2- LAS ATAXIAS ESPINOCEREBELARES ALTAMENTE HETEROGÉNEAS: DE LOS GENES A OBJETIVOS DE INTERVENCIÓN TERAPÉUTICA. Por el Dr. Antoni Matilla (Institute of Child Health, University Collegeel, Londres, Reino Unido). (Boletín Nº 224 de Euro-Ataxia).

Las ataxias espinocerebelares (SCAs), también conocidas como ataxias cerebelares autosómicas dominantes (ADCAs), comprenden un grupo muy heterogéneo de desórdenes neurodegenerativos hereditarios consistiendo principalmente en dificultades progresivas de motor, como ataxia y pérdidas de equilibrio y coordinación resultantes de la degeneración progresiva de las células de Purkinje en el cerebelo y neuronas del tronco del cerebro. La edad de inicio de los síntomas clínicos normalmente está dentro de la tercera o cuarta década de vida y no hay, todavía, desgraciadamente, ninguna terapia eficaz para las SCAs.

Debido a la alta heterogeneidad y a los síntomas clínicos solapados, la clasificación de las ataxias hereditarios no ha sido fácil. Tradicionalmente, las diferentes ADCAs han sido incluidas en tres grupos distinos basados en los signos asociados. ADCA I presentando atrofia óptica, oftalmoplegía con parálisis de los músculos oculares con signos piramidales y extrapiramidales, deterioro cognoscitivo o neuropatía periférica; ADCA II, caracterizado por la degeneración en la retina; y ADCA III, con ausencia de signos asociados. La identificación de los genes responsables para la degeneraciónes cerebelares dominantemente heredadas usando estudios moleculares ha proporcionado una nueva clasificación basada en el genotipo y mecanismos patogénicos (Tabla 1). En unos subtipos de SCA el defecto molecular consiste en una expansión del poliglutamina en la proteína de la enfermedad que se produce como resultado una expansión inestable de repetición CAG localizada dentro de la región codificante del gen de la enfermedad. Éste es el caso del SCAs 1, 2, 3/enfermedad de Machado-Joseph, 6, 7, 17 y DRPLA (SCAs de tipo 1). En un segundo grupo de SCAs, están incluidas SCAs 8, 10 y 12 (SCAs de tipo 2), la mutación consiste en una repetición de expansión localizada fuera de la región codificante del gen de la enfermedad. En un tercer grupo incluyendo dos nuevos SCAs recientemente descritas (SCAs de tipo 3), el defecto genético no consiste en una expansión genética de una inestable repetición en el ADN. Aparecen alteraciones en la composición del aminoácido desregulando la función de la proteína que causa la ataxia cerebelar en estos tipos de SCAs. En el resto del SCAs (SCAs 4, 5, 9, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 y 22), el gen y, por consiguiente, la mutación ha sido identificada y caracterizada. Encontrar los genes asociados con las SCAs y, más importante, entender los mecanismos moleculares por los que la mutación lleva a los síntomas de la enfermedad deben permitirnos descubrir los blancos potenciales para la intervención terapéutica.

Durante la última década se ha dedicado mucho esfuerzo a la investigación de los mecanismos patogénicos que subyacen bajo de los diferentes subtipos de SCA. La mayoría del trabajo se ha hecho predominantemente en SCA1, SCA3, SCA7 y DRPLA causadas por expansiones de poliglutamina en las proteínas de la enfermedad. Los estudios en células en cultivo, en vertebrados y modelos de ratón han revelado que la enfermedad en estos tipos de SCAs probablemente resultado de los efectos tóxicos causados por la mutación en las proteínas de la enfermedad. Estos estudios también han proporcionado evidencia que apoya ese plegado de la proteína, mislocalización subcelular, las alteraciones en la solubilidad de la proteína, la agregación y liquidación son defectos fundamentales conferidos por la expansión de poliglutamina en la ataxina mutada. Muy importante, la identificación de numerosas proteínas ataxina-entrelazadas permite una buen entendimiento de las vías celulares vulnerables a los deterioros tóxicos ejercidos por la poliglutamina expandida. De estos estudios sabemos que la perturbación de las vías por las cuales las ataxinas ejercen su función parece ser el defecto celular causativo primario que activa el trastorno neuronal en SCAs. Además, también obtenemos evidencia que indica que vías celulares comúnes son responsables para los diferentes tipos de SCAs. El desafío es ahora determinar cómo estas respuestas cuentan para la manifestación clínica de la enfermedad, y finalmente, cómo este conocimiento puede facilitar el desarrollo de medicamentos terapéuticos.

Sabemos ahora que varias vías celulares son susceptibles de ser dirigido a ellas el tratamiento terapéutico. Puesto que la expansión de poliglutamina confiere nuevo rasgos conformacionales a la proteína de la enfermedad, no es inesperado que el sistema de chaperona esté involucrado en la respuesta celular a la patología en esos SCAs causados por poliglutaminas expandidas. Las chaperonas comprenden un grupo de enzimas conservadas cuyos papeles incluyen facilitación de que la proteína se pliegue en vivo. En particular, chaperonas HSP40 y HSP70 [HSP: heat shock proteins] se han encontrado en los agregados con ataxina-1 mutada o ataxina-3 en ratones y moscas. Porque la sobreexpresión de HSP70 disminuye la toxicidad celular en varios modelos animales, agentes que refuerzan la expresión de HSP, son candidatos potenciales prometedores como agentes terapéuticos. De hecho, varias chaperonas químicas como DMSO, glycerol y N-óxido de trimethylamine (TMAO) son conocidas por prevenir la agregación y toxicidad de la célula inducidas por una forma mutada truncada de ataxina-3. Más recientemente, la atención ha sido enfocada en el cribado drogas que previenen agregación de proteínas con poliglutaminas expandidas. Ciertos peptidos y químicos como "Congo red", thioflavine S, chrysamine G y "Direct fast yellow" pueden inhibir la agregación de proteínas conteniendo tractos de poliglutamina expandida. Todos estos compuestos tienen la afinidad por estructuras tipo "amyloid ß-sheet", estructura detectada en el cerebro de pacientes con la enfermedad de Alzheimer, y, por consiguiente, podría ser probada para prevenir la formación de agregados en esos tipos de SCAs causados por las expansiones de poliglutamina.

Las anomalías de la proteína despeje por la vía de la ubiquitina/proteasoma (UPP) juega un papel en la respuesta celular a la poliglutamina expandida en SCAs. Han sido hallados ubiquitina y proteasoma, componentes asociados con agregados que contienen ataxinas mutadas o fragmentos de ellos, en los dos modelos de la enfermedad y los tejidos de pacientes, sugiriendo que mientras las neuronas intentan la degradación de proteínas mutadas por el UPP, la expansión del poliglutamina confiere la resistencia probablemente a la proteasomal degradación. Por consiguiente, los químicos que regulan la vía UPP, por ejemplo reforzando degradación proteasomal de proteínas mutadas, podrían ser potencialmente eficaces disminuyendo la agregación y, por consiguiente, previniendo la toxicidad celular y podrían usarse potencialmente en las estrategias terapéuticas. Por un mecanismo diferente, división de algunas ataxinas, incluido ataxina-3 en SCA3, por caspasas, un grupo de proteasas potente, puede activar vías específicas de lesión celular en las neuronas. Por consiguiente, la inhibición con los químicos como el zVAD-fmk, CrmA, FADD DN y minocycline podrían ser objetivos para prevenir la progresión de la enfermedad.

La reciente evidencia ha mostrado que esa desregulacion transcriptional es un evento relevante en la patogénesis de neurodegeneracion poliglutamina-inducida en SCAs y un blanco temprano de toxicidad de poliglutamina. En apoyo de esta visión, las expansiones de poliglutamina en general la transcripción iniciación factor TATA-binding protein (TBP) es responsable para SCA17. Además, varios factores nucleares implicados en la transcripción del gen incluso la proteína nuclear "leucine-rich acidic (LANP), the Drosophila eyes-absent protein, TAFII130, mSin3A, the cone-rod homeobox protein (CRX), CREB-binding protein (CBP), p300 and PQBP-1" han sido identificadas basándose en sus interacciones con algunas ataxinas. La interacción con la poliglutamina expandida parece oponerse a o alterar la función de tales factores nucleares que se vuelven perjudiciales así en la transcripción en las neuronas. Con tal interferencia directa y específica de transcripción por la poliglutamina expandida en las ataxinas y las consecuencias indirectas en las alteraciones en la expresión del gen, es factible desarrollar medicamentos que alivien los efectos negativos de expansiones del glutamina en las vías específicas de expresión del gen. Así, el cribado genético para evitar la toxicidad en las moscas modelo de SCA1 ha identificado varios cofactores transcriptionales como modificadores de toxicidad de poliglutamina, incluidos dCtBP, dSir2, Rpd3, Sin3A y ter94. Recientes resultados mostrando que las alteraciones de transcripción del gen son causadas por los efectos indeseables de la expansión de poliglutamina han animado el uso del ácido químico "suberoylanilide hidroxamic (SAHA)" en los ensayos preclínicos. Estos estudios han mostrado que la incorporación del químico de grupos de acetil dentro de los histonas, un grupo de proteínas que ligan ADN para formar la cromatina de la célula, por un grupo particular de enzimas conocido como histonas acetilasas, reduce la toxicidad y mejora los déficits de motor causados por la poliglutamina expandida en las moscas y ratones. Mientras estos resultados alentadores sugieren que la restauración de los niveles de acetilacion en las histonas con drogas que inhiben la desacetilacion de la histona (HDAC) podría demostrar eficacia en algunas formas de ataxia espinocerebelar, aparece que estas drogas interfieren con las acciones diversas en la supervivencia celular, proliferación, diferenciación y apoptosis afectando la expresión del gen. Por consiguiente, para prevenir los efectos no deseables en la transcripción del gen por los inhibidores HDAC, agentes específicos y eficaces que inhiben la desacetilacion en la cromatina selectiva (véase anteriormente) deben desarrollarse las regiones antes de proceder a los ensayos clínicos.

La complicación de vías calcio-dependientes en los mecanismos patogénicos de algunas SCAs es apoyada por varias observaciones. En SCA1, algunos genes neuronales están involucrados en la regulación de los niveles de calcio son desregulados en los ratones modelo y tejidos cerebrales de pacientes afectados. En SCA6, las mutaciones se encuentran en canal del calcio alfa 1Avoltage-dependiente asociado con la enfermedad. Muy importante, el descubrimiento que el ataxia tambaleante en los ratones es causada por las mutaciones en el gen SCA6 permitió comparar las propiedades electrofisiologicas del tipo y los cauces mutados. Estos experimentos demostraron que las mutaciones son responsables para fenotipos neuropáticos de reducción en la densidad actual y las alteraciones en función del cauce que finalmente lleva a la muerte neuronal y atrofia cerebelar. Por consiguiente, previniendo la perturbación del calcio intracelular que señala las vías es un posible blanco de intervención terapéutica.

Hasta ahora, he explicado los mecanismos moleculares involucrados en las SCAs dónde la expansión de poliglutamina es el efecto causativo primario de neurodegeneracion puesto que han sido objeto de investigación intensiva. Sin embargo, en la mayoría del SCAs, los mecanismos patogénicos permanecen desconocidos porque o el gen de la enfermedad permanece sin ser identificado o porque la mutación no consiste en una expansión de poliglutamina en la proteína de la enfermedad. En SCA8, el propio gen de SCA8 no está traducido en proteína, pero parece solapar con la transcripción y sitios de salida de traducción y la primera unión del empalme KLHL1, un gen que codifica una proteína con similitudes estructurales a una familia de factores involucrada en la organización del citoesqueleto que es la red de filamentos de la proteína en el citoplasma en el cargo de proporcionar forma y coherencia a las células. Aunque el modo de patogénesis en SCA8 permanece incierto, se ha supuesto que SCA8 normalmente regula expresión de KLHL1 al nivel de ARN. Por consiguiente, la abolición de expresión KLHL1 por repetición de expansión desorganizaría el esqueleto celular en las células del cerebro afectado. Si éste es el caso, la modulación de actividad de KLHL1 podría ser de beneficio terapéutico.

Una expansión intrónica de repetición muy inestable de pentanucleótido, ATTCT, dentro de E46L, un nuevo gen de función desconocida, es responsable para SCA10, una poco frecuente forma de SCA encontrada en algunas familias de origen hispano-mexicano. Aunque los mecanismos patogénicos en SCA10 son desconocidos, parece creíble que la expansión de repetición podría afectar la expresión del gen SCA10 en un modo similar al efecto de la repetición en el ataxia de Friedreich. La elucidación de la función de E46L debe proporcionar visiones en los mecanismos patogénicos de la repetición en SCA10.

Una repetición CAG localizada en la región reguladora del gen de PPP2R2B que pone en código una subunidad reguladora de la proteína fosfatasa 2A (PP2A) ha sido asociada con SCA12. La proteína fosfatasa 2 ha sido implicada en la regulación de muchos procesos celulares incluso el crecimiento celular y diferenciación, repetición de ADN, morfogénesis celular y apoptosis. Parece creíble que las alteraciones en la expresión de PPP2R2B por la mutación de SCA12 pudieran cambiar la preferencia del substrato a su vez para PP2A, con consecuencias potencialmente letales. De interés particular es buscar si PP2A está implicado en la enfermedad de Alzheimer y podría jugar un papel del patogénico en SCA1, proporcionando la evidencia de que vías celulares comunes y mecanismos patogénicos similares podrían subyacer en la degeneración en varias subformas de SCA. Una mejor comprensión de las vías celulares por las que PP2A ejerce su función deben llevar a encontrar blancos terapéuticos en algunas formas de ataxia cerebelar.

La reciente elucidación de los defectos moleculares en dos nuevas formas de SCA proporcionan evidencia alternativa de los mecanismos de trastorno neuronal y degeneración cerebelar. Las alteraciones en la estabilidad de la proteína de fibroblasto factor de crecimiento14 (FGF14) subyacen bajo neurodegeneración del cerebelo y ganglios basales involucrandose en una nueva forma no episódica de SCA. En otro tipo de SCA, cambios en la composición del aminoácido de kinasa de la proteína C gamma (gamma PKC), una enzima que regula la muerte celular a través de varios mecanismos, abrogando o el "cinc-binding o el phorbol ester-binding", capacidades de la proteína parecen ser responsables para la ataxia cerebelar. Interesantemente, el estudio immunohistoquímico en el tejido cerebelar de un miembro afectado ha demostrado el teñido reducido para PKC y ataxina-1 en las células cerebelares de Purkinje que son las células degeneradas en SCAs responsables para la ataxia y déficits motores. Estos resultados sugieren que puede haber una vía común para la gamma PKC - y neurodegeneración poliglutamina apoyando que vías comunes son responsables para la neurodegeneración en diferentes subtipos de SCA. Estos resultados son muy relevantes para entender los mecanismos celulares subyacentes de la ataxia cerebelar.

En 10 años, desde que se identificó el primer gen asociado con ataxia espinocerebelar, nuestros esfuerzos se han dedicado a descubrir nuevos genes de SCA. Caracterizar nuevas mutaciones e investigar la base molecular de la enfermedad ha proporcionado adelantos enormes en nuestra comprensión de los eventos moleculares complejos que llevan a la degeneración neuronal en las ataxias espinocerebelares. Sin embargo, todavía necesita ser hecho mucho trabajo. Nosotros, como investigadores, debemos enfocar nuestras metas ahora para determinar un predominio exacto de SCAs en Europa para mejorar los estudios de esas formas de SCA que son menos frecuentes y, por consiguiente, menos caracterizadas. También debemos encontrar los genes que siguen sin ser identificados y generar más modelos animales de SCA que pueden usarse para la caracterización de nuevas ataxinas y evaluar los efectos de las mutaciones en sus modos de acción. Pero lo más importante, debemos intensificar nuestros esfuerzos para diseñar estrategias terapéuticas eficaces. Estudios apuntados a entender los efectos de las mutaciones en la función de las ataxinas y descifrar las vías celulares correspondientes implicadas facilitarán la identificación de blancos moleculares por la intervención terapéutica. La traducción de los resultados de estos estudios en los ensayos preclínicos y clínicos debe traer tal importante meta de encontrar el tratamiento eficaz para los pacientes de SCA.



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