Una molécula previene las proteínas patológicas de enfermedades neurodegenerativas
En estudios preclínicos y mediante el desarrollo de moléculas diseñadas en el laboratorio, especialistas del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas de Argentina (Conicet) lograron reducir la síntesis de formas patológicas de una proteína llamada Tau, que cuando se acumula en regiones localizadas del cerebro origina enfermedades neurodegenerativas conocidas como taupatías (la Enfermedad de Alzhéimer, algunos tipos de parkinson atípico, demencia fronto-temporal, parálisis progresiva y otras). El avance se describe en la revista Molecular Therapy.
“Hoy en día los pacientes con taupatías acceden a cuidados médicos que solo pueden aliviar parcialmente sus síntomas y mejorar relativamente su calidad de vida, pero no hay tratamientos que logren revertir o detener la muerte neuronal debida a la acumulación de las proteínas Tau anormales. En este sentido, este estudio, basado en herramientas de terapia génica, puede contribuir a explorar tratamientos más precisos y efectivos”, afirma Elena Avale, líder del trabajo e investigadora del Conicet en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular Doctor Héctor N. Torres (del INGEBI).
¿Qué funciones cumplen las proteínas Tau?
Las proteínas Tau normales cumplen diferentes funciones. Una de ellas, muy importante, es la estabilización de unas estructuras, denominadas microtúbulos, que son fundamentales para la comunicación entre las neuronas y por lo tanto para el funcionamiento del cerebro y del sistema nervioso en general.
“En un grupo de enfermedades neurodegenerativas llamadas taupatías, ocurren fallas en el procesamiento de las proteínas Tau, las cuales adquieren formas patológicas que comienzan a acumularse en zonas localizadas del cerebro y terminan formando ’ovillos’ que tienen un efecto tóxico sobre la neurona. Además, esas formas patológicas pueden salir de la neurona afectada y expandirse a neuronas vecinas, de esta manera se propaga la patología por diferentes regiones del cerebro”, explica Avale quien realizó sus estudios posdoctorales en el Instituto Pasteur (2004-2008), en Francia, y en el Instituto de Psiquiatría del King’s College London (2008-2012), en el Reino Unido.
Estrategias terapéuticas en desarrollo
Varias iniciativas a nivel mundial apuntan a desarrollar terapias destinadas a reducir la acumulación de proteínas Tau patológicas en las neuronas. Por ejemplo, hace más de una década algunos grupos de investigación desarrollaron agentes químicos capaces de “destruir” los ovillos patológicos de Tau en estudios preclínicos, pero la estrategia no fue exitosa. “Esta estrategia, basada en un agente químico, no fue muy eficaz porque finalmente lo que se sabe es que no solamente el ovillo acumulado es el problema, sino que las formas intermedias de Tau que conducen a estos ovillos ya empiezan a ser patológicas”, indica Avale.
“En los últimos años y con el advenimiento de nuevas técnicas de biología molecular, aparecieron dos estrategias que son las más promisorias y se encuentran en ensayos clínicos: Una es la inmunoterapia, es decir, anticuerpos que puedan reclutar las formas patológicas de Tau y sacarlas de escena para ser degradadas antes de que empiecen a acumularse. Otra estrategia es directamente evitar la síntesis de nuevas proteínas Tau para impedir que se acumulen y tengan un efecto tóxico, esto se puede lograr, por ejemplo, mediante el uso de oligonucleótidos antisentido llamados ASO”, explica Avale.
Sin embargo, estos dos abordajes tienen limitaciones porque tanto los anticuerpos como los ASO requieren ser administrados crónicamente porque tienen una vida media no tan larga. “Entonces hay que hacer una administración repetida y si eso se utilizara como terapia se tendría que prolongar la administración frecuente por el resto de la vida del paciente, lo cual es bastante invasivo”, explica Avale. Y continúa: “La otra desventaja es que estas moléculas, tanto los ASO o los anticuerpos, se dirigen a todo el cerebro, lo cual podría generar efectos secundarios. Dicho de otro modo, en las taupatías la acumulación de proteínas Tau anormales ocurre en zonas localizadas del cerebro, por lo tanto, el tratamiento debería focalizarse en esas regiones, porque si sacáramos a Tau de todo el cerebro, podríamos afectar funciones normales en otras zonas no afectadas”.
En este contexto, Avale y colegas probaron una estrategia terapéutica diferente –basada en una sola administración, localizada y estable en el tiempo– que demostró tener buenos resultados en estudios preclínicos.
“El abordaje que nosotros quisimos dar en nuestro trabajo desde una perspectiva terapéutica, fue intentar dirigir moléculas capaces de reducir la síntesis de Tau únicamente en aquellas regiones del cerebro que están afectadas en los inicios de la patología”, destaca Avale. Y agrega: “Entonces nuestra propuesta fue utilizar una herramienta diferente, que permitiese ser expresada localmente y que con una sola administración pudiese mantenerse activa a lo largo del tiempo”.
Para cumplir este objetivo y mediante técnicas de laboratorio, el equipo de investigación modificó un tipo de microARN, que es una molécula que sintetiza el cerebro de manera endógena y que tiene la capacidad de silenciar la expresión de genes. “Se nos ocurrió elegir un microARN natural y modificarlo por técnicas de ingeniería genética para dotarlo con dos propiedades que nos interesaban. Por un lado, que tuviera la capacidad silenciar el gen Tau alterado cuya información promueve la producción de proteínas Tau patológicas. Y por otro lado, dirigimos su expresión mediante vectores virales de manera que esta molécula terapéutica se expresara únicamente en regiones cerebrales donde comienza a acumularse esa proteína de manera tóxica. Y lo logramos”, puntualiza Avale.
Estudios preclínicos y líneas celulares humanas
Los vectores virales portando las moléculas de microARN terapéuticas que diseñaron los investigadores fueron inyectadas en ratones genéticamente modificados que representan un modelo de taupatías. En estos animales hay una acumulación de proteínas tau en la corteza prefrontal del cerebro que desencadenan anomalías en la actividad neuronal, las cuales fueron observadas como déficits metabólicos en una tomografía de emisión de positrones y alteraciones cognitivas evaluadas mediante un test de reconocimiento de objetos nuevos.
“Las inyecciones de las moléculas terapéuticas se aplicaron en los ratones de manera temprana, a una edad en la que recién inicia la enfermedad, haciendo un paralelismo a lo uno podría imaginarse en un paciente recientemente diagnosticado, pero que todavía no tiene síntomas avanzados”, explica Avale.
Tras aplicar las inyecciones intracerebrales, el equipo de investigación constató que las moléculas terapéuticas impedían la producción y acumulación de proteínas Tau patológicas en la zona del cerebro inyectada (la corteza prefrontal) y que los ratones no tuvieron efectos adversos. A su vez evaluaron la progresión del déficit cognitivo, y la actividad eléctrica de las neuronas en comparación con un grupo control de ratones que no recibieron ese tratamiento. “Lo que resulta más relevante es que con una sola inyección en cada ratón logramos tener una respuesta estable en el tiempo. Pudimos constatar que las moléculas previnieron la acumulación de proteínas Tau patológicas en la región prefrontal (donde comienza la patología) sin afectar otras áreas cerebrales. Concomitantemente observamos que el tratamiento previno el déficit cognitivo y los marcadores de disfunción neuronal en los ratones tratados”, indica Avale.
El equipo de investigación quiso estudiar además si las moléculas terapéuticas eran funcionales en neuronas humanas. Y para ello realizaron experimentos en un modelo de neuronas humanas en cultivo derivadas de células madre.
“Utilizamos estas mismas moléculas empaquetadas en los vectores virales, las introdujimos en las neuronas humanas en cultivo y comprobamos que eran capaces de reducir la producción de proteínas Tau sin afectar severamente su morfología ni sobrevida, lo cual sugiere que esta estrategia de silenciamiento de tau podría ser efectiva en humanos”, puntualiza Tomás Falzone, también autor del estudio e investigador del Conicet en el Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA, Conicet-Max Planck) y en el Instituto de Biología Celular y Neurociencias (IBCN, Conicet-UBA).
“Desde el punto de vista traslacional, los resultados del estudio indican que las moléculas que diseñamos podrían ser útiles para prevenir o detener la acumulación de Tau patológica en el cerebro humano. Sería maravilloso contribuir a desarrollar herramientas que permitan detener los procesos que conducen a la enfermedad de Alzhéimer, al parkinson atípico y a otras taupatías, pero hay que considerar que esto es un trabajo de investigación básica y todavía queda un camino largo por recorrer para que en el futuro se puedan iniciar ensayos clínicos que prueben la seguridad y eficacia del tratamiento”.
Desde el Conicet se presentó ante la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos (USPTO) una solicitud de patente provisional por el desarrollo de estas moléculas terapéuticas contra proteínas asociadas a taupatías.
Carolina Facal, becaria doctoral del Conicet en el grupo de Avale, es la primera autora del trabajo. Del estudio también participó Ivan Fernandez Bessone, del Instituto de Biología Celular y Neurociencias (IBCN, Conicet-UBA); Mariano Soiza-Reilly y Carla Argañaraz, del Instituto de Fisiología Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, Conicet-UBA); Antonia Marin-Burgin, del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA, Conicet-Max Planck); German Falasco y Leandro Urrutia, del Centro de imágenes Moleculares del FLENI, y varios becarios del Conicet.
Referencia: Carolina Lucía Facal et al – 'Tau reduction with artificial microRNAs modulates neuronal physiology and improves tauopathy phenotypes in mice'. Revista Molecular Therapy, 2024 | DOI: 10.1016/j.ymthe.2024.01.033.
