¿Darle esquinazo a la enfermedad de Huntington? Dos equipos informan del éxito de los fármacos con dedos de zinc en células y ratones
Éxito en células y ratones con la enfermedad de Huntington para los fármacos con dedos de zinc que reducen la producción de la proteína dañina
Diseñar fármacos que indiquen a nuestras células que produzcan menos proteína huntingtina mutante dañina es uno de los enfoques más prometedores para tratar la enfermedad de Huntington. La mayoría de los intentos de reducir la huntingtina hasta ahora han tratado de «disparar al mensajero» en lugar de atacar la fuente del mensaje: el propio ADN. Ahora, dos informes independientes de éxito en ratones con EH han dado un impulso a los fármacos de «dedos de zinc», que interactúan directamente con el propio gen de la EH. Son los primeros días de esta nueva tecnología: ¿qué sabemos y qué retos tenemos por delante?
¿Qué demonios son los dedos de zinc?
El zinc es un metal brillante que se encuentra en las monedas «de plata», las pilas y la pintura blanca. Pero nuestros propios cuerpos utilizan el zinc con un propósito intrigante, que los investigadores esperan aprovechar para luchar contra la enfermedad de Huntington. Resulta que el zinc es de vital importancia para que las células controlen los niveles de actividad de los diferentes genes de nuestro ADN.
Recuerde que un gen es un conjunto de instrucciones, escritas con las «letras» químicas A, C, G y T. Cada gen tiene una secuencia de letras diferente, y las células utilizan proteínas que contienen zinc para ayudar a controlar los genes individuales en función de su secuencia de letras específica.
Cuando el zinc se une a una proteína que controla los genes, forma las «proteínas de los dedos de zinc», llamadas así porque pueden introducirse en la estrecha ranura entre las dos hebras de ADN y tocar la secuencia para la que están hechas.
Un solo dedo de zinc puede estimular tres letras cualesquiera, dependiendo de la disposición de los trozos de zinc y proteína que lo componen. Así, un dedo de zinc podría adherirse a la secuencia «ATG», mientras que otro podría ir a por «CAG».
Lo interesante es que los dedos de zinc individuales pueden unirse en secuencia. Si se juntan esos dos, se acabaría con una molécula que se adhiere a la secuencia de 6 letras ATG-CAG.
Dedos de diseño
Tras décadas de trabajo descifrando y comprendiendo el funcionamiento del ADN y nuestros genes, los científicos pueden ahora crear dedos de zinc sintéticos, diseñados para adherirse a cualquier secuencia de ADN que deseen.
Es más, estas moléculas sintéticas de dedos de zinc pueden modificarse y empaquetarse con otros fármacos, para producir herramientas de unión al ADN multiusos que pueden adherirse, cortar, pegar y bloquear.
Dado que la enfermedad de Huntington está causada por un único gen defectuoso, es un buen candidato para la investigación de fármacos con dedos de zinc.
La enfermedad de Huntington se produce cuando una persona tiene una falta de ortografía en el gen que indica a las células cómo fabricar una proteína concreta, llamada huntingtina. Cuando una persona tiene demasiados CAG seguidos cerca del inicio del gen de la huntingtina, se produce una forma «mutante» dañina de la proteína basada en las instrucciones del gen.
Bloquear el gen de la EH en su origen
Dos grupos de investigadores, uno un equipo académico de Barcelona, España, y el otro una empresa biotecnológica de California llamada Sangamo, acaban de anunciar experimentos exitosos utilizando fármacos con dedos de zinc dirigidos al gen de la enfermedad de Huntington.
Los resultados del equipo español se publicaron recientemente en la revista PNAS. Los resultados de Sangamo se presentaron en la reciente reunión de la Sociedad de Neurociencia en Nueva Orleans, donde HDBuzz estuvo presente.
Ambos equipos diseñaron moléculas de dedos de zinc que se adherirían al «tracto CAG» del gen de la huntingtina e indicarían a las células que no leyeran el gen.
Las cadenas de dedos de zinc se eligieron y perfeccionaron para intentar que se adhirieran lo máximo posible a los tramos de CAG perjudicialmente largos sin adherirse a los tramos de longitud normal. El equipo español denominó a esto de forma pegadiza un enfoque de «cinta métrica molecular».
Tras un poco de manipulación química, cada equipo probó sus mejores recetas de dedos de zinc candidatos en células que crecían en una placa de Petri.
«Una vez que un dedo de zinc se ha dirigido a una secuencia de ADN concreta, teóricamente son posibles muchas cosas interesantes».
Hacerse viral
Desafortunadamente, los científicos no pueden simplemente diseñar y fabricar un fármaco de dedos de zinc y rociarlo sobre las células, o meterlo en una pastilla. Al ser proteínas, los fármacos de dedos de zinc son grandes, complejos y frágiles. Si se ingiere como una tableta, el fármaco sería descompuesto por el sistema digestivo.
Incluso si se administra como una inyección en la sangre, la proteína del dedo de zinc no llegaría al cerebro, y mucho menos al núcleo de nuestras neuronas, donde tiene que estar para hacer su trabajo.
Para solucionar este problema, los investigadores pueden utilizar virus para «hacer autostop» hasta el núcleo de las células.
Una vez elegida la cadena de proteína de dedo de zinc que se desea, es bastante sencillo diseñar una secuencia de ADN que indique a las células que fabriquen esa misma proteína. Esa secuencia de ADN puede entonces introducirse en partículas de un virus llamado AAV, que es inofensivo, pero bueno para infectar las neuronas.
Cuando el virus se encuentra con una célula adecuada, inyecta su carga de ADN en la célula, ¡convirtiendo a la célula en una fábrica para fabricar el fármaco de dedos de zinc!
Pruebas en células
El equipo español perfeccionó sus principales candidatos a dedos de zinc en varios tipos de células modificadas genéticamente y en células cultivadas a partir de la piel de pacientes con la enfermedad de Huntington. Los investigadores de Sangamo también utilizaron estas células de pacientes con EH, así como células cerebrales de un modelo de ratón con EH.
Los fármacos de dedos de zinc de ambos equipos cumplieron su función de reducir la actividad de los genes que contenían tramos largos de CAG.
Efectos fuera del objetivo
Aquí hay un posible problema. El gen de la huntingtina no es el único con un tramo largo de CAG; muchos otros genes también lo tienen. Por lo tanto, un fármaco que se dirija a los tractos de CAG podría desactivar también esos genes, lo que podría acabar haciendo más daño que bien.
Una peculiaridad del gen de la huntingtina podría ser útil a la hora de evitar estos «efectos fuera del objetivo». El tracto CAG del gen de la huntingtina está muy cerca del inicio del gen, donde los efectos de los fármacos de dedos de zinc actúan con mayor fuerza.
Ambos grupos tomaron medidas para ver si otros genes se veían afectados por el fármaco de dedos de zinc, y encontraron resultados que fueron ampliamente tranquilizadores. Cualquier efecto fue pequeño en comparación con la acción deseable sobre el gen de la huntingtina mutante.
Que pasen los ratones
El equipo español, que está un poco más avanzado en su trabajo, llevó las cosas al siguiente nivel probando su mejor candidato a dedo de zinc en un modelo de ratón con la enfermedad de Huntington.
Les dieron a los ratones una sola inyección en el cerebro, que contenía partículas de virus repletas de instrucciones de ADN para fabricar el fármaco de dedos de zinc.
La actividad del gen de la huntingtina mutante se redujo en torno al 50% en el cerebro cerca del lugar de la inyección. La aparición de manchas de proteína huntingtina mutante también se redujo en aproximadamente un 40%. No hubo evidencia de efectos nocivos como la pérdida de peso, pero el estudio fue demasiado pequeño para saber si el fármaco de dedos de zinc mejoró los síntomas.
Un momento, ¿no es esto solo silenciamiento génico?
Si lo que ha leído aquí sobre la tecnología de los dedos de zinc le recuerda a los métodos de «silenciamiento génico» o de «reducción de la huntingtina» para tratar la enfermedad de Huntington, póngase una medalla de oro. Lo que estos grupos están intentando básicamente es «silenciamiento génico», con un giro: está dirigido directamente al ADN, en lugar de dirigirse a una «molécula mensajera» llamada ARN.
Hasta ahora, la mayoría de los intentos de reducir la producción de huntingtina se han centrado en la molécula mensajera de ARN, porque es más fácil diseñar fármacos que se dirijan al ARN que al ADN. El ARN flota en las células en una sola hebra, mientras que el ADN está escondido en el núcleo de nuestras células. Además, los fármacos de silenciamiento del ARN existen desde hace más tiempo, y algunos no necesitan ser empaquetados en partículas de virus.
Dado que los fármacos de silenciamiento génico basados en el ARN han tenido éxito hasta ahora, ¿por qué molestarse en el mayor reto de dirigirse al ADN del gen de la huntingtina en sí, especialmente si eso significa lidiar con partículas de virus y fármacos grandes y frágiles hechos de proteína? Es una pregunta razonable, y hay tres respuestas principales.
La primera tiene que ver con llegar a la raíz de la enfermedad de Huntington. Sabemos con certeza que la mutación en el gen de la huntingtina es la razón última por la que la gente contrae la EH. Ir a por el ADN con los dedos de zinc significa dirigirse a la causa conocida de la enfermedad. Si bien el ARN es un paso esencial en la fabricación de la proteína mutante, es un paso alejado de la causa última. Los entusiastas de los dedos de zinc creen que vale la pena intentar superar los obstáculos adicionales del desarrollo de fármacos dirigidos al ADN, debido a la posibilidad de que el resultado final sea más seguro y eficaz.
La segunda se refiere al ARN. Tradicionalmente, los biólogos han asumido que el ARN no hace directamente cosas útiles o perjudiciales, sino que simplemente se sienta allí llevando información y siendo leído por la maquinaria celular. Sin embargo, ahora sabemos que hay algo más que eso, y hay varias enfermedades genéticas en las que el ARN es directamente venenoso para las células, en lugar de simplemente llevar un mensaje perjudicial.
Aunque todo el mundo está de acuerdo en que la proteína huntingtina mutante es la principal causa de daño en la enfermedad de Huntington, algunos investigadores piensan que el ARN de la huntingtina podría ser una fuente adicional de daño. Otros no están de acuerdo, pero si el ARN pudiera ser perjudicial, parece ideal evitar que se fabrique, en lugar de deshacerse de él después.
La razón final es que va más allá del silenciamiento. Los dedos de zinc son algo más que reducir la actividad de los genes. Una vez que un dedo de zinc se ha dirigido a una secuencia de ADN concreta, teóricamente son posibles muchas cosas interesantes.
Pensando en muchos años en el futuro, es posible que los dedos de zinc puedan utilizarse para dirigir las tijeras y el pegamento moleculares al gen mutante de la EH, «recortando» las repeticiones de CAG no deseadas. Eso se conoce como edición del genoma y es uno de los enfoques que Sangamo y otros están interesados en seguir.
Ventajas e inconvenientes
La mayoría de los investigadores de la EH con los que hablamos dicen que los dedos de zinc son «bastante chulos» como forma de tratar la enfermedad de Huntington, y nosotros estamos de acuerdo. Luchar contra la EH a nivel del ADN, la causa última del problema, es definitivamente algo que deberíamos intentar, y nos alegramos de que se haya informado de progresos de forma independiente por dos grupos después de tan poco tiempo.
Es importante tener en cuenta que se tardará mucho tiempo en perfeccionar estas técnicas, que aún se encuentran en una fase temprana de la cadena de desarrollo de fármacos, y que cosas como la edición del genoma tardarán décadas en llegar a buen término para los pacientes con EH.
Mientras tanto, todo el mundo en la EH sigue entusiasmado con los esfuerzos que se están realizando en todo el mundo para reducir los niveles de huntingtina dirigiendo el ARN. Esas técnicas están mucho más avanzadas y deberían entrar en ensayos en humanos muy pronto.
