9- DESARROLLOS MÉDICO-CIENTÍFICOS EN ATAXIA DE FRIEDREICH. Por Michael Koening. COPYRIGT Euroataxias, (enero de 1998). (Traducción Antonio Salinero).

1996 puede haber sido el año del despegue en la investigación de la Ataxia de Friedreich, pero los desarrollos que se están realizando en 1997 prometen ser aún más excitantes. Con el descubrimiento del defecto molecular en Ataxia de Friedreich ahora tenemos herramientas para comprender por qué se desarrolla la enfermedad y esto da alguna esperanza para encontrar terapias en el futuro.

Nos llevó 8 años encontrar el gen responsable de la Ataxia de Friedreich en colaboración con el grupo de Massimo Pandolfo. Los genes están hechos de ADN , son el sustrato de la información hereditaria y codifican las proteínas. Pero no todas las partes del gen hacen esta función; hay también secuencias no codificantes (intrones) entre las partes codificantes (exones). Lo que encontramos hace un año fue que el gen de la Ataxia de Friedreich es un pequeño gen compuesto por cinco exones. Había alguna controversia de si el gen de la FRDA es realmente tan pequeño. Algunos eran de la opinión de que el gen próximo, más grande, llamado STM7 formaba parte también del gen de la FRDA. Ahora se ha resuelto la controversia, por la demostración de que el gen de la Ataxia de Friedreich y el STM7 son realmente distintos.

La principal mutación en la Ataxia de Friedreich: ¿Qué es lo que está equivocado en los genes de los pacientes de Ataxia de Friedreich?. Casi todos los pacientes tienen una secuencia anormalmente larga en el primer intrón de sus dos genes. Esta secuencia es una repetición de tres letras: GAA. Los individuos normales tienen de 7 a 30 repeticiones. Los pacientes pueden tener de ¡100 a 1.300 repeticiones!. La mayoría de las ataxias dominantes están causadas por repeticiones anormalmente largas en los genes. Pero estas repeticiones son más pequeñas, tienen siempre el triplete CAG y siempre ocurren en la parte codificante del gen (el exón). Esto causa que la proteína codificada contenga una expansión de glutamina (llamada expansión de poliglutamina) que es tóxica para algunas células neuronales. En la Ataxia de Friedreiich, la expansión por repetición está en la parte no codificante del gen. Por tanto la proteína derivada, bautizada como frataxina, no resultará alargada pero sí dramaticamente reducida en cantidad. Hay una correlación entre el número de repeticiones y la cantidad de frataxina residual y por tanto de la severidad de la enfermedad. Los pacientes que tienen solamente de 100 a 400 repeticiones del triplete GAA comenzarán su enfermedad más tarde y resultarán menos afectados. Con la identificación de la principal mutación, ahora es posible la determinación de portadores. Sin embargo, la frecuencia de portadores en la población europea es baja (1/100), aunque no despreciable. Ahora podemos investigar a los parientes de los afectados y sus esposas y conocer exactamente el riesgo de tener hijos afectados.

El origen de la mutación: En la mayoría de los casos los padres portan la mutación de la expansión del triplete GAA en uno de sus cromosomas. En raros casos, los padres de un niño afectado tienen un número de repeticiones que no causa la enfermedad. A esto se le llama premutación: la secuencia es demasiado grande para ser normal y estable, pero demasiado pequeña para causar la enfermedad. Las expansiones grandes derivan de estas premutaciones, ocurridas en la mayoría de los casos varias generaciones antes. Adicionalmente, las premutaciones provienen de repeticiones situadas en el borde superior de los alelos normales (llamados alelos normales "grandes") y este proceso sigue siendo lento. Hemos encontrado que los individuos que portan un alelo normal "grande" descienden de un único ancestro que vivió hace varios miles de años y en el que se produjo por primera vez la mutación de alelo normal "pequeño" a alelo normal "grande". Este ancestro era una persona de origen caucasiano (indoeuropeo) debido a que ni la Ataxia de Friedreich ni los alelos normales "grandes" se encuentran en el lejano este asiático, por ejemplo.

Lugar de expansión del gen de la Ataxia de Friedreich: Como se ha dicho antes, la Ataxia de Friedreich está causada por la ausencia o reducción dramática de frataxina. Para comprender cómo esta ausencia causa la enfermedad, hay que comprender su función. Para esto, analizaremos primero dónde (en qué tejido) se expresa el gen de la frataxina. En los humanos, el gen de la frataxina se expresa en el corazón, hígado, músculos y páncreas, pero no en el cerebro. Se realizó un análisis más preciso en tejidos de ratones, por razones de disponibilidad de tejido, pero conociendo que hay alguna diferencia entre los tejidos humanos y los de los ratones. Se ha visto que en el sistema nervioso hay una expresión prominente en las raíces dorsales de los ganglios de la médula espinal. Esto explica no solamente la masiva neurodegeneración que se ha visto en las raíces dorsales de los ganglios sino también la que se produce en las columnas posteriores de la médula espinal y de los nervios periféricos de los pacientes de FRDA, ya que estas estructuras contienen los axones (conductores neuronales) de las neuronas localizadas en las raíces dorsales de los ganglios. Otras estructuras neuronales que se sabe que están afectadas en la ataxia de Friedreich, tal como los tractos piramidal y espinocerebelar de la médula espinal no expresan el gen de la frataxina a un nivel detectable por nuestra técnica. Esto puede indicar diferencias entre los tejidos humanos y de ratón o el hecho de que la degeneración de estas estructuras es un evento secundario. Encontramos también expresión en las neuronas de la capa granular del cerebelo, lo que puede explicar parte de los síntomas cerebelares. La expresión tan alta en el corazón explica la cardiomiopatía hipertrófica. Hemos encontrado también expresión en varios tejidos de los que no se conoce que estén afectados en la Ataxia de Friedreich, tal como hígado, músculos, timo y en la grasa marrón (capa de los recién nacidos). Esto indica que la frataxina tiene una función más amplia que la sugerida por los lugares en que se localiza la enfermedad. Una posible explicación a esta discrepancia es que solamente los tejidos que contienen células no susceptibles de dividirse, tal como las neuronas y los cardiocitos (células del corazón), expresarán la enfermedad ya que estas células no serán reemplazadas cuando mueren.

Función de la frataxina: ¿Qué está haciendo la frataxina en todo este tipo de células?. Primero, la frataxina es una pequeña proteína de 210 aminoácidos (los bloques con los que se construyen las proteínas), que existe también en muchos organismos vivos tal como el "round worm", la levadura de panadero y también en algunas bacterias, lo que indicaría una función muy vieja para esta proteína. Segundo, la frataxina está presente en las estructuras subcelulares llamadas mitocondrias, que son la planta de energía de las células. Nosotros desarrollamos anticuerpos contra la frataxina, como una herramienta para detectar esta proteína. Usando estos anticuerpos, hemos encontrado que la frataxina está asociada con las membranas mitocondriales (la envoltura de la mitocondria). Se obtuvo una primera pista de la función de la frataxina analizando la contraparte de la levadura de panadero, o más exactamente, la parte mutante de la frataxina homóloga (trabajo de los grupos de J. Kaplan (Salt Lake city), F. Foury (Louvain la Neuve) y R. Wilson (Philadelphia). La levadura mutante tiene una enfermedad mitocondrial causada por una dramática acumulación de hierro en la mitocondria. Se conocían, pero se pasaron por alto, depósitos de hierro granular en los tejidos del corazón de los pacientes de Ataxia de Friedreich.

Papel del hierro en la mitocondria: Como se ha dicho más arriba, la mitocondria es la planta de energía de las células. Genera el combustible universal de las células vivas, una molécula llamada ATP. Esquemáticamente, esto se logra por el transporte de electrones, provistos por los alimentos tal como el azúcar y los lípidos, bajo un gradiente electroquímico a lo largo de la membrana mitocondrial hasta el oxígeno para producir agua. Las proteínas complejas que posibilitan el transporte de electrones contienen el hierro necesario para esta función. Sin embargo, un exceso de hierro es dañino para la mitocondria, ya que los electrones escaparán del complejo proteínico demasiado pronto y oxidarán el oxígeno a una forma tóxica (los llamados radicales libres, tal como el ión superóxido: O₂). También, el hierro en exceso convertirá los iones superóxido en una forma aún más tóxica llamada radical hidróxilo (OH), que causará un daño irreversible. El grupo de A. Röting y p. Rustin (del Hospital Necker de París) ha encontrado que en biopsias de corazón de pacientes de Ataxia de Friedreich, enzimas conteniendo hierro, tal como las que intervienen en los complejos de transporte de electrones, son parcial o totalmente inactivadas, presumiblemente por un exceso de iones superóxido a los cuales son muy sensibles. Todo esto aporta puntos de tensión oxidativa (producción de radicales libres) que se ha revelado como el mecanismo de la enfermedad.

Similitudes con otras enfermedades neurodegenerativas: Otras enfermedades neurodegenerativas, la forma familiar de ELA (Esclerosis Lateral Amiotrófica), son causadas por la mutación de la superóxido-dismutasa, la enzima responsable de la inactivación de los iones superóxido. Esto sugiere otra vez un mecanismo neurodegenerativo por tensión oxidativa. Más parecida a la Ataxia de Friedreich es la ataxia debida a la deficiencia de vitamina E (AVED) que a menudo es clínicamente confundida con la FRDA. El papel mejor conocido de la vitamina E es como antioxidante de la membrana, actuando por la inactivación de los radicales libres. Se ha visto que la similitud clínica de la FRDA y AVED está causada, respectivamente, por un exceso de producción de radicales libres y por una reducción de la inactivación de radicales libres. No sabemos cómo la falta de frataxina causa acumulación de hierro en la levadura ­y presumiblemente también en los pacientes, aunque probablemente en menor medida- ya que nuestro conocimiento es pequeño todavía acerca de la pérdida y ganancia de hierro mitocondrial. Este hecho es el centro de nuestro trabajo presente.

Perspectivas de tratamiento: ¿Podría desarrollarse un tratamiento para eliminar el hierro de la mitocondria?. Una posibilidad apuntada por los doctores J. Kaplan y M. Pandolfo es el uso de quelatos de hierro para desplazar el hierro fuera de la mitocondria. Sin embargo tanto la levadura mutante como los estudios de las biopsias de corazón de los pacientes sugieren que el citoplasma (el medio en el que flota la mitocondria) tiene el hierro agotado. Está también por ver si los quelatos de hierro tendrán efectos beneficiosos sobre el hierro mitocondrial y no agravarán el agotamiento del hierro citoplasmático y causará una deficiencia general de hierro. Una aproximación alternativa estaría en la detoxificación de los radicales libres con moléculas antioxidantes, de las cuales existen muchas. Quizá sea útil una combinación entre estas dos aproximaciones. Dada la diversidad de posibilidad de posibles protocolos terapéuticos sería extremadamente valioso tener un animal modelo de Ataxia de Friedreich, en orden a ensayar rápidamente cada aproximación, con la mayor eficiencia y el mínimo de efectos secundarios. Un modelo de ratón así está siendo elaborado en nuestro laboratorio actualmente.