijas” producidos por una “célula madre” individual (7) . Las células madre sufren cambios dependientes de la edad que incluyen un aumento de tamaño, una ralentización del ciclo celular, un aumento del nucléolo, un incremento en los niveles de NAD+ de estado estacionario, una gluconeogénesis y almacenamiento de energía incrementados y esterilidad que resulta de la pérdida del silenciamiento en telómeros y loci de tipo apareante (8-13) . Una medida alternativa del período de vida de levaduras, conocido como envejecimiento cronológico, es el período de tiempo en el que una población de células no divisoras sigue siendo viable cuando se la priva de nutrientes (14) . Un período de vida cronológico incrementado se correlaciona con una resistencia incrementada al choque térmico y al estrés oxidativo, sugiriendo que la lesión acumulativa a componentes celulares es una causa principal de este tipo de envejecimiento (14, 15) . El grado de solapamiento entre envejecimiento replicativo y cronológico es actualmente confuso.

Una causa del envejecimiento replicativo de levaduras ha demostrado proceder de la inestabilidad del locus repetido del ADN ribosomal (ADNr) (16) . Esta inestabilidad da origen a formas circulares de ADNr denominadas ERCs que se replican, pero que fracasan en segregar células hijas. Finalmente, las ERCs se acumulan en más de 1000 copias, que se piensa matan a células titulando factores esenciales de la transcripción y/o replicación (1618) . Regímenes que reducen la recombinación de ADN tal como la restricción calórica o una deleción fob1 amplían el período de vida replicativo (17, 19, 20) .

Un regulador clave del envejecimiento en levaduras es la proteína silenciadora Sir2 (17) , una desacetilasa dependiente de nicotinamida adenina dinucleótico (NAD+) (21-24) . Sir2 es un componente del complejo herotrimérico Sir2/3/4 que cataliza la formación de heterocromatina silenciosa en los telómeros y los dos loci de tipo apareante silenciosos (25) . Sir2 es también un componente del complejo RENT que se requiere para el silenciamiento en el locus de ADNr y para que salga de la telofase (26, 27) . Recientemente, este complejo ha demostrado también estimular directamente la transcripción de ARNr por parte de Pol I y estar implicado en la regulación de la estructura nucleolar (28) .

Estudios bioquímicos han demostrado que Sir2 puede desacetilar fácilmente las colas amino-terminales de 2

histonas H3 y H4, dando como resultado la formación de 1-O-acetil-ADP-ribosa y nicotinamida (21-23, 29) . Cepas con copias adicionales de SIR2 exhiben un silenciamiento incrementado de ADNr (30) y un período de vida 30% más prolongado (17) . Recientemente, se ha demostrado que copias adicionales del homólogo SIR2 de C. elegans, sir-2.1, amplía grandemente el período de vida en ese organismo (31) . Esto implica que la vía reguladora dependiente de SIR2 para el envejecimiento surgió en una fase temprana de la evolución y se ha mantenido bien conservada (4) . El período de vida de las levaduras, al igual que el de metazoos, está también ampliado por intervenciones que se asemejan a la restricción calórica (19, 32) . Mutaciones que reducen la actividad de la vía dependiente de cAMP (adenosina 3’5’-monofosfato) que responden a glucosa (PKA) amplían el período de vida en células de tipo salvaje (wt) , pero no en cepas sir2 mutantes, demostrando que SIR2 es un componente clave situado aguas debajo de la vía de restricción calórica (19) .

En la mayoría de los organismos existen dos vías de biosíntesis de NAD+ (véase la Fig. 1) . NAD+ se puede sintetizar de novo a partir de triptófano o se puede reciclar en cuatro etapas a partir de nicotinamida a través de la vía salvaje de NAD+. La primera etapa en la vía salvaje de NAD+ bacteriana, la hidrólisis de nicotinamida en ácido nicotínico y amoníaco, es catalizada por el producto génico pncA (33) . Un gen de S. cerevisiae con homología a pncA, YGL037, se le asignó recientemente el nombre de PNC1 (SGD) (34) . Una nicotinato fosforribosiltransferasa, codificada por el gen NPT1 en S. cerevisiae, convierte el ácido nicotínico procedente de esta reacción en ácido nicotínico mononucleótido (NaMN) (35-38) . En este punto convergen la vía salvaje de NAD+ y la vía de NAD+ de novo, y NaMN se convierte en desamido-NAD+ (NaAD) mediante nicotinato mononucleótido adeniltransferasa (NaMNAT) . En S. cerevisiae existen dos ORFs putativos con homología a genes NaMNAT bacterianos, YLR328

(39) y un ORF no caracterizado, YGR010 (23, 39) . Los autores de esta invención se refieren a estos dos ORFs como NMA1 y NMA2, respectivamente. En Salmonella, la etapa final en la regeneración de NAD+ es catalizada por una NAD sintetasa (40) . Como un ORF todavía no caracterizado, se predice que QNS1 codifique una NAD sintetasa (23) .

En las levaduras, mutaciones nulas en NPT1 reducen los niveles de NAD+ en estado estacionario en ~ 2 veces (23) y suprimen la longevidad proporcionada al limitar las calorías (19) . Una hipótesis actual que explica la forma en que la restricción calórica amplia el período de vida replicativo es que la actividad metabólica disminuida provoca un incremento en los niveles de NAD+, que luego estimulan la activad de Sir2 (revisado en Campisi, 2000 y Guarente, 2000) .

El silenciamiento transcripcional implica la modificación hereditaria de cromatina en distintos sitios en el genoma. Al silenciamiento se le alude como una represión de largo intervalo, ya que es un promotor no específico y, a menudo, abarca un locus genómico completo (1’, 2’) . En levaduras, estas regiones silenciosas de ADN, que son similares a la heterocromatina de eucariotas superiores, están sometidas a una amplia diversidad de modificaciones (3’) . Entre las mejor estudiadas de estas modificaciones se encuentra la acetilación reversible de histonas (revisada en 4’, 5’) .

Existen dos clases de enzimas que afectan al estado de acetilación de histonas: histona acetiltransferasas (HATs) y las histonas desacetilasas (HDACs) oponentes. Comparadas con zonas transcripcionalmente más activas del genoma, se sabe que histonas dentro de regiones silenciosas de cromatina están hipoacetiladas, específicamente en las colas NH2-terminales de histonas H3 y H4 del núcleo (6’) . Se han descrito tres clases de histona desacetiladas y se han clasificado en base a la homología con las proteínas de levaduras. Proteínas en la clase I (similares a Rpd3) y en la clase II (similares a Hda1) se caracterizan por su sensibilidad al inhibidor tricostatina A (TSA) (7’, 8’) . Estudios que utilizan este inhibidor han proporcionado una abundancia de información relacionada con la función celular de estas proteínas, que incluye su implicación... [Seguir leyendo]

1. Un compuesto de fórmula A:

en donde R representa, independientemente para cada caso, H, acetilo, benzoilo, acilo, fosfato, sulfato, (alcoxi) metilo, triarilmetilo, (trialquil) sililo, (dialquil) (aril) sililo, (alquil) (diaril) sililo o (triaril) sililo; y X representa O o S,

o una sal farmacéuticamente aceptable del mismo, para uso en el tratamiento o la prevención de una enfermedad neurodegenerativa.

2. El compuesto para uso en el tratamiento o la prevención de una enfermedad neurodegenerativa de acuerdo con la reivindicación 1, que es nicotinamida ribósido.

1.

3. El compuesto para uso en el tratamiento o la prevención de una enfermedad neurodegenerativa de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la enfermedad neurodegenerativa se selecciona del grupo que consiste en enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer, esclerosis múltiple, esclerosis lateral amiotrófica (ALS) , enfermedad de Huntington y distrofia muscular.

2.

4. Uso de un compuesto de fórmula A:

en donde R representa, independientemente para cada caso, H, acetilo, benzoilo, acilo, fosfato, sulfato, (alcoxi) metilo, triarilmetilo, (trialquil) sililo, (dialquil) (aril) sililo, (alquil) (diaril) sililo o (triaril) sililo; y X representa O o S,

o una sal farmacéuticamente aceptable del mismo,

para aumentar el período de vida de una célula o su resistencia al estrés, en donde la célula se pone en contacto 30 con el compuesto, y en donde la célula está in vitro.

5. El uso de la reivindicación 4, en donde la célula es una célula eucariótica.

6. El uso de la reivindicación 5, en donde la célula es una célula humana. 3.

7. El uso de una cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en donde el compuesto es nicotinamida ribósido.