58- ATAXIAS RECESIVAS: ACTUALIZACIÓN MÉDICA Y CIENTÍFICA. Por el Dr. Michel Koenig. Del Boletín de Euro-Ataxia, diciembre 2000. Traducción de María José Planas y Miguel-A. Cibrián.
Hasta ahora se han reconocido algunas formas de ataxias recesivas. La forma más frecuente (en Europa y en poblaciones con ascendencia europea) es la ataxia de Friedreich, que ya fue descrita en 1863 por Nicholaus Friedreich. La segunda forma más frecuente, la ataxia Telangiectasia, no se descubrió hasta 1921 y sólo se describió totalmente después de 1945. Otras formas de ataxia recesivas son menos corrientes y fueron conocidas mucho más tarde. Entre ellas, están la enfermedad de Refsum, la abetalipoproteinemia, la ataxia asociada con deficiencia de vitamina E (AVED), la ataxia espástica de Charlevoix-Saguenay (RSACS) y la ataxia espinocerebelosa de inicio infantil (IOSCA).
Algunas de estas ataxias recesivas poco corrientes son más frecuentes en ciertas regiones del mundo, como el norte de África para AVED, Quebec occidental para RSACS y Finlandia para IOSCA. Estas particularidades geográficas han permitido que hayan sido reconocidas y localizadas genéticamente (en determinados cromosomas). En todas ellas, excepto en IOSCA, se ha identificado su gen en los últimos 5 años, el último reconocido es el de la RSACS (Engert y compañeros, 2000). El gen de RSAC codifica una gran proteína de función desconocida. Bastantes pacientes de Quebec tienen la misma mutación y el estado de ésta en los pacientes con otros orígenes geográficos es actualmente desconocido. Debido a la amplitud de la región codificante en RSACS, no está claro todavía cuál será la mejor estrategia de diagnóstico molecular para pacientes de RSACS de fuera de Quebec.
La ataxia telangiectasia (AT) está en una situación similar, aunque el diagnóstico se realiza por medio de pruebas bioquímicas en vez de moleculares. Se ha informado de muchas otras formas de ataxia recesiva poco corrientes, pero se reconocerán con más facilidad cuando se identifique la localización de los genes implicados en ellas: ya que esto permitiría comparar pacientes y familias de diferentes países que tienen defectos similares en sus genes. Esto es lo que hemos llevado a cabo recientemente para tres formas, principalmente gracias a la consanguinidad documentada que se encuentra a menudo en estas raras enfermedades recesivas. Las tres formas de ataxia recesivas son: Ataxia con apraxia oculomotora (AOA, forma de aparición temprana, alrededor de los 5 años de edad, con una oscilación entre los 2 y los 15), ataxia con elevadas alfafetoproteína e inmunoglobulina (con aparición alrededor de los 20 años de edad) y ataxia con deterioros auditivos y visuales (atrofia óptica). La descripción genética y bioquímica de las dos primeras formas se ha publicado en la prensa (Barbot y compañeros, y Watanabe y compañeros, 1998, respectivamente) y la localización genética ha sido sometida a publicación.
Por otro lado, la identificación en 1996 del gen defectuoso en la ataxia de Friedreich ha clarificado mucho el trabajo: para entender el mecanismo de la enfermedad, para crear modelos de ratón y para ayudar a diseñar terapias provisionales. La ataxia de Friedreich está causada por una expansión de repetición de trinucleótido GAA localizada fuera de la región codificante del gen. Por esta razón, la proteína codificada, que llamamos frataxina, es de tamaño normal, pero se produce en cantidades muy reducidas debido a la mutación de la expansión. Hemos demostrado en un ensayo con ratones que carecer totalmente de frataxina es letal para el desarrollo embrionario. La enfermedad en pacientes surge como consecuencia de tener cantidades muy pequeñas de la proteína frataxina. Cuatro años después de su descubrimiento, la función de la frataxina todavía permanece difusa. El centro de controversia activa entre la comunidad científica es la sugerencia de que pudiera servir como un transportador de hierro dentro o fuera de la mitocondria, una pequeña estructura subcelular.
Un documento publicado en septiembre (Adamec y compañeros, 2000) muestra que la frataxina se puede congregar en una estructura formada por múltiples subunidades que forman una especie de cáscara alrededor del almacén férrico, probablemente para proteger a la célula de la toxicidad del exceso de hierro. Sin embargo, este conjunto de múltiples subunidades sólo parece tener lugar en concentraciones férricas altas que normalmente no existen en las células en vivo. Es más, otros dos informes publicados en julio y octubre (Musco y compañeros, 2000, y Dhe-Paganon y compañeros, 2000, respectivamente), informan de la estructura de la frataxina, por ejemplo, su plegado tridimensional, indica que la frataxina no liga al hierro. Sólo el tiempo resolverá esta controversia.
¿Qué sabemos sobre la frataxina y sobre las consecuencias de su escasez? La frataxina es una proteína de la mitocondria, y algunas proteínas mitocondriales son secundariamente defectuosas en los tejidos de pacientes afectados de ataxia de Friedreich. Estas proteínas contienen hierro en los llamados centros hierro-azufre y muchas de ellas forman parte de la cadena transportadora de electrones involucrando la principal función de la mitocondria, es decir: la producción de energía para la célula (en forma ATP). El hierro y la Coenzima Q-10 son transportadores directos de electrones en ésta cadena.
¿Cómo funciona? Los electrones son transferidos de alimentos ingeridos a oxígeno (O2) para producir dos moléculas de agua e incrementar la energía para la síntesis ATP (combustible de la célula). Si un electrón abandona la cadena demasiado pronto y encuentra oxígeno puede formar ion superóxido o anión (O2-): una molécula oxidante y muy tóxica para la mayoría de las células neuronales. El hierro libre también es capaz de producir iones superóxidos transfiriendo un electrón al oxígeno. Hoy en día se cree (aunque no está probado definitivamente) que las proteínas hierro-azufre son defectuosas debido a una producción primaria de moléculas oxidantes (también llamadas radicales libres, como el ion superóxido) en lugar de por acumulación de hierro, como se había sugerido previamente.
Una forma de proteger las células de la oxidación excesiva es utilizar moléculas antioxidantes. La vitamina C y la vitamina E son moléculas antioxidantes, la primera es soluble y la otra está asociada con las membranas biológicas. La Coenzima-Q 10, otro componente de la cadena transportadora de electrones, también puede actuar como antioxidante de la membrana. La Idebenona es un análogo de la Coenzima-Q y puede actuar como soluble y antioxidante de la membrana, es decir, se cree que podría tomar el electrón libre de un radical libre soluble y devolverlo a la cadena transportadora de electrones (en la membrana de la mitocondria). Por esta y otras razones (Rustin y compañeros1999), la idebenona fue escogida para un ensayo terapéutico en dos de los mayores hospitales de París (Hôpital Necker, Profesor Arnold Munnich, y Hôpital de Salpetrière, Profesor Alexis Brice).
Los resultados del hospital de Salpetrière no están todavía disponibles (los pacientes eran principalmente adultos) y sólo disponemos de los análisis preliminares de los resultados del hospital Necker (comunicación personal de los Drs. Pierre Rustin y Agnes Rotig). Los resultados obtenidos son principalmente de pacientes infantiles. Hasta ahora, el efecto beneficioso más claro se ha visto en la cardiomiopatía con una reducción progresiva de la hipertrofia (reducción del espesor de paredes de corazón), observada en la mayoría aunque no en todos los pacientes. También se han observado algunas mejorías subjetivas en la fatiga, disartria y movimientos finos de la mano (escribir). No se ha observado ninguna mejoría en el modo atáxico de caminar ni en la neuropatía periférica. De los resultados preliminares no es posible confirmar ni excluir que la idebenona esté bloqueando o reduciendo la velocidad de progresión de estos dos síntomas. Un grupo independiente ha mostrado que la idebenona reduce el estrés oxidativo en los pacientes con ataxia de Friedreich (Schulz y compañeros, en prensa).
En orden a tener una mejor visión de los mecanismos de la enfermedad e intentar conseguir confirmación independiente de ensayos de medicamentos para humanos (requisito importante para la aprobación de medicamentos y distribución comercial), hemos desarrollado modelos animales que en cierto modo imitan la enfermedad humana. Para evitar la letalidad embrionaria temprana debida a la total ausencia de frataxina hemos intentado introducir la mutación en nuestros modelos de ratón después del desarrollo embrionario y restringir la secuencia de la mutación para que sólo esté presente en algunos tejidos, como neuronas y músculos (incluyendo el corazón), mediante un método de laboratorio llamado knock-out. Los ratones "muscle" se desarrollan inicialmente con normalidad, hasta que de repente desarrollan la cardiomiopatía y mueren aproximadamente a las diez semanas de edad. Los ratones "neuronal" han inducido las mutaciones en muchos tejidos no neuronales, incluido el corazón, hígado y timo, empiezan a perder peso desde el nacimiento y mueren aproximadamente a las tres semanas de edad.
En todos los casos hemos encontrado (en colaboración con el laboratorio del Dr. Pierre Rustin), como ocurre en los tejidos afectados por la enfermedad de pacientes humanos, una proteína hierro-azufre mitocondrial deficiente. Sin embargo, no se ha observado acumulación férrica mitocondrial ni depósitos en los ratones "neuronal" (probablemente porque mueren demasiado pronto) y sí se ha observado en el corazón de los ratones "muscle" sólo después de la aparición de la cardiomiopatía y de la deficiencia en las proteínas hierro-azufre. Esto es otro argumento que nos hace pensar que la ataxia de Friedreich está causada por una producción excesiva de radicales libres que causan deficiencias en las proteínas hierro-azufre y, por ello, acumulación férrica intramitocondrial (descargada desde los centros hierro-azufre defectuosos). Si esto fuera correcto, esta teoría reforzaría los motivos para utilizar antioxidantes como tratamiento en las fases tempranas de la ataxia de Friedreich, y nos anima a probar la idebenona en nuestros ratones mutados y a vigilar cualquier efecto beneficioso en la supervivencia de los mismos y en otros parámetros relativos a la enfermedad.
Bibliografía:
1- Adamec J, Rusnak F, Owen WG, Naylor S, Benson LM, Gacy AM e Isaya G (2000) Am J Hum Genet 67:549-542.
2- Barbot C, Coutinho P, Chorao R, Ferreira C, Barros J, Fineza I, Dias K, Monteiro JP, Guimarães A, Mendonça P, Moreira MC, Sequeiros J (in press) Recessive ataxia with ocular apraxia: review of 22 Portuguesse pati ents. Arch Neurol.
3- Dhe-Paganon S, Shigeta R, Chi YI, Ristow M, Shoelson SE (2000). Crystal Structure of Human Frataxin. J Biol Chem 275:30753-30756.
4- Engert JC, Berube P, Mercier J, Dore C, Lepage P, Ge B, Bouchard JP, Mathieu J, Melancon SB, Schalling M, Lander ES, Morgan K, Hudson TJ, Richter A (2000) ARSACS, a spastic ataxia common in northeastern Quebec, is caused by mutations in a new gene encoding an 11.5-kb ORF. Nat Genet 24:120-125.
5- Musco G, Stier G, Kolmerer B, Adinolfi S, Martin S, Frenkiel T, Gibson T, Pastore A (2000). Towards a structural under-standing of Friedreich's ataxia: the solution structure of frataxin. Structure 8:695-707.
6- Rustin P, Von Kleist-Retzow JC, Chantrel-Groussard K, Sidi D, Munnich A, Rötig A (1999). Effect of idebenone on cardiomyopathy in Friedreich's ataxia: a preliminary study. Lancet 354:477-479.
7- Rustin P, Munnich A, Rötig A (1999). Quinone analogs prevent enzymes targeted in Friedreich's ataxia from iron-induced injury in vitro. Biofactors 9:247-251.
8- Schultz JB, Dehmer T, Schöls L, Mende H, Hardt C, Vorgerd M, Bürk K, Matson W, Dichgans J, Beal MF, Bogdanov MB (in press) Oxidative stress in Friedreich ataxia patients. Neurology.
9- Watanabe M, Sugai Y, Concannon P, Koenig M, Schmitt M, Sato M, Shizuka M, et al (1998) Familial spinocerebellar ataxia with cerebellar atrophy, peripheral neuropathy, and elevated level of serum creatine kinase, gammaglobulin, and alphafetoprotein. Ann Neurol 44:265-269.