Utilizando un tipo de prueba genética que antes era imposible en el cerebro de los mamíferos, los neurocientíficos del MIT han identificado cientos de genes que son necesarios para la supervivencia de las neuronas.
Agencia Latina de Noticias Medicina y Salud Pública
Utilizando un tipo de prueba genética que antes era imposible en el cerebro de los mamíferos, los neurocientíficos del MIT han identificado cientos de genes que son necesarios para la supervivencia de las neuronas. También utilizaron el mismo enfoque para identificar los genes que protegen contra los efectos tóxicos de una proteína mutante que causa la enfermedad de Huntington.
Estos esfuerzos dieron como resultado al menos un objetivo farmacológico prometedor para la enfermedad de Huntington: una familia de genes que normalmente pueden ayudar a las células a descomponer la proteína de huntingtina mutada antes de que pueda agregarse y formar los grumos que se ven en los cerebros de los pacientes con Huntington.
"Estos genes nunca antes habían sido vinculados a los procesos de la enfermedad de Huntington. Cuando los vimos, fue muy emocionante porque no sólo encontramos un gen, sino varios de la misma familia, y también vimos que tenían un efecto en dos modelos de la enfermedad de Huntington",
dice Myriam Heiman, profesora adjunta de neurociencia en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas y autora principal del estudio.
La nueva técnica de detección de los investigadores, que les permitió evaluar todos los aproximadamente 22.000 genes que se encuentran en el cerebro del ratón, también podría aplicarse a otros trastornos neurológicos, incluyendo las enfermedades de Alzheimer y Parkinson, dice Heiman, quien también es miembro del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT y del Instituto Broad del MIT y Harvard.
La posdoctora del Instituto Broad, Mary Wertz, es la autora principal del trabajo, que aparece en Neuron.
Durante muchas décadas, los biólogos han realizado pruebas de detección en las que sistemáticamente eliminan genes individuales en organismos modelo como ratones, moscas de la fruta y el gusano C. elegans, para luego observar los efectos en la supervivencia de las células.
Sin embargo, estas pruebas nunca se han hecho en el cerebro del ratón. Una razón importante para ello es que la entrega de la maquinaria molecular necesaria para estas manipulaciones genéticas es más difícil en el cerebro que en cualquier otra parte del cuerpo.
"Estas pruebas genéticas imparciales son muy poderosas, pero la dificultad técnica de realizarlas en el sistema nervioso central a escala de todo el genoma nunca ha sido superada",
dice Heiman.
En los últimos años, los investigadores del Instituto Broad han desarrollado bibliotecas de material genético que pueden utilizarse para desactivar la expresión de cada gen que se encuentra en el genoma del ratón. Una de estas bibliotecas se basa en el ARN de horquilla corta (ARNhc), que interfiere con el ARN mensajero que lleva la información de un gen particular.
Otra hace uso de CRISPR, una técnica que puede interrumpir o eliminar genes específicos en una célula. Estas bibliotecas son suministradas por virus, cada uno de los cuales lleva un elemento que se dirige a un solo gen.
Las bibliotecas se diseñaron de modo que cada uno de los aproximadamente 22.000 genes de los ratones sea objetivo de cuatro o cinco ARNhc o componentes de CRISPR, de modo que entre 80.000 y 100.000 virus necesitan llegar al cerebro para asegurarse de que todos los genes sean atacados al menos una vez.
El equipo del MIT ideó una forma de hacer su solución de virus altamente concentrada, e inyectarla directamente en el estrato del cerebro. Usando este enfoque, fueron capaces de llevar uno de los elementos del ARNhc o CRISPR a cerca del 25 por ciento de todas las células del estrato.
Los investigadores se centraron en el estriado, que está involucrado en la regulación del control motor, la cognición y las emociones, porque es la región del cerebro más afectada por la enfermedad de Huntington. También está involucrada en la enfermedad de Parkinson, así como en el autismo y la drogadicción.
Unos siete meses después de la inyección, los investigadores secuenciaron todo el ADN genómico en las neuronas estriadas seleccionadas. Su enfoque se basa en la idea de que si determinados genes son necesarios para la supervivencia de las neuronas, cualquier célula con esos genes eliminados morirá. Entonces, esos ARNhc o elementos de CRISPR se encontrarán a tasas más bajas en la población total de células.
El estudio reveló muchos genes que son necesarios para que cualquier célula sobreviva, como las enzimas involucradas en el metabolismo celular o la copia de ADN en ARN. Los resultados también revelaron genes que se habían identificado en estudios anteriores de moscas y gusanos de la fruta como importantes para la función de las neuronas, como los genes que intervienen en la función de las sinapsis (estructuras que permiten a las neuronas comunicarse entre sí).
Sin embargo, un hallazgo novedoso de este estudio fue la identificación de genes que no habían sido vinculados a la supervivencia de las neuronas antes, dice Heiman. Muchos de ellos eran genes que codifican proteínas metabólicas que son esenciales en las células que queman mucha energía.
"Lo que interpretamos que esto significa es que las neuronas en el cerebro de los mamíferos son mucho más activas metabólicamente y tienen una dependencia mucho mayor de estos procesos que, por ejemplo, una neurona en C. elegans",
dice Heiman.
William Yang, profesor de psiquiatría y ciencias del biocomportamiento en la Universidad de California en Los Ángeles, llama a la nueva técnica de detección "un gran salto adelante" para el campo de la investigación del cerebro.
"Antes de esto, la gente podía estudiar la función molecular de los genes genéticamente, o tal vez unos pocos genes a la vez. Este es un estudio innovador porque demuestra que se puede realizar una evaluación genética de todo el genoma en el sistema nervioso central de los mamíferos",
dice Yang, que no participó en el estudio.
Un análisis de todo el genoma ha revelado genes que son esenciales para la supervivencia de las neuronas, así como genes que protegen contra los efectos de la enfermedad de Huntington. Foto: MIT.
Los investigadores realizaron entonces el mismo tipo de pantalla en dos modelos diferentes de ratón de la enfermedad de Huntington. Estos modelos de ratones expresan la forma mutada de la proteína huntingtina, que forma grupos en los cerebros de los pacientes con Huntington. En este caso, los investigadores compararon los resultados de la pantalla de los ratones de Huntington con los de los ratones normales.
Si alguno de los elementos del ARNhc o del CRISPR se encontrara con menos frecuencia en los ratones de Huntington, eso sugeriría que esos elementos se dirigen a los genes que están ayudando a hacer a las células más resistentes a los efectos tóxicos de la proteína huntingtina, dice Heiman.
Un prometedor objetivo farmacológico que surgió de esta prueba es la familia de genes Nme, que anteriormente se había vinculado a la metástasis del cáncer, pero no a la enfermedad de Huntington. El equipo del MIT encontró que uno de estos genes, Nme1, regula la expresión de otros genes que están involucrados en la correcta eliminación de las proteínas. Los investigadores tienen la hipótesis de que sin Nme1, estos genes no se activan tanto, permitiendo que la huntingtina se acumule en el cerebro. También demostraron que cuando Nme1 se sobreexpresa en los modelos de ratón de Huntington, los síntomas del Huntington parecen mejorar.
Aunque este gen no ha sido vinculado con el Huntington antes, ya ha habido algunos esfuerzos para desarrollar compuestos que se dirigen a él, para su uso en el tratamiento del cáncer, dice Heiman.
"Esto es muy emocionante para nosotros porque en teoría es un compuesto que puede ser medicado. Si podemos aumentar su actividad con una pequeña molécula, quizás podamos replicar el efecto de la sobreexpresión genética",
dice.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud/Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Apoplejía, la Fundación JPB, la Fundación de la Enfermedad de Bev Hartig Huntington, un premio Fay/Frank Seed de la Fundación de Investigación Cerebral, el premio Jeptha H. y Emily V. Wade, y la Fundación de Enfermedades Hereditarias.
