Técnicas punteras en la investigación de la EH

La investigación de la EH evoluciona continuamente, a medida que científicos creativos desarrollan y aplican técnicas novedosas al estudio de células, modelos, tejido humano y macrodatos. En colaboración con la Huntington’s Disease Foundation (HDF), patrocinadora de la Beca para el Avance de la Carrera en la Enfermedad de Huntington (HD-CAG), cinco investigadores comparten aquí las técnicas de vanguardia que aplican a su trabajo y por qué estas innovaciones son importantes para acelerar los descubrimientos y acercar el campo a tratamientos significativos. Este artículo se publicó conjuntamente en la edición de primavera de 2026 de HD Insights, una publicación editada por el Huntington Study Group.

¿Cómo de grande es tu repetición?

Carlos Chillón-Mariñas y Sonia Vázquez-Sánchez, UCSD

La enfermedad de Huntington (EH) está causada por la expansión de una secuencia corta de ADN —las letras C-A-G— situada en la primera parte del gen HTTHTT Abreviación del gen que causa la enfermedad de Huntington. Al gen también se le llama EH e IT-15. Todo el mundo es portador de esta repetición. La diferencia es su longitud. Si la repetición tiene menos de 35 copias, las personas no suelen desarrollar la EH. Por encima de 40, la enfermedad es completamente penetrante.

La historia no termina con la mutación heredada. Con el tiempo, esta repetición puede seguir expandiéndose en algunas células cerebrales vulnerables, un fenómeno conocido como expansión somática. Este proceso es ahora uno de los principales focos de la investigación de la EH, ya que parece ser uno de los factores clave en la aparición y progresión de la enfermedad. Las expansiones C-A-G ultralargas están fuertemente vinculadas al daño celular.

Esto significa que la EH no solo depende de la repetición que una persona hereda; también depende de cuánto crece esa repetición dentro de su cerebro. Entonces, ¿cómo se mide la expansión de estos C-A-G?

Tradicionalmente, la longitud de las repeticiones se ha medido mediante técnicas basadas en la PCR. Estos métodos funcionan haciendo una copia del ADN de la repetición C-A-G y estimando el tamaño de la repetición a partir de los fragmentos resultantes que se crean en el proceso de copia. Funcionan bien para el diagnóstico y las expansiones moderadas, pero tienen dificultades con las repeticiones muy largas. Una vez que las repeticiones superan aproximadamente las 100, los métodos basados en la PCR dejan de ser fiables. Las expansiones más largas —las que pueden tener más importancia biológica— suelen pasar desapercibidas.

Aquí es donde la secuenciación dirigida de lectura larga PureTarget cambia las reglas del juego. PureTarget extrae toda la región de repetición molécula a molécula sin romperla en fragmentos diminutos. Estas moléculas de ADN intactas se secuencian de extremo a extremo mediante tecnología de lectura larga de alta fidelidad. Esto significa que, en lugar de estimar el número de CAG, los investigadores pueden leer realmente el código exacto de las letras del ADN de toda la región de repetición —junto con el ADN que la rodea— en una sola pieza continua. Es importante destacar que cada molécula se secuencia varias veces, lo que da lugar a mediciones de la longitud de las repeticiones muy precisas.

Durante años, los científicos sospecharon que la expansión somática era importante, pero nuestras herramientas no podían captar plenamente su magnitud.

El resultado es una visión mucho más clara de la biología de las repeticiones: la longitud exacta de la repetición, las interrupciones de la repetición, las inserciones o deleciones y la variabilidad entre las copias del gen se miden directamente en lugar de inferirse. Esto es importante porque dos células con la misma mutación heredada pueden acumular longitudes de repetición muy diferentes a lo largo de la vida, diferencias que pueden estar en la base de la vulnerabilidad neuronal selectiva.

En una enfermedad en la que la longitud del ADN impulsa la biología, medir el tamaño real de la expansión es más que un detalle. Es una nueva ventana a cómo se desarrolla la enfermedad de Huntington y cómo podríamos frenarla algún día.

Transcriptómica espacial multimodal: observando el Huntington como nunca antes

Sonia Vázquez-Sánchez y Carlos Chillón-Mariñas, UCSD

Una de las primeras preguntas que se hacen los científicos sobre la enfermedad de Huntington (EH) es por qué el cambio genético daña las células cerebrales pero no afecta a otras partes del cuerpo, a pesar de que cada célula porta la misma expansión CAG. Incluso dentro del cerebro, no todas las neuronas se ven afectadas por igual. Algunos grupos de neuronas, como las del cuerpo estriado, son notablemente vulnerables, mientras que otras permanecen resilientes. Durante décadas, los investigadores han intentado comprender por qué.

Las herramientas tradicionales solo podían mostrar fragmentos de la historia. Podíamos examinar los agregadosagregados Grumos de proteínas que se forman dentro de las células en la enfermedad de Huntington y otras enfermedades degenerativas de la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH, medir la expresión génica o estimar la longitud del tramo de repetición CAG, pero cada experimento tenía que hacerse por separado, a menudo en muchas muestras diferentes de tejido. Eso significaba que solo podíamos correlacionar los resultados de forma indirecta. No teníamos forma de ver todas estas características a la vez dentro de las mismas células, y normalmente teníamos que destruir la estructura natural del tejido en el proceso.

La transcriptómica espacial multimodal cambia eso.

Este nuevo enfoque se basa en imágenes y nos permite mirar dentro de células individuales preservando el tejido intacto. Se basa en microscopía avanzada combinada con un sofisticado sistema de fluídica que permite medir los niveles de expresión de miles de genes, la longitud de la repetición CAG, los agregadosagregados Grumos de proteínas que se forman dentro de las células en la enfermedad de Huntington y otras enfermedades degenerativas de huntingtina y las señales de daño en el ADN, estrés e identidad neuronal, todo en el mismo experimento y en las mismas células, manteniendo su contexto espacial.

En esencia, esta tecnología nos permite observar cómo se desarrolla la EH con una resolución célula a célula.

Lo que hace que esto sea especialmente potente es que conecta los eventos moleculares con lo que les ocurre a las neuronas individuales en la EH. Podemos averiguar qué células son más vulnerables y empezar a entender por qué: ¿es el tamaño de la expansión CAG, la presencia de agregadosagregados Grumos de proteínas que se forman dentro de las células en la enfermedad de Huntington y otras enfermedades degenerativas proteicos o el daño en el ADN? Los primeros hallazgos sugieren que las neuronas con las mayores expansiones de repeticiones son las que corren más riesgo de pérdida, mientras que los agregadosagregados Grumos de proteínas que se forman dentro de las células en la enfermedad de Huntington y otras enfermedades degenerativas de huntingtina parecen estar más estrechamente vinculados a cambios en la actividad génica. Estas relaciones eran antes invisibles porque ningún método por sí solo podía captar todas estas dimensiones a la vez.

Además de resolver enigmas biológicos de larga data, la transcriptómica espacial multimodal puede ayudar a orientar futuras terapiasterapias tratamientos. Al revelar qué vías de reparación del ADN están activas en las neuronas vulnerables, o qué tipos de células muestran los primeros signos de estrés, los investigadores pueden tomar decisiones más informadas sobre los objetivos terapéuticos. A medida que la tecnología siga evolucionando, promete una visión cada vez más detallada de cómo progresa la EH dentro de los circuitos neuronales vivos y cómo podríamos intervenir.

Un mapa de células de alta resolución

Devon Pendlebury, Universidad de California, Irvine

La tomografía crioelectrónica (cryo-ET) es una técnica de imagen que nos permite generar imágenes en 3D de características importantes del interior de las células. Las células se congelan rápidamente, lo que ayuda a preservar su interior para darnos una imagen más precisa de cómo se ven las células en la vida real. Una vez congeladas, se utiliza un microscopio electrónico para obtener imágenes del interior de las células. Los microscopios electrónicos pueden ver muchos más detalles que los microscopios ópticos tradicionales. La muestra congelada se inclina en múltiples ángulos y se toma una imagen en 2D en cada ángulo. Estas imágenes pueden combinarse para crear una reconstrucción en 3D que nos permite ver los compartimentos y las proteínas de la célula.

En la EH, la cryo-ET se ha aplicado para ver cómo son los agregadosagregados Grumos de proteínas que se forman dentro de las células en la enfermedad de Huntington y otras enfermedades degenerativas de la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH en las células, y también para estudiar cómo se ven afectadas las mitocondrias por la huntingtina mutante. Un estudio de los laboratorios de Wah Chiu (Universidad de Stanford) y Leslie Thompson (Universidad de California, Irvine) utilizó la cryo-ET para observar las mitocondrias, las fábricas de energía de la célula, en neuronas con EH. Descubrieron que las mitocondrias con EH tenían formas distorsionadas y contenían gránulos que no se encontraban en las mitocondrias sanas. Esta técnica también puede utilizarse para determinar cómo afectan los tratamientos a la salud de las mitocondrias. Los finos detalles disponibles mediante la cryo-ET permiten a los científicos identificar cambios en la EH que no serían detectables mediante otros métodos.

La Fuerza es intensa en esta proteína: pinzas láser contra la huntingtina

Piere Rodríguez-Aliaga, Universidad de Stanford

¿Recuerdas Star Wars, Star Trek o los Cazafantasmas, donde la luz atrapa y manipula naves y monstruos? Esa tecnología fue galardonada con el Premio Nobel de Física en 2018. Las pinzas ópticas son un “microscopio de fuerza” de una sola molécula que utiliza un haz láser fuertemente enfocado para atrapar diminutas perlas de plástico. Las perlas actúan como asas: si se une una proteína entre dos perlas mediante conectores moleculares, el instrumento puede tirar suavemente de esa única molécula de proteína moviendo las trampas láser. Mientras tira, mide tanto la fuerza aplicada como cuánto se extiende la proteína con una precisión nanométrica. Estas fuerzas son extremadamente pequeñas —normalmente de unos pocos a decenas de piconewtons (milmillonésimas de newton)—, similares a las que experimentan las proteínas dentro de las células.

Esto es especialmente útil para la huntingtina porque la región que contiene el tramo de poliglutamina (polyQ) (la parte de la proteína que se alarga en la EH) es inestable, cambia de forma y es propensa a la agregación. La mayoría de los métodos estructurales funcionan mejor cuando una proteína es estable, uniforme y duradera, pero informan de un promedio sobre poblaciones enormes de moléculas. Ese promedio puede desdibujar formas distintas y ocultar conformaciones raras y efímeras que pueden seguir siendo biológicamente importantes, especialmente en las longitudes de polyQ vinculadas a la enfermedad de Huntington.

Los experimentos con pinzas ópticas de molécula única evitan este promedio desplegando mecánicamente una molécula de huntingtina cada vez. Al analizar las curvas de fuerza-extensión y el tiempo de los eventos de desplegado/replegado, los investigadores pueden mapear el paisaje energético y las conformaciones de la proteína. Pueden determinar si la proteína individual (monómero) se comporta como un ovillo aleatorio o forma una estructura transitoria, si existen estructuras intermedias, qué estabilidad tienen y con qué rapidez cambia la molécula entre ellas. Dado que se miden muchas moléculas individuales, la heterogeneidad puede cuantificarse directamente en lugar de inferirse a partir de un promedio de millones de proteínas.

Las pinzas ópticas pueden ayudar a resolver una pregunta que se plantea desde hace tiempo en el campo de la EH: ¿cómo hace el cambio genético que la proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH sea tóxica? Los investigadores están utilizando esta técnica para comparar la huntingtina con diferentes longitudes de polyQ e identificar cambios estructurales tempranos que puedan desencadenar la toxicidad. También están probando cómo las modificaciones postraduccionales, las chaperonas, los anticuerpos y los fármacos candidatos remodelan la conformación de la huntingtina. Este enfoque de molécula única puede revelar nuevas estrategias terapéuticas, como la estabilización de una conformación de huntingtina no tóxica. También puede proporcionar lecturas mecánicas para el cribado de tratamientos y ayudar a conectar los eventos moleculares con los resultados clínicamente relevantes, mostrando cómo la tecnología de ciencia ficción puede resolver problemas biológicos reales.

Vamos a clasificarlo

Chris Kay, Centro de Investigación Cerebral, Universidad de Auckland

Tu cerebro contiene miles de millones de células especializadas llamadas neuronas. Hay cientos o incluso miles de tipos de neuronas en el cerebro, cada una con funciones diferentes, pero curiosamente solo un pequeño subconjunto muere en la EH. A los científicos les gustaría saber qué hace que estas neuronas en particular sean tan vulnerables a la enfermedad, con la esperanza de aprender a evitar que mueran en primer lugar. Sin embargo, estudiar esas neuronas vulnerables es muy difícil porque están rodeadas de muchos otros tipos de células no afectadas en el tejido cerebral humano. ¡Si tan solo pudiéramos clasificar las vulnerables y examinarlas por separado!

Esta es exactamente la idea que subyace a una nueva técnica que están utilizando destacados investigadores de la EH para estudiar qué hace que ciertas neuronas sean diferentes en la EH y por qué son más susceptibles a la enfermedad. La clasificación de núcleos activada por fluorescencia (o FANS, por sus siglas en inglés) consiste en unir una pequeña etiqueta fluorescente a un tipo de neuronaNeurona Células cerebrales que almacenan y transmiten información deseado en una muestra de tejido cerebral y, a continuación, pasar todas las células de esa muestra cerebral por un tubo estrecho con una cámara. Cada vez que la cámara detecta una célula que brilla con la etiqueta fluorescente, esta es empujada a un tubo aparte para su recogida, mientras que las células que no brillan pasan directamente. Tras este proceso, las neuronas etiquetadas pueden estudiarse por separado de todos los demás tipos de células cerebrales.

Utilizando estas neuronas clasificadas como material de partida, los científicos que estudian la EH ya han aplicado muchas tecnologías de vanguardia para investigar qué las hace diferentes. Eso es lo que hace que esta novedosa técnica FANS sea tan potente: una vez que las neuronas están clasificadas y separadas, los investigadores pueden analizarlas de muchas formas distintas utilizando una amplia gama de herramientas y métodos. Por ejemplo, algunos estudios ya han demostrado que las neuronas más afectadas en la EH tienen más expansión somática de CAG. Esto es de interés para muchas empresas farmacéuticas que intentan bloquear la expansión somática para el tratamiento de la EH.

Conclusiones

El futuro de la investigación de la EH está impulsado por nuevas y potentes formas de observar la enfermedad. Desde la lectura del ADN molécula a molécula hasta la visualización de proteínas y neuronas con un detalle extraordinario, estas tecnologías están ofreciendo a los científicos una imagen cada vez más completa de cómo comienza y progresa la EH. Con esa visión más clara, hay más posibilidades de desarrollar terapiasterapias tratamientos que puedan marcar una diferencia real para quienes viven con la EH.

Resumen

• Los investigadores están desarrollando nuevas y potentes tecnologías que revelan la biología de la EH con un detalle sin precedentes.
• La secuenciación de ADN de lectura larga puede medir la expansión completa de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH., lo que ayuda a los científicos a comprender mejor la expansión somática y cómo contribuye a la progresión de la enfermedad.
• La transcriptómica espacial multimodal combina varias mediciones en las mismas células, lo que permite a los investigadores conectar la expansión de las repeticiones, la actividad génica, los agregadosagregados Grumos de proteínas que se forman dentro de las células en la enfermedad de Huntington y otras enfermedades degenerativas de huntingtina y la salud celular.
• La tomografía crioelectrónica crea imágenes en 3D de alta resolución del interior de las células, revelando cambios estructurales que no pueden verse con la microscopía óptica tradicional.
• Las pinzas ópticas de molécula única permiten a los investigadores estudiar una proteína huntingtinaProteína huntingtina Proteína producida por el gen de la EH cada vez, descubriendo cambios estructurales fugaces que pueden desencadenar la toxicidad.
• La clasificación de núcleos activada por fluorescencia (FANS) aísla las células cerebrales más afectadas por la EH, lo que permite estudiarlas por separado de las células circundantes.
• Cada técnica responde a preguntas diferentes, pero juntas proporcionan una imagen mucho más completa de cómo se desarrolla y progresa la enfermedad de Huntington.
• Estos avances están acelerando la investigación básica hoy y podrían ayudar a identificar nuevos biomarcadores y objetivos terapéuticos para el mañana.