Eliminación para ganar: cómo la expansión de CAG impulsa la enfermedad
Un artículo reciente vincula la expansión de repeticiones CAG con cambios generalizados en el ARN, especialmente en las células cerebrales vulnerables a la EH. La “eliminación” de ciertos genes de reparación del ADN que se descontrolan en la EH puede tener efectos positivos en las características de la EH en ratones.
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La enfermedad de Huntington (EH) es causada por repeticiones adicionales de las letras del ADN CAG dentro del código genético del gen de la huntingtina. Solíamos pensar que esas longitudes de CAG eran estables en la mayoría de los tejidos, pero ahora tenemos una comprensión cada vez mayor de que la inestabilidad del CAG contribuye a la EH. La inestabilidad somática es el concepto de que las repeticiones CAG se expanden con el tiempo en algunos tipos de células, particularmente en las células que son vulnerables en la EH. Muchos científicos piensan que este proceso podría desempeñar un papel en la aceleración del desarrollo de los síntomas.
Un artículo actual profundiza en parte de la maquinaria detrás de este fenómeno, preguntando cómo la expansión de CAG está conectada con la enfermedad y cómo la ciencia podría aprovechar los genes de reparación del ADN como tratamiento para la EH.
De personas a animales… y de vuelta a personas
Nuestra comprensión actual del fenómeno de la expansión de repeticiones CAG proviene de enormes estudios en humanos en los que participantes con EH donaron muestras y datos clínicos. Sus contribuciones permitieron a los científicos vincular diferencias sutiles en la genética de las personas con la edad en que desarrollaron los síntomas de la EH. Estos estudios, conocidos como estudios de asociación del genoma completo, o GWAS, (pronunciado ‘yi-guas’), mostraron que ciertas variaciones del ADN podrían acelerar o retrasar en gran medida la aparición de la EH.
Muchos de los genes identificados en estos estudios que justificaron una mayor investigación pertenecen a una familia de genes que ayudan a reparar el ADN. En los últimos años, ha habido una oleada de actividad que nos ha llevado a algunas conclusiones nuevas sobre la EH y la expansión de los CAG. Aquí hay un breve resumen antes de sumergirnos en algunos datos novedosos sobre este tema:
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La maquinaria de reparación del ADN puede equivocarse al intentar “corregir” repeticiones CAG extra largas, ¡accidentalmente haciéndolas más y más largas!
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Esto no sucede en la gran mayoría de las células, pero parece ocurrir mucho en una parte del cerebro llamada cuerpo estriado, que controla el estado de ánimo, el movimiento y la motivación. Estudiar la expansión de CAG en el cuerpo estriado podría acercarnos a comprender por qué estas células son tan vulnerables en la EH.
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Algunos estudios han encontrado que existe un umbral de alrededor de 150 repeticiones CAG en el que el daño a la célula comienza a acelerarse.
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La “eliminación” experimental o la eliminación genética de genes de reparación del ADN conocidos por cometer errores en los CAG puede ralentizar o incluso detener la expansión de repeticiones CAG en modelos de laboratorio de EH.
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Algunos de estos genes, como Msh3, son el objetivo de terapias humanas para la EH en desarrollo, pero aún necesitamos comprender más sobre cómo influyen en la biología de la EH y cuáles son las consecuencias (positivas y negativas) de eliminarlos.
Configurando el experimento
“Una forma en que este trabajo representa un paso adelante es que los autores muestran cómo la eliminación de los genes que previenen la expansión de CAG también puede tener efectos en las células cerebrales y el movimiento de los ratones”.
Los autores de un artículo reciente, dirigido por X. William Yang en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), adoptaron un enfoque directo y exhaustivo para explorar la conexión entre los genes de reparación del ADN, la expansión de CAG, la salud de las células cerebrales e incluso el comportamiento.
Eligieron un conjunto de nueve genes identificados en los estudios GWAS en humanos y que forman parte de la maquinaria que realiza un cierto tipo de reparación del ADN, el tipo que impulsa el “oops” del alargamiento de CAG. Luego, utilizaron la genética especializada de ratones y los esquemas de reproducción para crear ratones HD a los que les faltaba una o ambas copias de estos genes de reparación del ADN.
En cada uno de estos ratones HD, a los que les faltan genes como Msh3, Pms1, Mlh1 y otros, pudieron aprender más sobre cómo alterar la reparación del ADN podría afectar la expansión de CAG, la producción de mensajes de ARN (la especialidad del laboratorio), la acumulación tóxica de huntingtina y otras características de la EH. Se sorprendieron al saber que algunas eliminaciones tuvieron profundas consecuencias positivas, mientras que otras no tuvieron ningún efecto. Lo que aprendieron es valioso para nuestra comprensión de la biología de la EH y el desarrollo de terapias.
Revirtiendo los cambios de ARN
Nuestro ADN es leído o “transcrito” por maquinaria especializada para producir mensajes de ARN, que eventualmente se utilizan para producir proteínas, los componentes básicos de la vida. Hay una rama completa de la ciencia que explora la ubicación y la cantidad de mensajes de ARN producidos a partir de diferentes genes: este es el campo de la transcriptómica.
Los científicos pueden definir un “transcriptoma” de ratón sano observando miles de genes y preguntando cuáles se activan y desactivan normalmente en diferentes células, y qué cantidad de cada mensaje de ARN está presente. Luego, pueden observar cómo esto cambia en un ratón HD con el tiempo, o experimentar para ver qué podría ayudar a restaurar los niveles de ARN del ratón a la normalidad.
El laboratorio de Yang estaba trabajando con un tipo de ratón que modela la EH que muestra cambios importantes en su transcriptoma en comparación con los ratones normales. Muchos genes están produciendo más o menos ARN del que deberían, especialmente dentro de las neuronas espinosas medianas, las células que son más vulnerables en la EH. Cuando el laboratorio de Yang “eliminó” la mitad de Msh3 y Pms1 en su modelo de ratón HD, vieron una reversión parcial de los cambios de ARN en las neuronas espinosas medianas. Con Msh3 o Pms1 completamente desaparecidos, los cambios de ARN se revirtieron casi por completo, a menudo durando hasta un año (¡la mitad de la vida de un ratón de laboratorio!). La eliminación de un par de genes más, Msh2 y Mlh1, también tuvo algunos efectos de reversión, pero estos fueron más moderados. Algunas eliminaciones de genes no tuvieron ningún efecto.
Los miembros del laboratorio de Yang son expertos mundiales en el estudio de la transcriptómica de la EH, y utilizaron múltiples técnicas de laboratorio de vanguardia, así como diferentes enfoques estadísticos para confirmar sus resultados. Examinaron los niveles de ARN en muchas células, hasta el nivel de células individuales, y también observaron cuán apretado estaba el ADN alrededor de su “carrete”, conocido como cromatina. En todos los casos, la eliminación de Msh3 y Pms1 pareció revertir los cambios relacionados con la EH.
Calmando los CAG y los grupos
Paralelamente, el laboratorio de Yang midió la cantidad de inestabilidad somática, el alargamiento de las repeticiones CAG, en diferentes partes del cerebro y el cuerpo. En este tipo de ratón HD, las repeticiones CAG se alargan con el tiempo, especialmente dentro de las células del cuerpo estriado. De hecho, este grupo utilizó estadísticas para definir la tasa a la que los CAG se expanden en estas células cerebrales de ratón vulnerables: es de aproximadamente 8,8 repeticiones CAG por mes. (Estas tasas de expansión NO se aplican a los humanos; estos ratones comienzan con 140 repeticiones y están diseñados para la experimentación).
El hallazgo emocionante es que cuando los ratones tenían menos o nada de Msh3 o Pms1, esa tasa disminuyó mucho. De hecho, la eliminación de ambas copias de Msh3 redujo esa tasa a 0,3 repeticiones CAG adicionales por mes, hasta los 20 meses de edad, ¡eso es básicamente una longitud de repetición estable, en un ratón viejo!
Al mismo tiempo, Yang y sus colegas observaron que los ratones HD con la mitad o nada de Msh3 o Pms1 también tenían muchos menos grupos de proteína huntingtina en el cuerpo estriado. La acumulación de estos grupos es una característica clásica de la EH que muchos científicos sospechan que podría ser tóxica para las células cerebrales. La eliminación de Msh3 previno la formación de grupos de huntingtina también en otras áreas del cerebro. La cantidad de huntingtina agrupada parecía corresponderse con la cantidad de cambios anormales de ARN que habían visto previamente.
Además, pudieron confirmar los resultados de otros laboratorios que muestran que parece haber un umbral de repeticiones CAG, alrededor de 150, por encima del cual la célula comienza a experimentar más estrés. Conectaron este umbral con niveles más altos de cambios de ARN: la expansión de CAG acelera y empeora ese estrés.
Prevención de cambios cerebrales y de comportamiento
Nos encantan las matemáticas y los gráficos de arcoíris de varios paneles, pero es aún más genial ver un vínculo entre la genética y la salud del comportamiento. Una forma en que este trabajo representa un paso adelante es que los autores muestran cómo la eliminación de los genes que previenen la expansión de CAG también puede tener efectos en las células cerebrales y el movimiento de los ratones.
Este tipo de ratón HD tiende a mostrar cambios en las conexiones entre las neuronas, conocidas como sinapsis, así como un agrandamiento de las células de soporte llamadas astrocitos. Los ratones también tienen problemas con su marcha y movimiento. Sin embargo, cuando los investigadores eliminaron Msh3, ya no observaron ninguno de estos cambios relacionados con la EH en los ratones. Esta es una evidencia aún mayor del papel de Msh3 en la EH, y sugiere que es un buen objetivo farmacológico.
“Publicaciones como esta representan años de trabajo colaborativo entre un gran equipo, moldeado por la frecuente aportación de una comunidad internacional de científicos de la EH”.
Tenga en cuenta que este no era un enfoque principal del artículo; solo analizaron algunas características de la salud cerebral y una tarea de comportamiento, pero sigue siendo un vínculo prometedor.
Pequeños pasos impulsan tratamientos futuros
Es probable que haya notado que HDBuzz ha estado insistiendo en la inestabilidad somática (en voz alta y con frecuencia) durante un tiempo, y que hemos presentado muchos mensajes similares: la expansión de repeticiones CAG parece estar contribuyendo a la EH, y los científicos han identificado algunas formas de combatirla. Este trabajo no es una excepción; una vez más, genes como Msh3 y Pms1 son culpables que pueden ser “eliminados” con gran beneficio en los cerebros de un tipo de ratón HD.
Todos estos avances individuales pueden parecer pequeños, pero publicaciones como esta representan años de trabajo colaborativo entre un gran equipo, moldeado por la frecuente aportación de una comunidad internacional de científicos de la EH. Elegimos destacar este artículo en particular porque conecta los puntos entre la expansión de CAG, los mensajes de ARN anormales y los cambios en la salud cerebral y el comportamiento.
Los autores advierten que necesitamos mucha más información para comprender verdaderamente el vínculo entre Msh3 y Pms1 y los síntomas de la EH. También reconocen, como siempre lo hacemos, que los ratones no son personas. Estos ratones en particular comienzan la vida con 140 CAG en cada célula de su cuerpo, lo cual es mucho más alto que incluso la mayoría de los casos de EH juvenil humana. Las repeticiones CAG no se están expandiendo tan rápido en los humanos como lo hacen en estos ratones experimentales.
Sin embargo, sus datos, junto con los de otros laboratorios que trabajan incansablemente para comprender la EH, constituyen un argumento sólido para el desarrollo de terapias basadas en Msh3 y Pms1. ¡Y estos esfuerzos están de hecho en marcha!
