40- ACTUALIZACIÓN EN SCA3 O ENFERMEDAD MACHADO-JOSEPH. Por el Dr. Henrio Paulson, MD, PhD. (Publicado en Generations/NAF - Fall/2004). Traducción al portugués de Mateus Caetano Mafra y al español de Miguel-A. Cibrián.

El Dr. Paulson recibió su diploma médico (MD) por laYale University School of Medicine y su PhD en biología celular también por la misma Universidad. Realizó su postgrado en Neurología en la Universidad de Pennsylvania. Actualmente trabaja como profesor adjunto en la University of Iowa College of Medicina. Desde que comenzó su trabajo en la SCA3/MJD en 1996, el laboratorio del Dr. Paulson ha publicado numerosos estudios sobre esta enfermedad. El Dr Paulson es miembro del Medical Researcch Advisory Board de la National Ataxia Fuondation, NAF, recibiendo recursos de la NAF para su investigación en SCA3.

Continúa su ponencia en la Reunión General Anual 2004 de la NAF:

Notas del traductor sobre abreviaturas:
SCA3/MJD = Ataxia Espinocerebelar tipo 3 o Enfermedad Machado-Joseph.
SCA3 = Se utiliza tanto para referirse a la enfermedad como para aludir al gen afectado en este desorden.
ADN = Ácido Desoxirribonucleico. El ADN es la "copia maestra" de la información genética, que permanece en "reserva" dentro del núcleo.
CAG = Repetición de triplete de las bases Citosina-Adeninina-Guanina
ARN = ARN corresponde a las siglas de ácido ribonucleico. El ARN es la "copia de trabajo" de la información genética.
ARNm = 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.
ARNi = interferencia ARN para silenciación del gen alterado eliminando su ARN mensajero.

El pasado, fue un buen año para este tipo de ataxia. Ésta puede ser la más frecuente de las ataxias hereditarias dominantes. En el año pasado, la deficiencia protéica causante de este desorden, la ataxina-3, fue ampliamente estudiada por muchos grupos, y descubierta como una proteína de ligación ubiquitina y una proteasa ubiquitina. Daré, más adelante, más explicaciones sobre estos términos... por ahora es suficiente decir que proveen pistas con respecto a la función normal de esta proteína y cómo actúa inadecuadamente en la enfermedad. Por otra parte, durante el año pasado los científicos consiguieron silenciar la expresión del gen SCA3, así como de genes causantes de otras enfermedades.

Primero, una pequeña revisión:

Como muchas de las formas de ataxias hereditarias dominantes, la SCA3/MJD causa problemas graduales de equilibrio y coordinación, con frecuencia acompañadas de dificultades en movimientos oculares, deglución, y habla. En SCA3/MJD algunos afectados también incluso desarrollan neuropatía o síntomas parkinsonianos. Los síntomas exactos sentidos por alguien pueden variar incluso dentro de una misma familia. La SCA3/MJD muestra enorme variación clínica de síntomas, quizás más aún que cualquier otro tipo de ataxia.

La SCA3/MJD es uno de los nueve posibles desordenes neurodegenerativos causados por una mutación similar: una expansión en el ADN de una repetición CAG. En las nueve enfermedades, esta repetición CAG codifica la producción del aminoácido glutamina, uno de los bloques que componen las proteínas. Siendo así, la proteína causante de la enfermedad en SCA3/MJD (y también en las SCA's 1, 2, 6, 7, y 17) tiene una secuencia anormalmente larga de glutaminas repetidas. Estos alargamientos de glutamina se conocen como poliglutaminas. Esto explica el porqué la SCA3/MJD, y enfermedades similares, con frecuencia son llamadas enfermedades poliglutamínicas.

Como en muchas de las SCA's, la proteína deficiente en SCA3/MJD es llamada "ataxina". En este caso se conoce como ataxina-3: para no confundirse, por ejemplo, con la ataxina-1, o con la ataxin-2, las proteínas deficientes en las SCA1 y SCA2, respectivamente. A pesar de llevar nombres similares, las diferentes formas de ataxina difieren completamente entre sí, salvo que todas normalmente tienen un alargamiento poliglutamínico, que en la enfermedad se expande anormalmente.

Ataxina-3 y el control protéico de calidad:

En la SCA3/MJD, quizás lo más importante hallado por la investigación en el pasado año fue que la ataxina-3 estaba relacionada con el mecanismo celular de control protéico. ¿Qué significa eso? ¿Y por qué es tan importante?.

Todas las células, incluyendo las cerebrales, llamadas neuronas, tienen un "equipo de detalle de trabajo interno": un grupo de proteínas que trabajan unidas para reconocer proteínas anormales, pasarlas al formato correcto, y , si fuera necesario, eliminarlas de la célula. Mientras el ser humano podría tolerar una cocina sin limpiar por cierto período de tiempo (¡vamos a dejar estos platos apilados en el fregadero!), la célula no se comporta así. Cuando se acumulan las proteínas anormales, puede interrumpirse el funcionamiento celular. Cuando la función celular se deteriora, pueden suceder cosas negativas: si la célula es una neurona, por ejemplo, puede para fallar enviando o recibiendo las señales correctas de las células vecinas, enfermar y hasta morir. En la SCA3/MJD y en muchas otras enfermedades neurodegenerativas, conjuntos agregados de proteína deficiente, llamados inclusiones, se desenvuelven: señal de que alguna cosa va mal respecto al control protéico de calidad. Cuando las neuronas sufren acumulación de proteína anormal, eventualmente enferman y mueren.

¿Cómo elimina una célula las proteínas mal duplicadas? Para una proteína ser reconocida como anormal y, a continuación, degradada por la célula, es adicionada a la proteína una etiqueta protéica llamada ubiquitina. De hecho, lo que se agrega a la proteína es una cadena de ubiquitinas. La ubiquitina es una proteína muy pequeña, menor que las proteínas corrientes. Una vez que la proteína es etiquetada como cadena de ubiquitinas, es revisada por el mecanismo del control de calidad como "lista", y enviada para su destrucción.

Las proteínas con cadenas de ubiquitinas agregadas (es decir, "ubiquitinadas"), son enviadas a un gran complejo de degradación protéica, llamado proteasoma. Una vez entregadas al proteasoma, las proteínas con ubiquitina tienen cierto destino: el proteasoma las hace pequeñas trizas, que pueden ser recicladas por la célula para generar nuevas proteínas. Algunos científicos, por su forma de cortar las proteínas, comparan al proteasoma con un triturador de madera: Salen por el otro extremo en pedazos moleculares equivalentes a serrín, que la célula puede reutilizar después fácilmente.

Como puede imaginarse, la adición de ubiquitinas a las proteínas es importante, y altamente regulada por el control protéico de calidad. De la misma manera, las proteínas que quitan las cadenas de los ubiquitinas de otras proteínas también son importantes. De hecho, el mecanismo ubiquitina-proteasoma es un sistema intrínseco muy complicado ligado a otras maneras de control de calidad en la célula. La célula necesita trabajar de forma constante para renovarse continuamente. Por ejemplo, en vez de ser cortadas en pedazos por el proteasoma, las cadenas de ubiquitinas son removidas de las proteínas destinadas a la destrucción y reutilizadas para más ciclos del sistema ubiquitina-proteasoma.

¿Qué hace la ataxina-3 con respecto al sistema ubiquitina-proteasoma? Bien, ahora los científicos han descubierto que la ataxina-3 es una proteína ubiquitina de ligación. O sea, liga a las proteínas ubiquitinas anexadas a las demás proteínas. Además, la ataxina-3 parece ser una enzima que quita ubiquitinas de otras proteínas, como un específico proteasa para las ubiquitinas. Sorprendentemente, la ataxina-3 también parece ligarse al propio proteasoma. Estos descubrimientos indican que la ataxina-3 participa normalmente del sistema ubiquitina.

Muchos laboratorios han estado trabajando para descubrir cómo las características del sistema ubiquitinas influye en los mecanismos de la enfermedad. Este nuevo conocimiento es particularmente importante, porque refuerza la idea de que el sistema ubiquitina-proteasoma de reciclaje es bloqueado en las enfermedades poliglutamínicas y en otras enfermedades neurodegenerativas. Está claro que las proteínas causantes de estas enfermedades tienden a acumularse en las células formando inclusiones cargadas con ubiquitina. Podría ser que la habilidad de la ataxina-3 para mantener esta función normal sea rota por la expansión poliglutamínica. Es hasta posible que la actividad ubiquitina citada de la ataxina-3 normalmente contraproduzca toxicidad impuesta por las proteínas mal duplicadas en el cerebro. ¡Atención a esta idea en los descubrimientos recientes!, porque podría convencer a muchos científicos brillantes para investigar sobre esta proteína fascinante. Esto también es bueno para quienes deseamos entender mejor esta enfermedad.

Silenciando el gen alterado con interferencia ARN:

Otro descubrimiento prometedor en el pasado año fue el hecho de que los científicos aprendieran como "desconectar" el gen responsable para la enfermedad SCA3/MJD dejando el gen normal activo. Aunque no sepamos aún por qué las células cerebrales mueren en la SCA3/MJD, sabemos que el gen alterado codifica una proteína tóxica. Si pudiéramos eliminar la expresión de esta proteína tóxica sería muy positivo. Es una idea simple, pero no necesariamente fácil de llevar a cabo.

¿Cómo podríamos hacerlo? Hay un reciente descubrimiento en el mecanismo celular que puede reconocer y eliminar un específico ARN mensajero (ARNm) que codifica proteínas. Este proceso se llama interferencia ARN (ARNi).

Antes de entrar en más detalles, ayudaría recordar algunas bases de biología molecular. Todos nuestros genes están formados por ADN, consistiendo en dos filamentos complementarios enrollados en doble hélice. Muchos genes codifican proteínas, por ejemplo, el gen SCA3/MJD codifica la proteína ataxina-3. Para que una célula fabrique ataxina-3, el gen SCA3 se transcribe en ARN: una copia idéntica hecha a partir de un filamento de ADN. Este filamento único ARN, llamado ARNm, deja el núcleo y entra en el citoplasma de la célula. En el citoplasma, un orgánulo productor de proteínas de la célula, conocido como ribosoma, lee y construye una proteína basada en la copia del ARNm.

Resumiendo, entonces el ARNm es el intermediario necesario, o mensajero, que permite la producción de ataxina-3 y de otras proteínas. Si el ARNm de SCA3/MJD fuera destruido rápidamente, la ataxina-3 no podría ser producida. En la SCA3 y en muchas otras enfermedades neurodegenerativas, la proteína enferma es nociva y eliminar su producción tiene sentido. Al explorar la destrucción del ARNm por el ARNi -esencialmente "matando al mensajero"-, los científicos pueden prevenir la producción de una proteína específica.

El ARNi es un procedimiento biológico natural que tiene lugar en todo los seres vivos, desde las plantas a los seres humanos. Es un proceso por el cual las células pueden regular la expresión de genes específicos.

Para la expresión de algunos genes durante el crecimiento, la regulación por el ARNi tiene lugar de forma natural. Pero los científicos también pueden sacar ventaja de este mecanismo e introducir moléculas de ARNi en las células para silenciar la expresión de genes específicos. De hecho, mostramos que si se pudiera destruir al mensajero anómalo del gen SCA3 manteniendo vivo al mensajero del gen normal, la proteína normal sería expresa y la persona no enfermaría. Introduciendo en las células una pequeña porción de ARN ligada al ARNm del SCA3, este mecanismo de ARNi dentro de la célula puede destruir selectivamente este ARNm y prevenir la producción de la proteína anómala ataxina-3.

Hemos conseguido la desconexión del gen anómalo SCA3 en cultivos celulares. La gran cuestión es: ¿lograremos transferir al cerebro esta nueva tecnología? Actualmente, estamos intentando esto en modelos transgénicos de ratas que simulan la SCA3/MJD. Es de gran importancia, sugiriendo que esto puede ser posible, una investigación hecha para los científicos en Iowa. En una reciente publicación en el Journal Nature Medicine, mi colega el Dr. Beverly Dawson lideró un grupo de estudios mostrando que el ARNi puede ser transferido con éxito al cerebro de ratas modelo de la enfermedad neurodegenerativa SCA1. Extraordinariamente, el ARN enviado interrumpió la enfermedad.

En este estudio, fue usada una forma de terapia génica. Se construyó un virus para expresar ARNi contra el gen SCA1. Cuando el virus fue inyectado en el cerebelo de ratas modelo SCA1, las neuronas que lo habían asimilado no produjeron ARNi contra el gen SCA1. Como resultado, la proteína ataxina-1 no fue producida más, y las ratas que recibieron la terapia mejoraron mucho más que las que no la recibieron.

Es importante tomar nota de que las ratas normales inyectadas con este virus ARNi no mostraron ningún efecto colateral. Esto sugiere que el ARNi mediado por virus puede trabajar bien y de forma segura en el cerebro de mamíferos (por lo menos en ratas, y con esperanza en seres humanos). Un segundo punto importante es que el cerebelo solamente fue afectado en las ratas modelo SCA1. Aunque el cerebelo es el objetivo principal en la SCA3/MJD, hay muchas otras partes del cerebro, incluyendo el tronco cerebral, que pudieran ser alcanzadas por esta tentativa. Resta saber si el ARNi puede ser llevado con eficacia y seguridad al tronco cerebral, entre otros lugares.

¿Se conseguirá mediante el ARNi crear una terapia para la SCA3/MJD y para otras enfermedades similares? La respuesta simple es que no lo sabemos. El tema del ARNi es atrayente y prometedor, pero queda mucho por aprender sobre el transporte, seguridad, duración, y eficacia de la terapia antes de ser aplicada en seres humanos. Así como la vacuna amiloidea funcionó bien en ratas modelo de la enfermedad de Alzheimer, pero causó problemas severos en experiencias en seres humanos, simplemente tampoco sabemos si las personas podrían ser tratadas segura y eficazmente con el ARNi. Además, es preciso recordar que el experimento descrito en el Journal Nature Medicine es terapia génica, que viene compartiendo problemas y decepciones en último los diez años. Felizmente, la mayoría de los mejores y más brillantes científicos está trabajando para obtener resultados firmes, seguros, y duraderos de expresión en terapia génica en el cerebro. Otra cuidosa observación es que la aplicación de la estrategia usada en el estudio del Journal Nature Medicine en seres humanos podría requerir neurocirurgía: inyecciones de virus dentro del cerebro. Por suerte, muchas compañías están trabajando en terapias no-virales para llevar ARNi al cerebro de animales (incluidos los seres humanos).

En resumen, aunque aún tengamos un largo camino por recorrer. La ligación de la ataxina-3 a la ubiquitina es el surgimiento del ARNi como potencial terapia de dos estimulantes progresos en la investigación de la SCA3/MJD. ¡Ciertamente aún ha de hacerse mucho antes de la próxima actualización!.

Referencias:
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3) Chai Y, Berke SS, Cohen RE, Paulson HL. Poly-ubiquitin binding by the polyglutamine disease protein ataxin-3 links its normal function to protein surveillance pathways. J BiolChem. 2004 Jan 30;279(5):3605-11.
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