9- PERSPECTIVAS. Por el Dr. Massimo Pandolfo (publicado en las Generaciones, NAF, verano de 1999). Traducción del Dr. Jesús A. Casabiell, Departamento de Fisiología, Universidad de Santiago, Campus Universitario de Lugo, (hermano de un paciente de Ataxia de Friedreich).

Dr. Massimo Pandolfo, MD.
Investigador Agregado, Departamento de Medicina, Universidad de Montréal
Profesor adjunto, Sección de Neurología y Neurocirugía, Universidad McGill,
Centro Hospitalario del la Universidad de Montréal, Hospital Notre-Dame - Pavillon De Sève. MONTRÉAL, QUÉBEC. Canadá.

<<Desde 1996, el Dr. Pandolfo ha trabajado como Profesor Adjunto en el Departamento de Neurología y Neurocirugía y es también Profesor Asociado de Investigación en el Departamento de Medicina de la Universidad McGill, en Montreal, Canada. El Dr. Pandolfo, trabajando en colaboración con otros investigadores, descubrió el gen de la Ataxia de Friedreich en 1996>>.

Trataré de resumir en qué punto nos encontramos en nuestro progreso hacia la comprensión de la causa de la Ataxia de Friedreich, y de apuntar algunas ideas acerca del rumbo de esta investigación en el futuro, y de lo que esperamos aprender en los próximos años.

El Dr. Nicholas Friedreich, profesor de medicina en Heidelberg, Alemania, describió por primera vez la enfermedad en 1863. Los investigadores y los médicos disponían de una descripción detallada de las características clínicas de esta enfermedad, pero no sabían nada acerca de sus causas, excepto que se trataba de un proceso hereditario y recesivo. No se conocía el gen implicado, qué proteína era codificada por este gen, ni la razón por la cual los pacientes desarrollaban los síntomas. Finalmente, en 1996, identificamos el gen de la Ataxia de Friedreich y el segmento de DNA que contiene la información genética alterada en los sujetos que padecen la enfermedad.

El gen se localiza en el cromosoma 9 y codifica una proteína denominada frataxina. La función de la frataxina no fue determinada inmediatamente tras el clonaje del gen. El primer hallazgo tras el descubrimiento del gen fue la elucidación de la alteración a nivel del DNA. Hallamos que la mayoría de los pacientes de Ataxia de Friedreich portan una expansión inestable de una repetición de trinucleótidos, lo que consiste en un número excesivo de repeticiones de una secuencia de DNA compuesta por tres unidades (GAA). En lugar de aparecer repetida menos de 40 veces, como sucede en un cromosoma normal, GAA se repite de 100 a 700 veces (incluso hasta más de 1000 veces).

Desde entonces, hemos averiguado que el excesivo número de repeticiones no causa la producción de una proteína anormal, como la que se produce en todas las formas de ataxias dominantes, si no que ocasiona déficit de una proteína normal. La presencia de demasiadas repeticiones ocasiona que los pacientes con Ataxia de Friedreich sinteticen en muy pequeñas cantidades algo que necesitan en cantidades mucho mayores. El tamaño y la secuencia de aminoácidos de frataxina es perfectamente normal en los pacientes, pero lo que ocurre es que presentan una cantidad insuficiente de la misma. Ello ocurre a consecuencia de la expansión.

Nos hemos dado cuenta, en los 3 años que siguieron al descubrimiento del gen, que esta mutación por expansión de trinucleótidos explicaba al menos parte de la variabilidad observada en el cuadro clínico de la Ataxia de Friedreich. La edad de presentación, la velocidad de progresión, la gravedad global y el grado de afectación del sistema nervioso pueden ser variables. Algunos pacientes pueden presentar una miocardiopatía grave, otros pueden no tener en absoluto síntomas de miocardiopatía, algunos pueden presentar problemas visuales o auditivos, y otros no. Resulta claro que aquellos pacientes con expansiones de mayor tamaño (más repeticiones del triplete GAA en el gen de la frataxina) tienden a desarrollar la enfermedad más precozmente, y a presentar una progresión más acelerada. lo que tiende también a afectar a sistemas adicionales. Aquellos individuos con expansiones de mayor tamaño están expuestos a una mayor probabilidad de sufrir atrofia óptica, pérdida de visión, pérdida de oído, miocardiopatía severa y diabetes. Esta correlación es muy significativa desde el punto de vista estadístico, pero no permite predecir el curso de la enfermedad en un paciente individual, porque la variabilidad es demasiado amplia. Si realizamos una prueba genética y hallamos de 700 a 900 tripletes, no podemos decir que tal persona presentará la enfermedad a los 12 años y estará en una silla de ruedas a los 25. Es absolutamente imposible predecirlo, porque en pacientes con idéntico número de repeticiones puede haber de 10 a 15 años de diferencia en el momento de presentación de la enfermedad y pueden desarrollar enfermedades completamente diferentes en gravedad. Si se estudia conjuntamente 200 o 300 pacientes, puede aparecer una correlación, pero no se puede hacer este tipo de predicciones en el plano individual. Es muy importante conocer y comprender este punto. En el momento actual, creemos que el tamaño de las expansiones puede explicar el 50% de la variación que apreciamos en la enfermedad. El otro 50% ha de ser explicado por otros factores genéticos (otros genes que interactúen con el de la frataxina), factores ambientales todavía no identificados, y por puro azar, que desempeña un papel en todo.

Las características clínicas de la Ataxia de Friedreich son aún más variables. Encontramos individuos que desarrollan ataxia a una edad de 40 o 50 años y padecen Ataxia de Friedreich. Antes, pensábamos en esta enfermedad como en algo propio de niños y adolescentes. Hemos identificado pacientes con síntomas clínicos muy inusuales, como reflejos conservados pero con espasticidad, etc. Esto nos ha llevado a extender este diagnóstico a un número de pacientes que no pensábamos que padeciesen Ataxia de Friedreich.

Otra posible causa de variación la constituye el hecho de que un pequeño número de pacientes con Ataxia de Friedreich, menos de un 5%, presentan una mutación puntual, un cambio en la secuencia de DNA que determina un cambio en la proteína misma. Habitualmente presentan síntomas típicos de Ataxia de Friedreich. Está claro que estos pacientes con mutaciones puntuales tienen una menor cantidad de proteína, porque uno de sus cromosomas presenta la expansión de trinucleótidos, y expresan además una cierta cantidad de proteína anormal a causa de la mutación puntual. En este sentido, son diferentes del resto de los pacientes con Ataxia de Friedreich, pero la consecuencia final es la misma.

Hemos averiguado también que el gen de la Ataxia de Friedreich no es necesario por igual en todas las células del organismo. Las células afectadas por la enfermedad son aquellas que necesitan frataxina en mayor proporción que las restantes. Esta proteína se expresa en cantidades elevadas en la médula espinal y en las raíces de los ganglios dorsales, niveles en los que se localizan las neuronas más afectadas. Son las mismas neuronas sensitivas responsables del sentido posicional, el cual se afecta en gran medida en esta enfermedad. El corazón, que en condiciones normales fabrica mayores cantidades de frataxina que otras células y tejidos del organismo, es también afectado por la enfermedad. Tenemos que tener esto presente cuando intentamos comprender las consecuencias de la deficiencia de frataxina. Las células sintetizan cantidades diferentes de frataxina, y sus sensibilidades a la deficiencia de esta proteína son diferentes.

El otro hallazgo de importancia ha sido lo que denominamos la localización subcelular de la frataxina. Tanto nosotros como otros colegas, hemos llevado a cabo experimentos que confirman que la frataxina es sintetizada en la mitocondria.

¿Qué son las mitocondrias? Las mitocondrias son miles de diminutas estructuras localizadas en el interior de cada una de las células de nuestro cuerpo. Constituyen la central de energía de las células. Las mitocondrias son las estructuras intracelulares en las que se lleva a cabo una reacción química extremadamente importante, denominada respiración. Mediante ella, las moléculas obtenidas a partir de los alimentos que ingerimos se queman para producir energía. Estas moléculas se combinan con el oxígeno a nivel de la mitocondria para producir energía.

¿Cuál es la función de la frataxina en la mitocondria? Este problema resultó de difícil resolución. No se asemejaba a ninguna otra proteína de función conocida identificada en organismo vivo alguno. Sin embargo, lo que resultó de ayuda fue el hecho de que caímos en la cuenta de que todos los seres vivos sintetizan una proteína parecida a la frataxina: ratones, moscas de la fruta, gusanos, y la levadura del pan. Esta levadura sintetiza una proteína que es virtualmente idéntica a la frataxina humana, y está localizada en el interior de las mitocondrias de la levadura. El hecho de que la levadura sistetice una proteína idéntica a la frataxina es una gran ventaja porque es fácil realizar manipulaciones genéticas en la levadura, mucho más fácil que en ratones. En varios laboratorios se ha generado levaduras incapaces de expresar frataxina; uno de ellos es el del Dr. Jerry Kaplan de la Universidad de Utah. El hallazgo más llamativo en estas levaduras modificadas, desprovistas de frataxina, es la profunda alteración que sufre su metabolismo del hierro. Estas células de levadura incorporan mucho más hierro que las células normales de levadura, y el hierro extra captado por las células acaba en la mitocondria. A consecuencia del exceso de hierro a nivel mitocondrial, las células se vuelve extremadamente sensibles al estrés oxidativo. En la mitocondria, el oxígeno fluye a través de los complejos proteicos denominados complejos de la cadena respiratoria. Una pequeña fracción de este óigeno que fluye a través de este complejo, en la membrana de la mitocondria, puede formar lo que se denomina como radicales libres. Este hecho puede llevar a la formación de H2O2 en el interior de la mitocondria, reaccionando a continuación con hierro para formar radicales hidroxi. Se sabe que los radicales hidroxi son sustancias capaces de dañar las membranas mitocondriales, las proteínas y el DNA. El tener demasiado hierro en la mitocondria no es deseable.

Tras este estudio inicial en levaduras, se hizo extremadamente importante averiguar si podríamos encontrar algo que indicase la existencia de alguna similitud en humanos. Las evidencias actuales muestran que es muy probable que la situación sea análoga. El primer hallazgo es que si hacemos una tinción específica de hierro en una sección de tejido cardíaco de un paciente con Ataxia de Fiedreich, encontramos depósitos de hierro. Este hecho fue descubierto hace unos 20 años por un neuropatólogo Canadiense. Sin embargo, no ha sido posible interpretar adecuadamente este hecho hasta ahora. En tejido afectado, como el del corazón, identificamos depósitos de hierro similares a los observados en el modelo de la levadura. Estos depósitos de hierro se encuentran en el tejido cardíaco de pacientes con Ataxia de Friedreich, pero no en los corazones de pacientes con otros tipos diferentes de cardiopatía. Es un hallazgo específico. Estamos en presencia de una distribución anormal de hierro: demasiado hierro en el interior de la mitocondria, y probablemente demasiado poco fuera de la misma, y no en una acumulación global.

En un antiguo estudio, realizado por un neurólogo Húngaro en los años 60, en el que esencialmente se inyectó hierro radioactivo a pacientes con diferentes enfermedades neurológicas, se halló que el hierro se retiene a nivel cerebral en mayor cantidad en afectados de Ataxia de Friedreich que en pacientes con otras patologías o en sujetos normales. Esta fue otra pista que permaneció enterrada en los textos médicos. Ocurría algo anormal con respecto al metabolismo del hierro en los pacientes con Ataxia de Friedreich. Los tejidos no afectados, como el músculo esquelético, no muestran evidencias de acumulación de hierro en esta enfermedad. Esto quiere decir que es un proceso específico que afecta a los tejidos.

¿Se acumula realmente hierro en las mitocondrias? Hay un dato reciente muy interesante que muestra que en el tejido cardíaco de los pacientes con Ataxia de Friedreich hay una acumulación a nivel mitocondrial de un material que presenta todas las características del hierro, algo que no aparece en las mitocondrias de otros pacientes con otros tipos diferentes de enfermedades cardíacas. Es muy específico de la Ataxia de Friedreich. Este estudio está siendo ampliado ahora a muestras de tejido nervioso. Puede apreciarse un ligero incremento del hierro mitocondrial en células que no están afectadas por la enfermedad, como las de la piel.

¿Cuáles son las consecuencias de la presencia de un exceso de hierro en la mitocondria? La consecuencia específica es que algunas enzimas mitocondriales que contienen centros activos de sulfuro de hierro son inactivadas por el exceso de hierro. Esto conlleva un mal funcionamiento de la cadena respiratoria, y una pérdida de energía. Además, esto hace a las células hipersensibles a los oxidantes. Las células se están muriendo. Lo que creemos que ocurre es que la deficiencia de frataxina lleva a un incremento del hierro mitocondrial, lo que lleva a su vez a un incremento de la generación de radicales libres y al daño mitocondrial. Por un lado, esto conlleva una deprivación energética, lo que puede ocasionar la muerte de las fibras nerviosas, tanto a nivel de nervios periféricos como de la médula espinal. Por otro lado, el daño mitocondrial puede directamente desencadenar un proceso denominado muerte celular programada o suicidio celular. Esta puede ser la causa subyacente de la pérdida de células que se aprecia en el corazón y en partes del sistema nervioso central. Es importante resaltar que disponemos de evidencias de este proceso en cultivos celulares mantenidos en laboratorio, pero no tenemos evidencias de que esto ocurra en los pacientes en la realidad. Esto es un objetivo de investigación futura.

Nos gustaría disponer de un modelo animal para la Ataxia de Friedreich, y en la actualidad se están intentando 7 u 8 estrategias diferentes para lograr generar un modelo de ratón para Ataxia de Friedreich. Esperamos que en unos meses o un año este proyecto tenga éxito.

En segundo lugar, el concepto de que pueda existir un exceso de hierro a nivel mitocondrial sugiere que se podrían intentar posibles tratamientos para tratar de enlentecer el curso de la enfermedad. La eliminación del exceso de hierro va a ser muy difícil al estar el hierro secuestrado en el interior de estructuras en las que no pueden penetrar con eficacia los quelantes de hierro disponibles en la actualidad. Podemos intentarlo con los denominados antioxidantes, para amortiguar parte de los radicales libres que se generan en esta enfermedad. Entre los antioxidantes utilizados en el tubo de ensayo, los derivados del conezima Q parecen ser los más eficaces a la hora de limitar la toxicidad del hierro para las estructuras mitocondriales. Varios grupos de investigación, como un grupo Francés, están intentando comprobar esta sustancia en un estudio controlado sobre pacientes, y estamos planificando un estudio similar en Montreal. Esperamos lograr algún grado de enlentecimiento de la enfermedad, tal como sugieren los datos preliminares, que pueden ser limitados y transitorios, de modo que no se haga expectativas de ningún tipo. Lo que de verdad importa es que, incluso si el primer tratamiento que intentemos no resuelve la situación, hemos comenzado a adquirir cierto grado de conocimiento de los procesos que llevan a esta enfermedad que nos posibilite en el futuro la identificación de posibles blancos terapéuticos o fármacos que pudieran ser probados en pacientes. Esta es una revolución de primer orden desde que se logró el clonaje del gen.