12-11-2010: El síndrome de Rett en una placa de Petri

A continuación se muestra un extracto de una conversación que mantuve con el Dr. Muotri a cerca de su artículo.

MC Dr. Muotri, felicitacidades por su artículo de Cell que tiene fuertes implicaciones para el desarrollo de medicamentos y por lo tanto es de interés para cualquier persona que ame a un niño con síndrome de Rett. Sé que está muy ocupado en estos momentos así que gracias por tomarse el tiempo para hablar conmigo.

Tengo curiosidad, ¿qué te llevó a una carrera de ciencias?

AM Siempre he estado interesado en entender cómo funcionan las cosas. Pensé que la ciencia era la manera más obvia de lograrlo. Tú sabes que yo soy de Brasil. Recibí mi doctorado en genética de la Universidad de São Paulo. Comencé en el campo de la biología del cáncer, pero rápidamente cambié a la neurociencia en el año 2002 cuando me trasladé al Instituto Salk. Estuve allí durante seis años hasta que conseguí mi posición actual aquí en UCSD hace dos años.

MC Supongo que fue un cambio significativo pasar a la neurociencia desde la biología del cáncer.

AM Sí, era un poco intimidante al principio porque había mucho que aprender. Pero acepté el desafío. Y resultó que mis experiencias de cáncer fueron beneficiosas para mi transición a la neurociencia. Por ejemplo, cuando me mudé al laboratorio de Rusty, una de las primeras observaciones que hicimos fue relacionado con un fenómeno llamado transposones. Yo sabía de mi trabajo anterior que los retrotransposones son muy activos en las células cancerosas y recuerdo comentar esto con mis colegas de la neurociencia. La mayoría de ellos no estaban muy familiarizados con este fenómeno y suponían que era insignificante. Mi sensación era que si estas transposiciones estaban realmente sucediendo en el cerebro sería mejor mirarlas de cerca, ya que podrían estar involucradas en un nuevo mecanismo relacionado con el desarrollo del cerebro.

MC Dado que los retrotransposones son en realidad el tema de su próximo artículo de Rett que saldrá en la revista Nature pronto, permítame un momento para dar a nuestros lectores un poco de información histórica.

Los Retrotransposones son secuencias de ADN que se mueven y se insertan en nuevas posiciones dentro del genoma. Barbara McClintock recibió el Premio Nobel en 1983 por su descubrimiento de este fenómeno. Retrotransposones Históricamente se han considerado "ADN basura", ya que ocupan alrededor del 50% del genoma de los mamíferos y no tienen una función clara en la célula. Probablemente los transposones tienen una función biológica que sigue siendo, por el momento, desconocida para nosotros. Los retrotransposones han sido vinculados a enfermedad.

Dr. Muotri, ¿le importaría darnos una ida de su próximo trabajo que trata de los retrotransposones en el síndrome de Rett?

AM La idea es que los retrotransposones, que saltan insertándose en el genoma, resultan en neuronas, en el mismo individuo, que son genéticamente diferentes entre sí. Hemos observado que el gen MECP2, el gen implicado en el síndrome de Rett, es un represor importante de esta actividad. Además, determinamos que estos eventos de salto son casi exclusivos para el cerebro y el MECP2 parece ser uno de los guardianes de la puerta que controla la cantidad de la actividad.

MC Así que en un cerebro que es deficiente en la proteína MeCP2 habrá un aumento de los eventos de salto?

AM Eso es correcto. Queda por ver si estos eventos adicionales contribuyen a los síntomas de Rett o si el cerebro simplemente compensa y se las arregla para solucionarlo. Estamos trabajando en esta cuestión ahora.

MC Fascinante. Espero continuar nuestro diálogo sobre este tema, a medida que avance la investigación. Dos trabajos de alto perfil en un mes -impresionante.
Volviendo a IPS. Este es un campo que ha visto avances asombrosos en un corto período de tiempo. ¿Se puede destacar para nuestros lectores la emoción que rodea a estas células?

AM El sueño de los neurocientíficos es comprender las primeras etapas de un trastorno neurológico. Hasta hace poco teníamos dos opciones para lograr esto. Una es desarrollar un modelo de ratón que se espera reproduzca los síntomas observados en seres humanos. Por supuesto una limitación de un modelo de ratón es que es un ratón y no un ser humano - el cerebro de un ser humano es mucho más complejo. La otra opción es el tejido cerebral post mortem. El problema es que en ese momento el daño ya está hecho y lo que ves es la etapa final de una enfermedad. Para realmente estudiar una enfermedad es beneficioso tener la línea celular más primitiva posible y luego distribuir estas células en una variedad de poblaciones de células distintas para estudiar lo que sucede en varios momentos del tiempo.

Un avance importante que ocurrió hace algunos unos años ha hecho este tipo de trabajo muy factible. El grupo japonés dirigido por Shinya Yamanaka, sorprendió al mundo cuando demostró que se puede reprogramar las células que ya han diferenciado de vuelta a un estado más ingenuo se asemeja a una célula madre de embriones humanos. Esto nos permite capturar el genoma de una persona, incluidas las mutaciones genéticas, y nos permite estudiar las neuronas y otras células de interés y ver cómo progresa la enfermedad y los cambios que ocurren a nivel molecular.

MC En general el campo de Rett se ha basado en los modelos de ratón como su estándar de ensayo. En cuanto a la detección de drogas, este es un ensayo muy caro. Tener líneas de iPS con mutaciones MECP2 da a los científicos la posibilidad de tener un ensayo celular para la detección de la terapéutica. Miles, y de hecho, cientos de miles de compuestos pueden ser eficiente y rápidamente detectados en líneas celulares utilizando las tecnologías de bajo o alto rendimiento.

¿Puedes hablarnos de los fenotipos que se han identificado en las células? (Un fenotipo es una característica observable o rasgo)

Síndrome de Rett: Biopsia de Piel reprogramada en célula iPS

AM Uno de los fenotipos se relaciona con el tamaño de célula somática (célula del cuerpo) de una neurona. Con sólo mirar a las neuronas en el microscopio se vio que las neuronas de Rett son de tamaño reducido en un 10%. Eso podría no parecer una gran cosa, pero si tenemos en cuenta la estructura de tres dimensiones de la neurona, una reducción del 10% es muy significativa. Así que el tamaño es la lectura más sencilla que hemos encontrado.

Otro fenotipo se relaciona con la morfología de las neuronas. (Morfología es el estudio de la estructura y la forma de un organismo.) La idea de mirar a la morfología se inspiró en los informes en la última década a partir de tejido cerebral post mortem de las personas y los modelos animales. Nos centramos en el número de las densidades de columna vertebral en las neuronas y también vimos una reducción. (Una espina dendrítica, o la columna vertebral, simplemente, es una pequeña protuberancia membranosa de las dendritas de una neurona que normalmente recibe la entrada de una sinapsis.) Nos fijamos en las redes neuronales y encontramos deficiencias en su capacidad para comunicarse.

MC Usted hizo células iPS con mutaciones MECP2 diferentes. Encontró que los fenotipos fueron consistentes entre las mutaciones. ¿Nos puede explicar?

AM Sí, las cuatro mutaciones diferentes que estudiamos resultaron en fenotipos similares. Por lo menos los fenotipos que observamos. Estábamos convencidos de que se trataba de una fuerte sugerencia que apunta a una pérdida de función de MeCP2. Por lo tanto, anulamos la expresión de MeCP2 de las neuronas de control y obtuvimos el mismo resultado. A continuación, restauramos el gen normal MeCP2 en las neuronas de Rett, suprimiendo los fenotipos. En combinación, estos experimentos sugieren que MeCP2 es responsable de las alteraciones en las neuronas de Rett. El hecho de que varios mutantes MeCP2 presentan un fenotipo similar tiene relevancia clínica, ya que puede indicar que un solo fármaco puede corregirlos todos.

MC Así que el objetivo es utilizar estas células como una plataforma para la investigación de medicamentos.

AM Por supuesto. Como prueba de principio hemos añadido un factor de crecimiento IGF1, a las células. Como ustedes saben un documento fue publicado en PNAS a principios de 2009 mostrando que un compuesto similar a la IGF1 mejora algunos de los síntomas en ratones, así que decidimos probar en nuestro sistema. Se encontró que IGF1 corrigió el fenotipo, de hecho, una lo corrigió en exceso. El exceso de corrección es algo que debe ser considerado en términos del ensayo clínico, un ajuste de la dosis adecuada en cada paciente es deseable. Además, algo a tener en cuenta es que mientras yo ponga IGF1 directamente en las células en el ensayo clínico, el IGF1 tiene que entrar en el cerebro y sabemos que eso no ocurre tanto como nos gustaría.

El otro medicamento que intentamos es gentamicina, un antibiótico que tiene la capacidad de "leer a través" de los codones de parada prematura (mutaciones sin sentido que acaban en X como 255X, 168X). Se encontró que la gentamicina restauró los niveles de MeCP2 y fenotípicamente rescató las células.

MC Eso es bastante interesante sobre todo teniendo en cuenta el hecho de que fármacos que “leen a través” actúan mediante la sustitución del codón de parada con un aminoácido al azar. Así pues, en efecto que intercambian una mutación por otra.

AM Comprobamos esto y encontramos que el nivel de proteínas era normal, pero no había manera de que viéramos qué mutación había sido insertada. Parte de la nueva proteína que se sintetiza en la presencia de gentamicina, es probablemente correcta, y creemos que es exactamente lo que revierte los fenotipos.

MC Es importante señalar que la gentamicina es altamente tóxica y no cruza la barrera hematoencefálica muy bien tampoco, así que no es un medicamento que se puede utilizar por ahora para el tratamiento del síndrome de Rett. Sin embargo, hay otros medicamentos con modos de acción similares que se está probando en modelos animales.
Pero el mensaje que deben llevar a casa de sus datos es que las líneas de células iPS son un sistema in vitro de modelo para el síndrome de Rett y puede ser utilizado en una plataforma de investigación de medicamentos. ¿Cuáles son los próximos pasos para utilizar las líneas de iPS como una plataforma para la investigación de medicamentos?

AM El siguiente paso es ampliar esto y no es fácil de hacer. Debido a que los experimentos son muy sensibles a las variables y hay muchos pasos en la conversión de las células iPS a las neuronas. Por lo tanto, tenemos que validar de forma sistemática todas las variables y hacer que el sistema sea lo más robusto posible. Por último, tenemos que elegir la adecuada lectura de las salidas (los fenotipos celulares) que deseamos utilizar. Es importante el diseño de estos experimentos con cuidado para que no se pierda tiempo con los falsos positivos. Mi laboratorio recibió recientemente una donación de CIRM (California, Instituto de Medicina Regenerativa) precisamente para optimizar estos pasos, así que me gustaría empezar lo antes posible. Por último, me gustaría poner a prueba las bibliotecas de medicamentos que antes no pasaron los ensayos clínicos para otras enfermedades. El reposicionamiento de medicamentos, como se conoce este concepto, es atractivo porque los fármacos reutilizados pueden pasar por alto gran parte del costo temprano y el tiempo necesario para llevar un fármaco al mercado.

MC Encontré su artículo muy alentador por una serie de razones. En primer lugar, sus datos continúan confirmando y valindo el concepto de que de Rett es reversible. En segundo lugar, mostró que la plataforma iPS puede ser utilizada para la investigación farmacolófica. En tercer lugar, los datos sugieren que, si bien puede haber muchas mutaciones en el gen MECP2, estos pueden compartir fenotipos comunes. Esto puede ser un problema importante en términos de estrategias de tratamiento.

Dr. Muotri, estoy segura que hablo por todas las familias de Rett que lean esta entrevista... le deseamos mucha suerte y la velocidad de Dios en su trabajo.

Traducción de la entrevista de Monica Coenraads al Dr. Muotri. Artículo original: http://rettsyndrome.wordpress.com/2010/11/12/rett-syndrome-in-a-petri-dish

EL SÍNDROME DE RETT EN UNA PLACA DE PETRI