Detener la bola de nieve genética: Cómo una simple interrupción genética frena la enfermedad de Huntington

Aunque el cambio genético que causa la enfermedad de Huntington (EH) provoca varios problemas en las células, los investigadores creen que podrían derivarse de un problema central: que la longitud del cambio genético aumente con el tiempo, como una bola de nieve que gana masa al rodar cuesta abajo. Este fenómeno genético, conocido como inestabilidad somática o expansión somática, parece ser un factor clave de la progresión de la enfermedad. En un estudio reciente, los científicos desarrollaron una nueva variante de CRISPR, una potente herramienta de edición genética, para interrumpir esta expansión genética, lo que podría abrir la puerta a nuevas oportunidades terapéuticas.

Una bola de nieve genética

La EH está causada por un cambio en un gen llamado HTT, concretamente en una zona donde las letras genéticas C-A-G se repiten varias veces. En las personas con EH, esta sección CAG es más larga de lo normal, lo que pone en marcha una cadena de reacciones mortales dentro de las células cerebrales. A diferencia de la mayoría de las mutaciones, que se mantienen iguales durante toda la vida, las repeticiones CAG en HTT se alargan con la edad, como una bola de nieve que gana velocidad mientras se precipita cuesta abajo.

Al nacer, la mayoría de las personas con EH tienen alrededor de 40 a 50 repeticiones CAG en su gen HTT. Con el tiempo, ese número crece exponencialmente dentro de las células, ¡y a veces supera las 500 repeticiones cuando aparecen los síntomas! Si la repetición inicial está por encima de un umbral crítico (36 repeticiones), la expansión se convierte con el tiempo en una especie de bola de nieve genética y empieza a crecer sin control.

Sin embargo, la EH no está sola; pertenece a una categoría más amplia de enfermedades llamadas trastornos por repetición trinucleotídica, un término elegante para referirse a 3 (tri) letras genéticas (nucleótidos) que se repiten (repetición… vale, esa era obvia…). Todos estos trastornos comparten un problema similar de mutaciones que se van “haciendo bola”. Un ejemplo es la ataxia de Friedreich, impulsada por una repetición CTG creciente que también empeora con el tiempo.

La observación de que varias enfermedades cerebrales están causadas por una repetición trinucleotídica que crece plantea una pregunta clave: ¿por qué las secuencias trinucleotídicas crecientes son tan tóxicas para las células cerebrales? Normalmente, genes como HTT se usan para producir ARN mensajero, también llamado ARNm, una copia temporal del ADN que se utiliza para fabricar proteínas, las máquinas de la célula. Sin embargo, las repeticiones trinucleotídicas largas hacen que el ARN se retuerza formando nudos muy enmarañados y estables, atascando la maquinaria celular que fabrica proteínas. A medida que estos ARN enredados se alargan y se vuelven más abundantes, alteran cada vez más la producción de proteínas, contribuyendo finalmente a la muerte celular.

Interrumpir la inestabilidad

¿Y si hubiera una forma de romper este efecto bola de nieve antes de que se descontrole? Científicos de la Universidad de Harvard, liderados por el Dr. David Liu, plantearon la hipótesis de que podrían interrumpir la secuencia repetida CAG simplemente sustituyendo uno de los CAG por una secuencia CAA similar, pero inocua.

Al interrumpir los CAG repetidos, incluso con una secuencia CAA similar, ¡podría bloquearse la vía subyacente que hace que los CAG crezcan con la edad! Dicho de otro modo, insertar una secuencia CAA es como poner un parche de rocas en la ladera, haciendo que la bola de nieve choque contra ellas y pierda impulso.

Liu y su equipo se inspiraron en investigaciones previas que mostraban que las interrupciones CAA parecen retrasar el inicio de la enfermedad. Normalmente, el número de repeticiones CAG predice con fuerza cuándo desarrollará EH una persona, pero los estudios genéticos identificaron a personas con repeticiones largas pero con edades de inicio retrasadas.

Al examinarlos más de cerca, se descubrió que estos casos atípicos genéticos contenían pequeñas interrupciones CAA dentro de su tramo de CAG. Sorprendentemente, estas simples interrupciones se asociaron a un retraso de 12 años en el inicio de la enfermedad. Motivados por estas observaciones, Liu y su equipo se preguntaron si podrían insertar intencionadamente secuencias CAA en células con el gen de la EH, y si esto podría recrear el efecto protector.

CRISPR rompe la bola de nieve

Los cambios genéticos de precisión, como cambiar un CAG por un CAA, son sencillos en teoría, pero extremadamente difíciles en la práctica. Liu y su equipo recurrieron a CRISPR, una herramienta de edición genética que actúa como unas tijeras moleculares para modificar secuencias específicas de ADN. Desarrollaron un tipo especial de CRISPR, llamado edición de bases, que busca repeticiones CAG y cambia algunas por CAA.

Usando células humanas cultivadas en placas de Petri, descubrieron que su estrategia de edición de bases con CRISPR modificó con éxito la repetición CAG de HTT en alrededor del 80% de las células, sin señales de toxicidad. Aún más prometedor, vieron que estas simples interrupciones CAA parecían detener las expansiones de la repetición CAG tras 30 días. ¡Incluso observaron que las células editadas con CRISPR parecían crecer más rápido y verse más sanas!

Como este tipo de CRISPR se dirige a todas las repeticiones CAG (no solo a la de HTT) e introduce también interrupciones CAA en ellas, necesitaban confirmar que otros genes no se alteraban por accidente. En total, encontraron unos 250 genes más cambiados por CRISPR, probablemente porque contenían repeticiones CAG similares. Sin embargo, solo unos 50 de ellos están activos en células cerebrales, y solo uno parecía estar alterado de forma significativa. Aunque este hallazgo no descarta el riesgo, sí sugiere que es poco probable que las ediciones no deseadas causen problemas graves. En cualquier caso, minimizar las ediciones accidentales será una prioridad absoluta de aquí en adelante.

Interrumpir los CAG con CRISPR

Ahora llega el gran reto: ¿puede el equipo introducir la maquinaria CRISPR en células de un cerebro vivo y editar con éxito las secuencias CAG? El equipo de Liu utilizó un modelo de ratón de EH que porta 110 repeticiones CAG en su gen HTT, y esta repetición crece rápidamente a medida que los ratones envejecen (inestabilidad de repetición). Para llevar CRISPR al cerebro, el equipo empaquetó CRISPR en un virus inocuo, que actúa como un servicio de entrega genética, inyectando las herramientas de edición directamente en las células.

Cuatro semanas después de inyectar en los ratones los virus cargados con CRISPR, los investigadores descubrieron que alrededor del 30% de las células parecían haber incorporado la herramienta de edición genética. De ese 30% de células que contenían CRISPR, alrededor del 75% parecía tener al menos una interrupción CAA en su gen HTT. Eso significa que aproximadamente 1 de cada 5 células cerebrales recibió con éxito el cambio genético protector: no es perfecto, pero es un comienzo prometedor. Tras 12 semanas más, los investigadores examinaron la longitud de las repeticiones CAG y vieron que la expansión parecía no solo detenerse, sino que algunas repeticiones CAG incluso podrían haberse acortado.

Para investigar si su enfoque funcionaba más allá de la EH, los investigadores repitieron sus experimentos en modelos celulares y de ratón de la ataxia de Friedreich, otro trastorno por expansión de repeticiones. Y, de forma muy alentadora, observaron resultados similares: hasta el 55% de las células cerebrales parecían contener interrupciones de repetición, y las repeticiones parecían estables con el tiempo, sin señales de expansión con la edad.

¿Romperá CRISPR el hielo?

En conjunto, estos hallazgos parecen mostrar que la expansión de repeticiones en forma de bola de nieve en HTT puede detenerse, y que este enfoque podría incluso aplicarse a otros trastornos por repetición. Sin embargo, hay un par de motivos para ser cautos. Este estudio se centró en si CRISPR podía insertar interrupciones CAA y frenar el crecimiento de las repeticiones, pero no evaluó si esta intervención mejora los síntomas o retrasa la enfermedad. Conocer el impacto de este tipo de enfoque terapéutico sobre los signos y síntomas de la EH es esencial para determinar si debería seguir adelante.

Además, reducir los cambios no deseados en genes distintos de HTT será fundamental antes de pasar a ensayos en humanos. Otro problema es la administración: los cerebros humanos son mucho más grandes que los de los ratones, y conseguir que CRISPR llegue a suficientes células cerebrales para marcar una diferencia será especialmente difícil.

A pesar de estas limitaciones actuales, estos resultados suponen un gran paso adelante. Con avances en la precisión de la edición genética y métodos de administración más eficaces, es probable que CRISPR se convierta en una herramienta poderosa en la lucha contra la EH y otras enfermedades por repetición trinucleotídica.

TL;DR: Lo más importante

• El problema: la EH está causada por una mutación en el gen HTT, en la que las repeticiones CAG crecen con el tiempo, un proceso llamado expansión somática. Esta “bola de nieve genética” parece empeorar la función de las células cerebrales e impulsar la progresión de la enfermedad.
• La idea clave: incluso una pequeña interrupción en la secuencia repetida, como cambiar un CAG por un CAA similar e inocuo, podría ralentizar o detener la expansión y retrasar el inicio de los síntomas.
• El avance: los científicos utilizaron una herramienta CRISPR mejorada (llamada edición de bases) para insertar estas interrupciones CAA potencialmente protectoras en el gen HTT.
• En el laboratorio: en células humanas, la edición de bases con CRISPR funcionó en ~80% de las células, y pareció frenar la expansión y mejorar la salud celular.
• En ratones: tras administrar CRISPR mediante inyección viral, alrededor del 20% de las células cerebrales presentaron cambios protectores y las repeticiones CAG parecieron dejar de crecer.
• Extra: se observó un éxito similar en modelos de ratón de otro trastorno por repetición, la ataxia de Friedreich.
• La pega: hace falta más trabajo para:
  • Demostrar una mejora de los síntomas
  • Minimizar los efectos no deseados
  • Escalar la administración al cerebro humano, mucho más grande
• Por qué importa: este trabajo muestra que CRISPR podría usarse para interrumpir expansiones de repeticiones en tejido cerebral vivo, ofreciendo una esperanza real para tratar la EH y trastornos genéticos similares.

Saber más

Artículo de investigación original: “La edición de bases de repeticiones trinucleotídicas que causan la enfermedad de Huntington y la ataxia de Friedreich reduce las expansiones somáticas de repeticiones en células de pacientes y en ratones” (acceso abierto).