Bloqueo de un fragmento tóxico: un nuevo estudio en ratones destaca la importancia de la HTT1a en la enfermedad de Huntington

Un nuevo estudio que utiliza la edición genética de precisión en un modelo de ratón con la enfermedad de Huntington (EH) aporta pruebas de que un pequeño fragmento de la proteína huntingtina (HTT), llamado HTT1a, es un motor central de la EH. Al reducir los niveles de HTT1a, los investigadores retrasaron signos de la EH como la acumulación de proteínas, restauraron qué genes se activan o desactivan y normalizaron los biomarcadores en ratones que modelan la EH. Descubrir la forma más tóxica de la HTT que impulsa la enfermedad podría tener implicaciones importantes para el diseño de fármacos que reduzcan la HTT.

Un breve recordatorio: las repeticiones CAG y la HTT1a

Todas las personas que tienen la EH presentan un cambio en el código genético de su gen HTT. Una secuencia repetida de letras de ADN C-A-G se expande hasta tener demasiadas repeticiones. Las personas con 40 o más CAG en su gen HTT desarrollarán la enfermedad si viven lo suficiente, y las repeticiones más largas suelen estar vinculadas a un inicio más temprano.

La repetición expandida de CAG en el gen HTT provoca una expansión correspondiente en la proteína HTT codificada, que se fabrica a partir de estas instrucciones genéticas. Pero la repetición CAG no solo cambia la secuencia de la proteína. También afecta a cómo se procesa el intermediario entre el ADN y la proteína: el ARN mensajero.

Una copia de la receta genética

El ARN mensajero es una molécula de mensaje genético. Se crea como una copia fiel de la secuencia de ADN codificada para un gen determinado, antes de ser utilizada para fabricar la proteína que esta secuencia codifica. Esto es un poco como hacer una copia de una receta de un libro para poder cocinarla sin tener que ir y volver al libro original continuamente.

Cuando la repetición CAG se expande, se puede activar una señal oculta en el ARN mensajero de la HTT. Esta señal se llama “poliA críptico” e indica a la maquinaria celular que deje de fabricar la proteína HTT demasiado pronto. Esto significa que, en lugar de fabricar la proteína HTT completa, la célula fabrica solo un pequeño fragmento, llamado HTT1a.

HTT1a: una proteína de fragmento de HTT tóxica

La proteína del fragmento HTT1a contiene la región expandida, codificada por la repetición CAG, que se presenta como muchas repeticiones del mismo aminoácido, la glutamina. Este fragmento es muy propenso a apelmazarse (un proceso llamado agregación) y se ha demostrado que es tóxico en muchos modelos animales y celulares de la EH.

Es importante destacar que cuanto más larga es la repetición CAG, más cantidad de la proteína del fragmento HTT1a se fabrica. Debido a que la repetición CAG puede alargarse en algunas células del cuerpo en personas con EH, un proceso llamado expansión somática, se cree que la HTT1a es un paso clave en la progresión de la enfermedad.

Para entenderlo mejor, los investigadores de este estudio se preguntaron si el aumento en la cantidad de HTT1a que se fabrica podría ser el factor que vincula la expansión somática con el daño a las células nerviosas.

Una estrategia genética inteligente: eliminar las señales que causan el fragmento

Para probar esto directamente, el equipo utilizó un modelo de ratón de la EH que tiene casi 200 CAG en el gen HTT. Se trata de un número de repeticiones mucho mayor del que se suele ver en las personas, pero esto acelera el momento en que los síntomas empiezan a aparecer en los ratones, lo que permite a los investigadores obtener respuestas a sus experimentos más rápido. Debido a las idiosincrasias de los sistemas de modelos de la EH, estos se denominan en realidad ratones HdhQ150.

Utilizando las herramientas CRISPR, que son como tijeras genéticas, eliminaron una parte del gen HTT que contiene la señal para que se forme el fragmento HTT1a. Esto debería evitar que se fabrique el fragmento tóxico HTT1a en estos ratones, aunque el número de CAG sea lo suficientemente alto como para activar las células para crear el fragmento tóxico. Este nuevo tipo de modelo de ratón de la EH se denominó ratón HdhQ150ΔI, donde la Δ (delta) representa el dominio genético que se eliminó.

También utilizaron ratones con números de repeticiones CAG que no causan la EH para representar a la población general sin la enfermedad. A estos ratones también les cortaron la señal de fabricación de HTT1a para tener un control de los posibles efectos de la edición genética, no relacionados con el número de CAG. Esto significaba que sabrían si los resultados que veían se debían a la propia edición CRISPR o realmente a que no se producía HTT1a.

¿Qué pasó con los niveles de HTT1a en estos ratones?

Como se esperaba, los niveles de HTT1a cayeron en los ratones HdhQ150ΔI. La molécula del mensaje de ARN de la HTT1a estaba completamente ausente en estos ratones y los niveles de proteína se redujeron, aunque seguían siendo detectables.

Pero, ¿por qué se seguiría encontrando algo de HTT1a? Los investigadores sugieren que esta eliminación podría haber llevado a la maquinaria genética a “leer” el gen de forma diferente, de una manera que todavía produce la proteína HTT1a, solo que en cantidades muy bajas.

Es importante destacar que los niveles de HTT completa, tanto la no expandida (regular) como la expandida (forma de la EH), no variaron. Esto es relevante para los experimentos posteriores, de modo que el equipo pudiera determinar qué efectos se debían específicamente a la reducción de HTT1a y no a los niveles totales de HTT.

Un retraso importante en la agregación

Un resultado sorprendente de este estudio fue que los cúmulos tóxicos de HTT, o agregados, se encontraron en el cerebro mucho más tarde en los ratones HdhQ150ΔI en comparación con los ratones HdhQ150.

En los ratones HdhQ150 estándar que modelan la EH, se detectaron agregados en diferentes regiones del cerebro a los 6 meses de edad y continuaron aumentando a medida que los ratones envejecían. Quizás pienses: “¡Vaya! ¡6 meses es muy poco!”. Y tendrías razón. El rápido cronograma de las características de la EH en estos ratones se debe al elevadísimo número de repeticiones CAG y es intencionado para que los resultados se puedan obtener más rápido.

Sin embargo, en los ratones HdhQ150ΔI que no fabricaban el fragmento tóxico HTT1a, estos cúmulos se retrasaron varios meses y, en algunas partes del cerebro, no fueron evidentes hasta que los ratones fueron mucho mayores. Estos cúmulos seguían conteniendo HTT1a, lo que refuerza la idea de que este fragmento de HTT es importante para iniciar la formación de estos cúmulos.

Efectos en la expresión génica

A continuación, los investigadores analizaron qué genes se activaban y desactivaban en estos diferentes modelos de ratón. Este es un cambio bien documentado que ocurre de forma temprana en diferentes modelos de la EH, con una firma específica de cambios en la activación de los genes.

En los ratones con EH HdhQ150, los investigadores descubrieron que más de 1.200 interruptores genéticos estaban alterados a los 6 meses en el cuerpo estriado, una región profunda del cerebro que es la más afectada en la EH. A los 12 meses, esta cifra alcanzó los más de 2.800 genes.

En los ratones con menos HTT1a, algunos de estos interruptores genéticos se restauraron, con una mejora del 25 % a los 6 meses y del 40 % a los 12 meses. Cuando miraron en otra parte del cerebro llamada hipocampo, también vieron mejoras parciales allí.

Curiosamente, incluso los bajos niveles residuales de HTT1a en los ratones HdhQ150ΔI fueron suficientes para empezar a corregir este rasgo distintivo de la EH.

Biomarcadores: un efecto sorprendente

Quizás el resultado más emocionante de este estudio provino de los niveles de biomarcadores que los investigadores analizaron en el plasma y en el líquido cefalorraquídeo que baña el cerebro, también llamado LCR. El equipo midió el NfL, un biomarcador general de la salud cerebral, así como la BRP39, el equivalente en ratón de un biomarcador humano llamado YKL-40 que se correlaciona con la inflamación.

En los ratones con EH HdhQ150, ambos biomarcadores aumentaron en el LCR a los 12 meses, lo que indica que el sistema nervioso de estos ratones estaba enfermo. Sin embargo, en los ratones HdhQ150ΔI, el NfL y la BRP39 se mantuvieron en los niveles de los ratones normales sin EH a los 12 y 17 meses en el LCR, y también se redujeron en el plasma.

Curiosamente, este retorno a los niveles normales de los biomarcadores en el LCR ocurrió a pesar de que los cambios en la firma de los interruptores genéticos solo se restauraron parcialmente. Dado que el NfL y el YKL-40 pueden utilizarse en ensayos clínicos en humanos para evaluar la salud cerebral, este hallazgo sugiere que reducir la HTT1a podría alterar significativamente la biología de la EH.

Conectando los puntos: expansión somática → HTT1a → agregación

Muchos investigadores de la EH consideran ahora que la expansión somática de CAG es un motor de la enfermedad. A medida que las repeticiones CAG se expanden en las neuronas más afectadas por la EH, los niveles de HTT1a aumentan. Los científicos de este estudio proponen un modelo en el que:

1. La expansión somática aumenta la repetición CAG y la producción de HTT1a.
2. El aumento de HTT1a provoca más cúmulos tóxicos en estas células.
3. Los cúmulos impulsan más cambios en los interruptores genéticos.
4. Esto hace que las células enfermen, lo que provoca cambios en los niveles de los biomarcadores.

Proponen que esto podría ralentizarse o detenerse reduciendo los niveles de HTT1a para interrumpir este proceso.

¿Qué significa esto para las terapias?

Varios enfoques de reducción de la HTT están en desarrollo o en fase de pruebas clínicas. Muchos reducen solo la forma completa de la HTT. Entre ellos se encuentran el oligonucleótido antisentido (ASO) tominersen de Roche, y moduladores del ayuste (splicing) de moléculas pequeñas como votoplam y SKY-0515 de Novartis y SkyHawk, respectivamente.

Otros se dirigen al exón 1, por lo que pueden reducir los niveles tanto de la HTT completa como de la HTT1a, incluida la terapia génica AMT-130 de uniQure y el ARNi ALN-HTT02 de Alnylam Pharmaceuticals.

Este estudio sugiere que reducir solo la forma completa de la HTT puede no ser tan beneficioso y que reducir la HTT1a también podría ser importante. Dado que la proteína HTT normal tiene funciones importantes en las células, las estrategias que se dirigen específicamente a la HTT1a podrían ser un enfoque más seguro y eficiente.

Advertencias importantes

Dicho esto, hay algunas limitaciones importantes que señalar en este estudio. Todos estos datos proceden de ratones que modelan la EH y tienen una repetición CAG muy larga (~195). Los ratones son un modelo excelente para que los científicos exploren este tipo de ideas, pero no viven ni de lejos tanto como las personas y la mayoría de las personas con EH tienen ~42 CAG de media, mucho menos que en este sistema de modelo.

Aun así, los datos de este estudio serán sin duda una fuente de nuevas ideas para que otros equipos las sigan investigando. Mantente al tanto de HDBuzz para conocer más investigaciones en este ámbito.

Resumen

• Los investigadores crearon un modelo de ratón de la EH que no fabricaba tanta cantidad del fragmento HTT1a, que se cree que es tóxico en la EH.
• Al reducir los niveles del mensaje de la HTT1a, los investigadores observaron retrasos en la formación de cúmulos de proteínas tóxicas fabricadas por la HTT1a.
• En estos ratones especiales con deficiencia de HTT1a, los genes que se activaban o desactivaban imitaban más fielmente a los de los ratones sin el gen de la EH, y muchos biomarcadores clave volvieron a niveles más cercanos a la normalidad.
• Estos hallazgos aportan pruebas de que la HTT1a no es solo un subproducto de la expansión de la EH, sino un motor de la biología de la enfermedad.