80- UN GRAN PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE ALTA CALIDAD PODRÍA CONDUCIR A UNA TERAPIA PARA LA ATAXIA DE FRIEDREICH. Por el Prof. Massimo Pandolfo. Université Libre de Bruxelles - Hôpital Erasme. (Mayo del 2005). Copiado de GoFar. Traducción de Miguel-A. Cibrián.

Notas del traductor sobre abreviaturas:
FA = Ataxia de Friedreich (iniciales de Friedreish's Ataxia).
FRDA = Gen anómalo en la Ataxia de Friedreich.
ADN = Ácido Desoxirribo-Nucleico. El ADN es la "copia maestra" de la información genética, que permanece en "reserva" dentro del núcleo.
ARN = ARN corresponde a las siglas de Ácido Ribo-Nucleico. El ARN es la "copia de trabajo" de la información genética.
ARN mensajero = El ARN va como un mensajero al citoplasma y allí el ribosoma traduce los genes a proteínas. Por eso, ese ARN capaz de llevar el mensaje desde el núcleo al citoplasma se llama ARN mensajero.
SNC = Sistema Nervioso Central.
ISC = Cluster hierro-azufre (iniciales de Iron-Sulfur Cluster).
ISC's = Clusters hierro-azufre (en plural).

La ataxia de Friedreich (FA) es una enfermedad hereditaria autosómica recesiva caracterizada por nurodegeneración progresiva, por una cardiopatía hipertrófica, y por un riesgo incrementado a sufrir diabetes mellitus. Los pacientes presentan corrientemente anormalidades esqueléticos tales como pie cavo y cifoescoliosis.

Los primeros síntomas aparecen generalmente en la niñez, no obstante, el inicio puede variar desde la infancia a la edad adulta. La pérdida progresiva de coordinación y equilibrio da lugar, en el futuro, a la necesidad de uso de una silla de ruedas y de ayuda para realizar las actividades diarias de la vida. La capacidad de comunicarse se ve comprometida por problemas en la articulación de las palabras (disartria). En algunos casos, en el futuro, deterioran la comunicación, aún más, la pérdida visual, debida a atrofia de los nervios ópticos, y la pérdida auditiva. La función cognoscitiva no se ve afectada, y no es inusual ver a pacientes de Ataxia de Friedreich teniendo éxito en las Universidades a pesar de sus problemas físicos. Además de la implicación del sistema nervioso, otras manifestaciones clínicas de la enfermedad pueden agravar substancialmente el cuadro clínico. Algunos pacientes tienen una cardiomiopatía muy severa, que puede incluso provocar la muerte por arritmia o insuficiencia cardiaca. Las complicaciones de la diabetes pueden contribuir a dificultar la enfermedad.

La prevalencia de la Ataxia de Friedreich en personas de origen de raza blanca está alrededor de 2 a 3 por cada 100.000 nacimientos. Por tanto, una enfermedad de las denominadas raras.

Como es el caso de casi todas las enfermedades neurodegenerativas, actualmente, no hay tratamiento para detener la progresión de la Ataxia de Friedreich. En la actualidad no existen tratamientos sintomáticos eficaces para este desorden, como los hay, por ejemplo, para la enfermedad de Parkinson. Las terapias física y ocupacional, la logopedia, y los tratamientos de las complicaciones cardiacas y de la diabetes, de hecho, permiten mejorar la calidad y duración de vida de los afectados por esta enfermedad, sin embargo, el proceso neurodegenerativo continúa implacablemente su marcha progresiva.

Solamente desde la investigación puede llegar una solución al sufrimiento de los pacientes de Ataxia de Friedreich y de sus familiares. Casi diez años después del descubrimiento de la mutación génica causante de la enfermedad, ahora estamos en un tiempo crítico para la investigación. El conocimiento acumulado sobre causas y mecanismos celulares y moleculares subyacentes en la Ataxia de Friedreich, junto con el desarrollo de nuevos acercamientos en terapia farmacológica, celular, y molecular, pueden proporcionar ahora nuevas posibilidades de detener esta enfermedad.

El gen de la Ataxia de Friedreich (FRDA) codifica una proteína de 210 aminoácidos, llamada frataxina. Este gen se expresa en todas las células, pero el nivel de expresiones varía en diversos tejidos y durante el desarrollo. La frataxina se localiza dentro de las mitocondrias, orgánulos intracelulares donde tiene lugar la respiración celular, así como otras funciones metabólicas. La Ataxia de Friedreich es consecuencia de un déficit de frataxina. La mutación causante de la enfermedad en la mayoría de los pacientes es una expansión de repetición de tiplete GAA en el primer intron del gen. El número de tripletes GAA en cromosomas normales es menor a 35 a 40, generalmente 8 o 9. Los cromosomas de afectados por la enfermedad llevan de 90 a más de mil tripletes, normalmente varios centenares. Los afectados son homocigotos para esta expansión, mientras que los portadores son heterocigotos. Los alelos expandidos son inestables durante la transmisión de padres a hijos, y también en diversos tejidos durante el desarrollo.

La expansión GAA inhibe la expresión del gen de la frataxina porque altera la estructura del ADN parar la síntesis del ARN mensajero. En el lugar de la expansión GAA, el ADN tiene una tendencia a doblarse sobre sí mismo y a adoptar una complicada estructura helicoidal triple que no permite el avance del ARN polimerasa. Esta estructura helicoidal triple está en equilibrio con la fisiológica doble hélice. El ADN fluctúa entre estos dos estados, pero solamente la doble hélice fisiológica permite la expresión del gen. La hélice triple se vuelve más estable a expansiones mayores. Por consiguiente, la disminución de la expresión de de frataxina se relaciona con el incremento de tripletes GAA. De acuerdo con ello, la edad de inicio y la severidad de la enfermedad es determinada, por lo menos en parte, por la amplitud de repetición de la expansión de tripletes.

La mayoría de los pacientes tiene los niveles de frataxina alrededor del 5 a 10 por ciento de lo normal. Los casos más suaves y tardíos de inicio pueden tener hasta 20 a 25 %. Los portadores heterocigotos sanos tienen más del 50 por ciento de lo normal y no tienen ninguna señal o síntoma de la enfermedad. Si el gen de la frataxina es eliminado en los ratones modelo, animales en los cuales esta proteína está totalmente ausente, mueren durante el desarrollo embrionario, demostrando el papel esencial de la pequeña cantidad residual de frataxina elaborada en los pacientes de Ataxia de Friedreich. Estos resultados sugieren dirigir los posibles acercamientos terapéuticos a restaurar los niveles de frataxina. Si fuera posible aumentar la producción de frataxina en los pacientes, posiblemente se podría detener el curso de la enfermedad, y quizá, incluso, inducir alguna mejoría. Un incremento en la producción de frataxina podría obtenerse:

1- A través de terapia de reemplazo de gen: introduciendo en las células del paciente un gen de la frataxina sin la expansión GAA.
2- Apuntando a la frataxina directamente. No obstante, la proteína debe modificarse de tal manera que sea capaz de alcanzar las células nerviosas afectadas por la enfermedad y sus mitocondrias celulares.
3- Interviniendo en la expansión GAA con moléculas capaces de desestabilizar la estructura helicoidal triple y cambiar el equilibrio hacia la doble hélice fisiológica, que permita la expresión de la frataxina. Algunos derivados de pyrrol-imidazol de poliamida pudieran tener este tipo de propiedades.
Estos acercamientos están actualmente bajo estudio en laboratorios de investigación en Europa, América y Australia.

Además, las posibilidades de tratar la enfermedad pueden venir de los estudios sobre la función de la frataxina. En la mitocondria de los organismos vivos con un solo núcleo (eucariotas) está presente una proteína que corresponde a la frataxina. Los homólogos de la frataxina también están presentes en muchas bacterias. La función de la frataxina parece estar relacionada con el importante papel de la mitocondria en el metabolismo férrico. De hecho, la mayoría del hierro se utiliza en la mitocondria para la síntesis de dos estructuras químicas esenciales: el hemo y los clusters hierro-azufre (ISC). El hemo liga oxígeno en la hemoglobina y es contenido en muchos componentes de la cadena respiratoria (citocromos). Estos clusters hierro-azufre son cofactores esenciales para varias enzimas, en particular la aconitasa y los complejos I, II, y III de la cadena respiratoria. Las formas citosólicas de aconitasa también contienen un cluster (ISC) y tiene un papel central en el control de la homeostasis férrica que depende directamente de la presencia de este ISC.

El papel de la frataxina ha sido claramente demostrado en la síntesis de ISC's, en particular a través de su interacción con Isu1, una proteína que funciona como un andamio en el cual son agrupados los ISC's. La frataxina también pudiera tener un papel directo en la síntesis del hemo, pero esto todavía está en duda. Un déficit en frataxina causa una disminución importante en la síntesis de ISC y, por consiguiente, un déficit funcional de las enzimas que necesitan estos cofactores. Así, son particularmente afectados el metabolismo de energía y la cadena respiratoria.

Para llevar a cabo su función es posible que la frataxina actúe como un acompañante férrico. Se ha propuesto que, ligando hierro en la mitocondria, lo protege de las especies de oxígeno reactivo que son particularmente abundantes en este compartimiento y lo hace bio-disponible para la síntesis de ISC's y hemo. De acuerdo con esta hipótesis, en la mitocondrias deficientes en frataxina, tanto de ratones modelo experimentales como en células cardiacas de pacientes de Ataxia de Friedreich, se observa una acumulación de hierro oxidado en las mitocondrias.

Cuando el hierro no es protegido por la frataxina, entra en contacto con un superóxido y peróxido de hidrógeno que se generan en la mitocondria, formando radicales libres tóxicos como el radical OH a través de la reacción de Fenton. Por consiguiente, se puede añadir un daño oxidativo, y posiblemente agrava el déficit de energía y la respiración celular. Puede tener lugar un círculo vicioso: en el cual una disfunción de la cadena respiratoria produce superóxido, que reacciona con el hierro generando radicales libres, dañando cada vez más, y más, a la misma cadena respiratoria.

Basado en los estudios anteriores, pueden proponerse acercamientos terapéuticos dirigidos al control de radicales libres y a la activación de la cadena respiratoria.

Una posibilidad misteriosa e intrigante sería la utilización de pequeñas moléculas capaces de reemplazar la frataxina, ligando y protegiendo el hierro mitocondrial y aumentando su bio-disponibilidad. Concerniente a moléculas antioxidantes y a estimulantes de la cadena respiratoria, algunos derivados de la coenzima Q (idebenona y CoQ-10) ya ha dado resultados prometedores, no sólo en los modelos experimentales de ratón, sino también en ensayos clínicos, por lo menos en la cardiomiopatía de la Ataxia de Friedreich. Finalmente, se ha automatizado un testador para evaluar un gran número de moléculas respecto a su capacidad para corregir las consecuencias funcionales de la deficiencia en frataxina.

Una amplia posibilidad de tratar la Ataxia de Friedreich puede venir de las terapias celulares, en particular del uso de células madre. Este acercamiento todavía tiene muchos problemas. Uno de los mayores obstáculos sería la extensión de la neurodegeneración de la enfermedad (afectando a múltiples órganos), la cual exigiría entregar las células difusamente en el sistema nervioso central de los pacientes. Los problemas adicionales involucran todos los pasos de una posible terapia celular, incluido el hallazgo de la mejor fuente celular, el tratamiento óptimo de las células antes del trasplante, y las mejores modalidades de trasplantación. Para un acercamiento racional, deben ser evaluadas las células embrionarias así como las fetales y las adultas. Las células madre adultas de otros tejidos distintos el sistema nervioso central (SNC) también debieran ser consideradas. Deben evaluarse rigurosamente las posibilidades de trans-diferenciación, retro-diferenciación o fusiones de células madre de tejidos adultos diferentes. Las modalidades para promover la difusa entrega de células a todas las áreas afectadas del sistema nervioso central (SNC) necesitan ser investigadas. Lo bueno del caso sería que la investigación con células madre en la actualidad es tan activa y productiva que una posible aplicación para la Ataxia de Friedreich está en alza cada vez más.

Todos los antedichos acercamientos terapéuticos deben probarse en los modelos animales de la enfermedad antes de ser propuestos para uso clínico. De ahí, la importancia de generar modelos animales apropiados. Éstos no sólo son esenciales para este propósito, sino también para el fin, más general, de estudiar la patogénesis del desorden y la función de la frataxina. La letalidad embrionaria de los ratones totalmente carentes de frataxina, ha impuesto generar modelos diferentes. La condicional técnica knock-out que sólo lleva a la supresión del gen de la frataxina en un momento preciso y en tejidos específicos, ha permitido desarrollar ratones modelo para la cardiomiopatía y para la neurodegeneración causadas por la deficiencia de frataxina. Estos modelos son claramente útiles para evaluar productos farmacológicos, terapias génica y proteica, y acercamientos con células madre.

Un modelo de ratón knock-out en el cual se ha introducido una expansión GAA en el endógeno gen de la frataxina, expresa aproximadamente el 25 por ciento de los niveles de frataxina natural. Esta cantidad es suficiente para prevenir el desarrollo de señales clínicas y síntomas durante la vida del ratón. Sin embargo, a través de la expresión del gen que perfila los métodos, en estos ratones se halló que tienen una compleja respuesta homeostática compensatoria a la deficiencia de frataxina, la cual está proporcionando datos importantes en la patogénesis. Además, este modelo puede utilizarse para evaluar compuestos farmacológicos que actúen sobre las repeticiones GAA como las poliamidas de pirrol-imidazol.

Otros modelos de ratón trasgénico, actualmente en desarrollo, utilizan la pequeña técnica inhibitoria ARN para disminuir ampliamente los niveles de frataxina. Son diseñado modelos ARNsi de tal manera que permitan al experimentador variar a voluntad los niveles de frataxina, y, por consiguiente, evaluar cuán reversible es el daño inducido por la deficiencia en dicha proteína.

Para aprovechar estas nuevas posibilidades terapéuticas ofrecidas por la investigación básica, necesitamos diseñar protocolos clínicos rigurosos para evaluar a los pacientes de Ataxia de Friedreich en los ensayos clínicos. Hay, en particular, una necesidad de una fiable y reproducible escala clínica de valoración que pueda ser utilizada por los investigadores en los diferentes centros. Esto es muy importante, porque la escasa prevalencia de la Ataxia de Friedreich hace necesario utilizar multicentros para emprender ensayos clínicos reclutando un número suficiente de pacientes para obtener resultados significativos.

Una escala clínica validada apropiadamente será parte de un protocolo mayor, que también incluirá instrumentos para evaluar calidad de vida, capacidades funcionales, y algunos biomarcadores. Éstos son marcadores directos de la patología subyacente en la enfermedad. Los biomarcadores pueden incluir imágenes cuantitativas, así como datos bioquímicos y parámetros neurofisiológicos. En esto se considera, espectroscopia por resonancia magnética y marcadores del daño oxidativo en sangre y orina, que ya se han utilizado en estudios piloto y han mostrado su utilidad potencial. Otras técnicas, como imágenes de tensor de difusión, potenciales evocados, algunos reflejos como el del parpadeo, son prometedores y necesitan ser investigadas.

En conclusión, nuestro conocimiento actual sobre la etiología y patogénesis de la Ataxia de Friedreich, obtenido gracias al descubrimiento del gen en 1996, junto con el reciente progreso espectacular en farmacología y en biología molecular y celular, permiten ahora encarar un gran proyecto para desarrollar y evaluar tratamientos para la Ataxia de Friedreich. Tal proyecto, si resultara exitoso, también tendría impacto, tanto en avances científicos como en modelos de organización, en otros desordenes neurodegenerativos raros o menos raros. No obstante, para tener oportunidades reales de éxito, es necesario un mayor esfuerzo para reunir las diferentes competencias científicas y clínicas y obtener el apoyo material suficiente.

Actualmente, un buen número de excelentes equipos de investigación está involucrado en la investigación básica y clínica en Ataxia de Friedreich, muchos en Europa y cada vez más en América y en Australia. Cada uno de estos grupo puede aportar su propia contribución original, la cual será potencialmente importante para el resultado final. Si fuéramos capaces de estimular a los grupos de investigación en áreas como la farmacología experimental, bioquímica de los ácidos nucleicos, bioquímica proteica, biología celular... unir este proyecto... las posibilidades tocantes a una terapia para la Ataxia de Friedreich se harían más reales.

Mayo del 2005.

Prof.. Massimo Pandolfo.
Service de Neurologie.
Université Libre de Bruxelles - Hôpital Erasme.
Brussels, Belgium,