Gusanos al rescate: Separando lo bueno, lo malo y el huntingtin apelmazado

La enfermedad de Huntington (EH) es un trastorno cerebral mortal causado por un defecto en el gen de la huntingtina (HTT), que produce una proteína extra larga. Este defecto hace que la proteína HTT forme agregados o “grupos” perjudiciales dentro de las células, un proceso común a otras enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer y el párkinson. A medida que las proteínas se agrupan, forman diferentes formas y estructuras, algunas más perjudiciales que otras.

Es importante averiguar qué tipo específico de agregado de proteína es el más perjudicial para las células, porque las diferentes formas podrían causar daños de diferentes maneras, y esto puede guiar el desarrollo de terapias para la EH. En un nuevo trabajo publicado en una revista de investigación química, un equipo de investigadores probó lo perjudiciales que son las diferentes formas de agregados de proteína HTT. También manipularon las propiedades de estos agregados de proteína para intentar reducir sus efectos perjudiciales. Entonces, ¿qué encontraron y qué significa esto para la EH?

Las proteínas como ladrillos de construcción

Una analogía para explicar los diferentes tipos de agregados de proteína es pensar en los ladrillos utilizados en la construcción. Las proteínas normales son como ladrillos de construcción bien cortados y apilados. Al igual que los ladrillos rotos, las proteínas dañadas o mutadas pueden acumularse de diferentes maneras con el paso del tiempo:

Oligómeros (los primeros en formar grupos): pequeñas pilas desorganizadas de unos pocos ladrillos deformes o rotos, lo suficientemente pequeñas como para moverse fácilmente.

Agregados amorfos (grupos desordenados): una pila desordenada de todo tipo de ladrillos dañados diferentes vertidos en una esquina que carece de una estructura definida y es difícil de mover.

Fibrillas amiloides (fibras ordenadas): una pila de ladrillos que se ha ensamblado en partes de una pared que no tiene ninguna función, pero que no se puede mover o desmontar fácilmente.

Nuestras células tienen sistemas de control que funcionan como un equipo de limpieza de la construcción que intenta clasificar, reorganizar o eliminar los ladrillos dañados antes de que se acumulen en pilas problemáticas. Sin embargo, en enfermedades como la EH, este sistema de control puede verse desbordado. Con el tiempo, hay demasiada HTT expandida para que puedan seguir el ritmo. En otras palabras, hay demasiados ladrillos dañados.

Separación por centrifugación

Los investigadores querían responder a una pregunta clave: ¿qué tipo de agregado de HTT causa más daño? Para averiguarlo, primero necesitaban una forma de separar los diferentes tipos de agregados entre sí.

Utilizaron un centrifugador de laboratorio (llamado centrífuga) que funciona como un ciclo de centrifugado de una lavadora: separa los materiales por peso. Al igual que una lavadora lanza el agua lejos de la ropa, el centrifugado a diferentes velocidades separó los agregados de HTT por tamaño. El centrifugado suave separó los agregados grandes, mientras que el centrifugado más rápido separó los agregados más pequeños de los más grandes.

Después de separar los diferentes tipos de agregados de HTT, los investigadores se los dieron de comer a unos pequeños gusanos de laboratorio llamados C. elegans (pronunciado «si-ELEGANS») para probar qué agregados son los más perjudiciales. ¡Puede sonar extraño usar gusanos para la investigación de la EH! Pero estos gusanos son caballos de batalla del descubrimiento científico. Durante décadas, los laboratorios de todo el mundo los han utilizado para realizar descubrimientos revolucionarios sobre el envejecimiento, la longevidad y cómo se desarrollan las células a lo largo de la vida.

Los C. elegans tienen aproximadamente la longitud de un guion (-), son casi transparentes y casi imposibles de ver sin un microscopio. En los laboratorios, viven en un líquido o gel especializado conocido como “medio”, contenido en un entorno controlado que tiene todo lo que necesitan para sobrevivir.

Los gusanos comieron las diferentes formas de agregados de HTT y los investigadores midieron la supervivencia y el movimiento de los gusanos durante los siguientes 2 días. Los resultados sugieren que los agregados pequeños (oligómeros) son los más perjudiciales, reduciendo la supervivencia y el movimiento de los gusanos, mientras que las fibrillas más grandes no causaron ningún daño. Volviendo a nuestra analogía de los ladrillos, ¡parece que son esas pequeñas pilas móviles de ladrillos rotos las que causan más problemas, no las grandes pilas rígidas!

La estructura afecta a la toxicidad

Ahora que sabían que los agregados pequeños eran los tóxicos, los investigadores querían entender por qué. Probaron si cambiar la estructura de estos agregados podía hacerlos menos perjudiciales.

Primero, “engraparon” químicamente los agregados para que no pudieran moverse tan fácilmente. Los gusanos sobrevivieron más tiempo. Esto sugiere que la flexibilidad de estos pequeños agregados, su capacidad para cambiar y modificar su forma, es al menos parte de lo que los hace peligrosos.

También probaron dos compuestos experimentales (EGCG y riluzol) que se sabe que afectan a la forma en que las proteínas se agrupan. Dependiendo de cuándo se añadieron los compuestos, cambiaron la supervivencia de los gusanos de diferentes maneras. Esto nos dice que el momento de la interferencia con la formación de agregados es importante, y que las diferentes intervenciones crean agregados con diferentes niveles de toxicidad. Es importante tener en cuenta que estos compuestos son herramientas de investigación, no tratamientos potenciales, pero ayudan a los científicos a comprender lo que está sucediendo con la proteína HTT.

Aplicación de los hallazgos a futuras investigaciones

Esta investigación hace dos contribuciones importantes. En primer lugar, proporciona a los científicos un método sencillo y reproducible para separar y probar diferentes tipos de agregados de HTT, algo que otros laboratorios pueden utilizar ahora en su propio trabajo. En segundo lugar, revela que la estructura y la flexibilidad de los agregados de proteína determinan su toxicidad. ¡Esa es una idea potencialmente poderosa! Si podemos estabilizar o rigidizar estos agregados, podríamos reducir el daño que causan.

La idea de que “bloquear” las proteínas tóxicas podría proteger las células es un nuevo ángulo intrigante para las terapias de la EH, y potencialmente para otras enfermedades que implican la agrupación de proteínas, como el alzhéimer y el párkinson. Por supuesto, estos experimentos se realizaron en gusanos simples, por lo que queda un largo camino por recorrer antes de saber si este enfoque podría funcionar en personas.

Los siguientes pasos incluyen el seguimiento de lo que sucede con estos agregados tóxicos después de que los gusanos los ingieren. ¿Siguen agrupándose dentro de las células? ¿Qué órganos se ven afectados? Los investigadores también necesitan comprender mejor exactamente qué formas de agregados pequeños son más peligrosas, y probar si este enfoque funciona en animales más complejos, como los ratones. Si esos estudios tienen éxito, podría eventualmente ayudar a desarrollar fármacos diseñados para reducir la toxicidad de los agregados de HTT.

Resumen

• La enfermedad de Huntington (EH) está causada por un defecto en el gen HTT que hace que la proteína se agrupe dentro de las células cerebrales. Una agrupación similar ocurre en otras enfermedades cerebrales como el alzhéimer. Estos agregados se forman de diferentes maneras, algunos son pequeños y flexibles (oligómeros) mientras que otros son grandes y rígidos (fibrillas).
• Los investigadores desarrollaron un método sencillo utilizando la centrifugación para separar diferentes tipos de agregados de HTT para poder probar cada tipo individualmente.
• Alimentaron los agregados separados a pequeños gusanos de laboratorio y midieron cómo les iba a los gusanos. Los agregados pequeños y flexibles eran muy tóxicos para los gusanos, mientras que los agregados grandes y rígidos no causaron ningún daño.
• Cuando los investigadores “engraparon” químicamente los pequeños agregados para hacerlos menos flexibles, los gusanos sobrevivieron más tiempo. Esto sugiere que la flexibilidad es clave para explicar por qué estos agregados son peligrosos.
• Este trabajo proporciona a los científicos una nueva herramienta para estudiar los agregados de HTT y sugiere una nueva estrategia de tratamiento potencial. Si podemos bloquear los agregados de proteínas tóxicas en formas menos flexibles, podríamos reducir el daño que causan en la EH y otras enfermedades de agrupación de proteínas.