Reparación del ADN en la enfermedad de Huntington: ¿No está a la altura?

Los científicos están trabajando para comprender algunos de los primeros cambios en la reparación del ADN causados por la enfermedad de Huntington (EH) – conocimientos que podrían ayudar a descubrir nuevas terapias y nuevas formas de dirigirse a la expansión somática, un motor clave de la progresión de la enfermedad. Una molécula que ayuda a reparar el daño en el ADN, llamada PAR, es más baja de lo esperado en las personas con el gen de la EH. Esto sugiere que las células pueden tener dificultades para reparar adecuadamente su ADN del daño natural por desgaste que se produce todos los días en el ADN. Estos hallazgos podrían tener implicaciones para los cambios en el proceso de reparación del ADN que impulsa la inestabilidad somática. El descubrimiento podría ayudar a los investigadores a explorar nuevas formas de proteger las células cerebrales potenciando los sistemas de reparación natural de la célula.

Mutaciones y reparaciones genéticas

Se habla mucho del término mutación genética, pero ¿qué significa realmente? En pocas palabras, una mutación genética es cualquier cambio en las letras del ADN, el manual de instrucciones de la célula para construir proteínas. Estos cambios pueden alterar la forma en que las células leen y utilizan el código genético, alterando a veces la función de las proteínas, las máquinas moleculares de la célula. Un ejemplo llamativo son las mutaciones en el gen HTT, que alteran significativamente la actividad de su proteína codificada, lo que conduce a la EH.

Aunque la mutación que causa la EH se hereda al nacer, nuestras células también acumulan nuevas mutaciones a medida que envejecemos. La consecuencia de estas mutaciones aleatorias relacionadas con la edad es difícil de predecir, pero en general contribuyen a enfermedades relacionadas con la edad, como el cáncer y la neurodegeneración. Afortunadamente, estas mutaciones relacionadas con la edad son normales y, en su mayoría, se reparan y arreglan antes de causar problemas.

Pero, por desgracia, este proceso no funciona correctamente en la EH. Estudios anteriores han observado que las células de las personas con el gen de la EH tienden a acumular más mutaciones a lo largo de su vida, probablemente como resultado de una maquinaria de reparación del ADN defectuosa. Los fallos en la maquinaria de reparación del ADN conducen a la expansión somática, un proceso biológico que aumenta la longitud de la repetición CAG en el gen HTT en algunas células a lo largo del tiempo. Un nuevo estudio dirigido por el Dr. Ray Truant y su equipo de la Universidad McMaster investigó cómo la mutación de la EH altera la reparación del ADN e identificó un principal sospechoso: la PARilación defectuosa.

Un corrector ortográfico roto

Las células están equipadas con sofisticados sistemas para reparar los daños en el ADN, y una vía clave es la PARilación. La PARilación consiste en construir largas cadenas de una molécula llamada PAR (Poli-ADP-Ribosa) en las regiones del ADN dañado. Estas largas cadenas actúan como asas moleculares para que las enzimas de reparación del ADN se enganchen a ellas y empiecen a reparar el ADN. De este modo, las cadenas PAR son como las líneas rojas garabateadas de un documento de Word que señalan los errores ortográficos. Sin embargo, al igual que un corrector ortográfico estropeado, a las células de la EH les faltan muchas de estas líneas garabateadas rojas a pesar de tener más mutaciones.

Para investigarlo, el equipo de Truant analizó primero la cantidad de cadenas PAR en el líquido cefalorraquídeo, una sustancia que baña el cerebro, de las personas con EH. Como las cadenas PAR se producen en respuesta al daño en el ADN, y las personas con EH tienen niveles más altos de daño en el ADN, esperaban encontrar más cadenas PAR.

Sin embargo, lo que encontraron les sorprendió: las personas con EH tenían menos cadenas PAR. A continuación, examinaron esta paradoja utilizando células de personas con EH, que no mostraban niveles elevados de cadenas PAR a pesar de tener niveles elevados de daño en el ADN. Estos resultados sugieren que la maquinaria para construir cadenas PAR, y por tanto para reparar el ADN, ¡puede no ser capaz de mantener el ritmo de la demanda!

No en PAR

¿Por qué puede haber menos cadenas PAR en las células de la EH a pesar de tener más daño en el ADN? Para averiguar por qué, los investigadores necesitaban examinar la maquinaria proteica subyacente. La PARilación depende de dos enzimas clave: PARP, que construye cadenas PAR para iniciar la reparación del ADN, y PARG, que las corta una vez finalizada la reparación.

Así pues, los investigadores se preguntaron: ¿está la PARG hiperactiva? ¿O es la PARP poco activa? Tras una cuidadosa bioquímica, descubrieron que esto último parece ser cierto: la actividad de la PARP parece estar reducida en las células de la EH, lo que explica la escasez de cadenas PAR y quizá los mayores índices de mutación.

El equipo dirigió entonces su atención a la HTT. Dado que la proteína HTT actúa como un andamio, uniéndose a muchas otras proteínas, se preguntaron si la versión mutada que causa la EH podría interferir en la interacción de la HTT con las proteínas PARiladas. Como las cadenas PAR también se forman en proteínas además de en el ADN, compararon las proteínas con las que se sabe que interactúa la HTT con las proteínas que se sabe que están PARiladas. Descubrieron que casi la mitad de las proteínas con las que interactúa la HTT también están PARiladas.

Esto hace sospechar que la propia HTT podría ser modificada por la PAR. Si es así, y este proceso se ve alterado por la HTT mutante, podría explicar las diferencias en las cadenas PAR que observaron en las células EH.

Cadenas HTT y PAR

Para comprobar si la HTT interactúa con las cadenas PAR, el equipo utilizó un microscopio de alta tecnología para rastrear dónde se encuentran las cadenas HTT y PAR en las células vivas. Aunque las cadenas PAR y HTT no se solapaban la mayor parte del tiempo, sí lo hacían en los cromosomas cuando las células se dividían.

Además, cuando desactivaron la producción de cadenas PAR bloqueando la actividad PARP, HTT dejó de solaparse, lo que sugiere que las cadenas PAR podrían estar guiando a HTT hacia los cromosomas durante la división celular. Aunque no se investigó más a fondo la importancia de que las cadenas HTT y PAR se solaparan durante la división celular, ¡sugiere que podría haber una interacción funcional entre ellas!

Para reforzar sus argumentos, los investigadores utilizaron un par de técnicas más para confirmar la interacción entre las cadenas HTT y PAR. En primer lugar, observaron detenidamente la estructura molecular de la proteína HTT y encontraron muchas ranuras en las que parecía caber una cadena PAR. Después, utilizando un microscopio de alta resolución, visualizaron directamente las cadenas PAR producidas por la PARP con y sin HTT presente. Observaron que la PARP producía cadenas PAR mucho más elaboradas cuando había HTT, lo que sugería que la HTT estimulaba la actividad de la PARP. Es importante destacar que las formas mutantes de HTT no tenían ningún efecto estimulante sobre la actividad de la PARP, lo que posiblemente explica la menor producción de cadenas PAR en las personas con EH.

Implicaciones para la EH y más allá

Estos hallazgos pintan un cuadro claro: en las células sin el gen de la EH, la HTT estimula la PARilación y promueve la reparación eficiente del ADN. Sin embargo, en la EH, la proteína HTT mutante no estimula la PARP, lo que da lugar a menos cadenas PAR, una reparación del ADN deficiente y una acumulación de mutaciones que podrían participar en la neurodegeneración.

Estos hallazgos son apasionantes porque ayudan a los investigadores a comprender mejor los defectos subyacentes en las células de la EH, pero quizá lo más importante es que abren posibilidades terapéuticas.

Gran parte del interés que suscita la PARP se debe a la publicidad que ha recibido en un campo de investigación totalmente distinto: el cáncer, donde ya se han descubierto docenas de moléculas dirigidas contra la PARP. Dado que ya se ha comprobado la seguridad de los fármacos diseñados para modular la actividad de la PARP, podrían reutilizarse para la EH, acelerando su camino hacia los ensayos clínicos. Aunque los fármacos reutilizados aún tendrían que someterse a pruebas exhaustivas, esta investigación abre nuevas vías terapéuticas que podrían abordar el problema de la acumulación de mutaciones, un problema crítico de las células de la EH.

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Artículo de investigación original,“La señalización de la poli ADP-ribosa está desregulada en la enfermedad de Huntington” (Acceso abierto).