Los organoides revelan similitudes entre la distrofia miotónica tipo 1 y el síndrome de Rett

La distrofia miotónica tipo 1 (DM1) es la forma más común de distrofia muscular, caracterizada por desgaste y debilidad muscular progresivos y causada por segmentos de ADN anormalmente repetitivos que se transcriben en moléculas tóxicas de ARN. En lugar de transportar las instrucciones de un gen para la traducción en proteínas, estas moléculas de ARN se acumulan en las células, interrumpiendo la maquinaria celular.

El síndrome de Rett (SR) es un trastorno neurológico genético raro que afecta la forma en que se desarrolla el cerebro, lo que resulta en una pérdida progresiva de las habilidades motoras y del lenguaje en una etapa temprana de la vida.

Escribiendo en la edición en línea del 29 de junio de 2022 de Ciencia Medicina Traslacionalinvestigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego utilizaron organoides cerebrales tridimensionales (tejido autoorganizado cultivado a partir de células madre que imita las funciones neurológicas) para descubrir similitudes fundamentales entre DM1 y RS, y quizás oportunidades terapéuticas.

«Recurrimos a organoides cerebrales en 3D que simulan la corteza humana en desarrollo para estudiar los efectos de la expansión repetida de CTG en los procesos neuronales», dijo la primera autora Kathryn Morelli, Ph.D., miembro del laboratorio del autor principal Gene Yeo, Ph. .D., profesor de medicina celular y molecular en la Facultad de Medicina de UC San Diego.

«Es un modelo que se puede hacer a partir de líneas de células madre pluripotentes inducidas de pacientes reales con DM1 que portan estos agregados de ARN tóxicos. Imita el desarrollo cortical en el útero».

A diferencia de otros tipos de distrofia muscular, los pacientes con DM1 a menudo presentan síntomas neurocognitivos progresivos, con impedimentos sociales y de aprendizaje que pueden parecer similares a los trastornos del espectro autista. Datos clínicos recientes han demostrado que cuanto mayor es el número de repeticiones de ADN heredadas, más temprano aparecen los síntomas y mayor es el impacto de la enfermedad en el sistema nervioso central.

Los tratamientos modernos de DM1 se enfocan solo en los defectos del músculo esquelético y del corazón. La investigación de Yeo y sus colegas ha demostrado que las proteínas CRISPR/Cas dirigidas al ARN pueden unirse al ARN repetitivo en células humanas vivas y revertir los marcadores de enfermedad en el músculo esquelético de modelos de ratón con DM1.

«Aún así, la ausencia de un modelo celular del cerebro humano limitó nuestra comprensión de cómo el ARN tóxico puede causar síntomas cognitivos y obstaculizó los esfuerzos para desarrollar una terapia holística eficaz», dijo Morelli.

En el último estudio, los investigadores empaquetaron una proteína CRISPR/Cas compacta dirigida al ARN en vectores virales y luego los agregaron a organoides cerebrales DM1. Descubrieron que las proteínas destruyeron agregados de ARN tóxicos, y los científicos pudieron observar y controlar la cascada de eventos.

El equipo se ha centrado en un modelo en el que el ARN tóxico atrapa una clase especial de proteínas llamadas proteínas de unión al ARN o RBP. «En los organoides corticales, nos sorprendió descubrir que otra RBP llamada proteína CELF2 estaba desregulada en las neuronas glutamatérgicas, que son responsables de la señalización excitatoria en el cerebro», dijo Yeo.

Usando las tecnologías mejoradas de reticulación e inmunoprecipitación pioneras en el laboratorio, Morelli y sus colegas descubrieron que CELF2 no se unía a sus objetivos normales: genes en la vía de la proteína 2 de unión a metil-CpG (MECP2) que son cruciales para la función neuronal. Las mutaciones que resultan en la pérdida de la función normal de MECP2 causan RS.

Los hallazgos, dijeron los autores, sugieren una posible convergencia en los defectos del neurodesarrollo en DM1 y RS. Morelli señaló que se están realizando ensayos clínicos para evaluar el potencial terapéutico de los antagonistas del ácido N-metil-d-aspártico (NMDA) para el tratamiento de pacientes con RS. Se cree que los receptores NMDA son importantes para controlar la plasticidad sináptica y mediar en las funciones de aprendizaje y memoria.

En los organoides de DM1, Morelli descubrió que los antagonistas de NMDA revirtieron las características clave de la enfermedad, lo que sugiere que dirigirse a los receptores de NMDA podría mejorar las deficiencias cognitivas en pacientes jóvenes con DM1 y mejorar sustancialmente su calidad de vida.

Los coautores incluyen a Wenhao Jin, Shashank Shathe, Assael A. Madrigal, Krysten L. Jones, Joshua L. Schwartz, Tristan Bridges, Jasmine R. Mueller, Archana Shankar, Isaac A. Chaim, todos en UC San Diego; y John W. Day, Universidad de Stanford.