Antoni Matilla
University of Utah
Howard Hughes Medical Institute
Department of Human Molecular Biology and Genetics
Salt Lake City, Utah, USA.
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Una de las cuestiones científicas más apasionantes que se han generado en los últimos años es el desciframiento de los mecanismos moleculares patológicos de las enfermedades neurodegenerativas causadas por expansiones de poliglutaminas.
Hasta la fecha se han asociado 8 síndromes neurodegenerativos con expansiones del triplete trinucleotídico CAG en el ADN: la Atrofia muscular Spinobulbar o Síndrome de Kennedy (SBMA) (1), la enfermedad de Huntington (HD) (2), la Atrofia Dentatorubropalidoluisiana (DRPLA) (3), y el creciente grupo heterogéneo de las ataxias espinocerebelosas (SCA), SCA1, SCA2, SCA3 o Enfermedad de Machado Joseph, SCA6 y SCA7 (4-11). Estas enfermedades presentan varias características neuropatológicas y moleculares comunes, como son: la presencia de un triplete inestable CAG en la región codificante de los genes correspondientes que se traduce en la presencia de una secuencia elevada de glutaminas en las proteínas formadas; una herencia autosómica dominante (exceptuando el síndrome de Kennedy donde la herencia es a través del cromosoma X); evidencias de anticipación clínica, es decir, un inicio de la enfermedad a edades más tempranas en generaciones sucesivas en correlación con la presencia de un número más elevado de glutaminas; la presencia de unos productos génicos noveles de los que se desconoce su función (excepto para el receptor del andrógeno en el síndrome de Kennedy); una expresión amplia y poco específica de los productos génicos; una pérdida selectiva de un grupo particular de neuronas; y, finalmente, la presencia de inclusiones intranucleares (INI) en las neuronas diana.
Con la identificación de los genes responsables de estas enfermedades, la caracterización de sus productos génicos, y la generación de animales transgénicos y knock-out, se ha empezado a descifrar los mecanismos patológicos que producen estas enfermedades. Varias observaciones han demostrado que estos mecanismos son debidos a efectos de ganancia de función, por ejemplo, por un efecto tóxico de las proteínas que contienen un número excesivo de glutaminas (el límite se situaría entre 37 y 40 glutaminas), en contraposición a los efectos de pérdida de función (por falta cualitativa y/o cuantitativa de las proteínas traducidas). Los animales knock-out (un ratón knock-out es aquel al que se le ha inactivado un gen específico mediante la tecnología de la recombinación homóloga) para los genes relacionados con Huntington y SCA1, no presentan ningún síntoma que recuerde a las enfermedades relacionadas demostrando que la infuncionalidad proteica no es la causa patológica primaria (12, 13). Por otra parte, los animales transgénicos que sobreexpresan una proteína o un fragmento de la misma con un número patológico de glutaminas en un grupo de células concretas bajo la dirección de un promotor específico muestran un fenotipo claramente neurodegenerativo (14-16).
¿Cuáles son estos mecanismos y cómo se desencadenan para producir la pérdida neuronal en estas enfermedades?. Ya que los productos génicos tienen una expresión poco específica de tejido y no se detectan diferencias en los niveles de expresión de los mismos en las células sanas de las afectadas, ¿qué es lo que provoca que un grupo muy selectivo de neuronas sean las que sufren los mecanismos de muerte celular?.
Utilizando ataxina-1, el producto génico de SCA1, conteniendo un número patológico de glutaminas (82) con el sistema del doble híbrido en levadura se identificó una proteína interaccionante que por sus características moleculares y patrón de expresión puede explicar la selectividad de la muerte neuronal observada en SCA1. Dicha proteína recibe el nombre de LANP, por Leucine Rich Acidic Nuclear Protein (17). LANP presenta una interacción 10 veces mayor con ataxina-1 mutada que la de tipo salvaje y presenta una expresión mucho más abundante, del orden de 10 veces más (Matilla y Zoghbi, datos no publicados) en las células de Purkinje de la corteza cerebelosa (las células diana que degeneran primariamente en SCA1) en comparación con otros tipos celulares. LANP cuando interacciona con ataxina-1 queda erróneamente localizada en compartimentos celulares que de otra manera no localizaría, sugiriendo que este desplazamiento espacial podría impedir a LANP realizar su función correcta en las células de Purkinje o realizar una función anormal mediante interacciones aberrantes con otras dianas. Aunque estos experimentos se realizaron en cultivos celulares, a la espera de modelos transgénicos para LANP, indicaron que la presencia de factores específicos en las células que degeneran que interaccionan con las proteínas mutadas desencadenan la pérdida neuronal selectiva.
Simultáneamente al descubrimiento de la relación entre LANP y la patogénesis de las ataxias espinocerebelosas, experimentos realizados con inmunohistoquímica demostraron la presencia en algunos núcleos neuronales de unas inclusiones opacas de unos 2 µm de diámetro que se teñían positivamente con anticuerpos que reconocen ataxina-1 y ubiquitina (17, 18). La presencia de estas inclusiones se demostró en células eucarióticas cultivadas in vitro, en células de Purkinje de ratones transgénicos que sobreexpresan ataxina-1 mutada en las mismas, y en neuronas pontinas de un individuo fallecido al que se le había diagnosticado clínica y molecularmente de SCA1 (18). También se detectaron INI's asociadas a los productos génicos de las enfermedades de Huntington (19, 20), SCA3/Machado Joseph (21), y SCA7 (22). Interesantemente se vio que el tamaño y la distribución de estas inclusiones se correlaciona con el número de glutaminas presentes en las proteínas correspondientes (18, 23). Hasta aquí todas las evidencias parecían indicar que las inclusiones nucleares en las neuronas diana eran una clara indicación de los procesos de muerte celular que por agregación y precipitación proteica se llevan a cabo en las células que las presentan. Experimentos recientes realizados en animales transgénicos y cultivos celulares han demostrado que dicha agregación nuclear no va siempre asociada con muerte celular (24, 25). En experimentos realizados con células del hipocampo y estriado se demostró que el porcentaje de neuronas con INI's se correlaciona con un mayor número de glutaminas presentes en huntingtina mientras que el porcentaje de células sufriendo procesos de muerte celular permanece constante (25). Estos resultados demuestran una clara falta de correlación entre muerte celular inducida por expansiones de glutaminas e inclusiones intranucleares. Experimentos realizados en Minneapolis por el Dr. Orr y colegas confirmaron estas observaciones. Los ratones transgénicos en los que a la ataxina-1 con 82 glutaminas se le impide alcanzar el núcleo de las células de Purkinje no desarrollan ningún fenotipo que pueda recordar al de los animales transgénicos donde ataxina-1 mutada sí alcanza dicho compartimento celular (24). Por otra parte, los ratones transgénicos en los que ataxina-1 es capaz de alcanzar el núcleo celular pero no puede formar inclusiones, por no tener el dominio necesario para la heterodimerización proteica, desarrollan ataxia y neurodegeneración de las células de Purkinje (24). Si bien estos resultados cuestionan el papel de las inclusiones nucleares en el desarrollo de la muerte celular observada en estas enfermedades y confirman que el papel de las INI's en neurodegeneración está todavía por demostrar, destacan la importancia del núcleo celular en dichos procesos.
A la vista de todas estas conclusiones, ¿estamos todavía lejos de descifrar los componentes de los procesos neurodegenerativos en las enfermedades neurodegenerativas causadas por expansiones de poliglutaminas?. Creo firmemente que no. Hay cada vez más evidencias que las fases de compromiso o iniciación, ejecutoras, y de degradación de los procesos de muerte celular tienen muchos componentes y señales celulares que son comunes en todas estas enfermedades (Matilla y colaboradores, en preparación). Un ejemplo es el reconocimiento y la degradación proteica por el sistema ubiquitina/proteasoma, un sistema ampliamente utilizado para regular los niveles proteicos intracelulares, que parece intervenir en la precipitación y agregación proteica. Pero ademas, en algún momento las señales iniciadoras, en este caso las expansiones de poliglutaminas, y efectoras, convergen en señales que producen la activación en cascada de algunas caspasas, proteasas intracelulares altamente conservadas. Huntingtina, atrofina-1, y ataxina-3, son reconocidas directamente por caspasa-3 (26) y hay evidencias recientes que demuestran que aunque ataxina-1 no es reconocida directamente por caspasas, lo es LANP, su proteína interaccionante (Matilla, datos no publicados). La presencia de inclusiones en los núcleos celulares podría reflejar estados celulares tardíos e irreversibles, de los procesos degenerativos coincidiendo con los estados finales de ejecución de los mismos. En vistas de las últimas observaciones científicas parece ser que las INI's no son imprescindibles para alcanzar dichos estados, apoyando el hecho que los procesos de muerte celular no se desarrollan por una vía única.
En definitiva, identificar todos y cada uno de los componentes que intervienen, descifrar sus regulaciones e interacciones, y ordenarlos en las vías de muerte celular adecuadas permitirá esclarecer qué papel le corresponde a las inclusiones intranucleares en estos procesos y la consecución del último objetivo que es aportar elementos terapéuticos.
Referencias:
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