Ataxia Friedreich
Lucía Márquez Martínez, Amparo Tolosa
María Dolores Ruiz Moltó (Almería, 1961) es doctora en Biología por la Universitat de València, profesora titular del Departamento de Genética de dicha institución, donde dirige el grupo de investigación de Genética Molecular Humana, e investigadora en el CIBER de Salud Mental (CIBERSAM). Dentro de la investigación, Moltó ha centrado su carrera profesional en el campo de la ataxia de Friedreich y la esquizofrenia. Siempre en contacto con los pacientes, Moltó subraya la importancia de mantener una financiación segura y estable para poder centrarse en el trabajo de investigación. Asimismo, destaca la importancia de la colaboración y coordinación entre los diferentes grupos que abordan una misma enfermedad genética.
Aprovechamos su participación en el Certificado en Principios de Genética Humana organizado por la Universitat de València y ADEIT, y el reciente Día Internacional de la Ataxia para hacerle algunas preguntas sobre su trayectoria y sus proyectos en el área de la ataxia de Friedreich.
La ataxia de Friedreich es una enfermedad poco conocida, ¿cuáles son sus principales características?
La ataxia de Friedreich es una enfermedad neurodegenerativa que afecta al sistema nervioso central y al periférico. Un porcentaje importante de los pacientes tiene también problemas cardiacos, en concreto desarrollan una miocardiopatía hipertrófica y en un menor número de casos presentan diabetes mellitus. Esta enfermedad está causada por la deficiencia de una proteína conocida como frataxina. Además, tiene un patrón de herencia autosómico recesivo, lo que significa que los afectados tienen las dos copias del gen mutadas. La mutación más prevalente es una expansión anómala de una repetición GAA situada en el primer intrón del gen.
Han pasado casi 20 años desde que se descubrieron las causas genéticas de la Ataxia de Friedreich, estudio en el que usted participó, ¿qué avances se han producido desde entonces?
Desde que en 1996 se identificó el gen responsable de la ataxia de Friedreich, uno de los aspectos en los que se ha trabajado más intensamente ha sido conocer la función de dicho gen y cómo las mutaciones afectan a la misma. Esto es esencial para comprender el porqué de las alteraciones fisiopatológicas en los pacientes y poder abordar estrategias terapéuticas que resulten realmente eficaces.
Los modelos desarrollados en organismos de experimentación han contribuido de forma significativa a descifrar la función de la frataxina. Los primeros datos fueron proporcionados por la levadura: mutantes de levadura deficientes en frataxina mostraban una gran acumulación de hierro en el interior de la mitocondria. Ello permitió proponer la primera hipótesis de que frataxina podría ser un posible regulador de la cantidad de hierro mitocondrial.
Desde entonces hasta ahora, se ha visto que frataxina participa en diferentes procesos celulares y se han ido proponiendo diferentes funciones para esta proteína, todas ellas relacionadas fundamentalmente con la biología de la mitocondria. Sin embargo, a pesar de todos estos años de trabajo, el papel de frataxina en la célula todavía no está del todo claro. En cualquier caso, sabemos que su deficiencia produce varias alteraciones bioquímicas que afectan a la biogénesis de los centros hierro-azufre, y con ello a las proteínas que requieren de tales centros para su actividad como la aconitasa y las proteínas pertenecientes a los complejos de la cadena respiratoria. El déficit de frataxina hace que las células sean muy sensibles frente a la acción de agentes oxidantes.
El avance en el conocimiento del papel de frataxina ha permitido que se hayan llevado a cabo diferentes ensayos clínicos utilizando fármacos que actuasen contrarrestando los efectos de la deficiencia de esta proteína. El estrés oxidativo ha sido una de las dianas de actuación más importante, y se ha valorado la eficacia de varios compuestos con efecto antioxidante, como son el coenzima Q, la idebenona o la vitamina E. No obstante, no hay un consenso suficientemente claro respecto a la eficacia de tales compuestos en el trastorno neurológico de los pacientes. Otra diana ha sido la acumulación de hierro en la mitocondria, sobre la que se ha actuado utilizando quelantes para este metal como la deferoxamina y la deferiprona. Ambos compuestos se han retirado de los ensayos clínicos debido a los resultados contradictorios obtenidos y por el efecto que tienen sobre la enzima aconitasa, pues hacen disminuir su actividad.
Otro avance en la ataxia de Friedriech ha sido conocer cómo afecta la mutación en la expresión del gen que codifica para frataxina. La síntesis de frataxina está seriamente comprometida en los pacientes, dado que las expansiones GAA dificultan la transcripción del gen, obteniéndose unos niveles de proteína entre un 5 y un 30% del nivel normal. Actualmente se cree que la principal causa es la mayor compactación de la cromatina en las regiones próximas a la expansión GAA, provocada por dicha expansión. Esto implica que el gen no puede expresarse al nivel que lo hace en situaciones normales. Estos resultados han dado paso a la utilización de compuestos, como los inhibidores de las enzimas deacetilasas de histonas, que modifican la conformación de la cromatina propiciando la expresión génica y con ello el aumento de los niveles de frataxina.
También participó en la identificación en Drosophila del gen equivalente al humano y en la creación de un modelo de la enfermedad en la mosca de la fruta. ¿Qué resultados ha proporcionado dicho modelo?
Como he comentado antes, los modelos de laboratorio han sido muy importantes para poder conocer qué hace frataxina en la célula. Al tratarse de una proteína tan conservada evolutivamente, también está presente en Drosophila. En nuestro laboratorio, identificamos el gen de la mosca que codifica para frataxina y vimos que esta proteína, al igual que en los humanos, se localiza en la mitocondria. A partir de aquí, varios grupos de diferentes laboratorios han utilizado a la mosca de la fruta para intentar reproducir la situación que tienen los pacientes a nivel molecular -es decir una disminución importante de la cantidad de frataxina presente en la célula-, y con ello observar, a diferentes niveles de estudio, qué les ocurre a las moscas.
Cada modelo desarrollado en Drosophila ha puesto su granito de arena. Nosotros pudimos obtener una situación muy similar a la que tienen los pacientes de ataxia de Friedreich, en cuanto a que las moscas presentaron niveles de frataxina en torno al 30% de los niveles normales. Esta reducción es compatible con un desarrollo embrionario aparentemente normal y los individuos pueden llegar a fase adulta.
Nuestro modelo reproduce algunos de los parámetros clínicos que se observan en los pacientes: capacidades motoras reducidas, menor esperanza de vida y una gran sensibilidad frente al estrés oxidativo. Vimos que al igual que ocurre en ciertos tejidos de los pacientes y en modelos animales de ratón y levadura, las moscas tenían mayor cantidad de hierro en la mitocondria y que la actividad de la enzima mitocondrial aconitasa estaba afectada, comprometiendo muy seriamente la respiración mitocondrial en condiciones de estrés oxidativo.
¿Cuál cree que ha sido la contribución más importante de su modelo?
Quizás sea el haber identificado una nueva y potencial diana terapéutica en la ataxia de Friedreich. Hemos observado que al utilizar dos inhibidores de la función de un complejo llamado TORC1, nuestras moscas deficitarias en frataxina recuperan su capacidad de movimiento hasta los niveles normales y aumenta su supervivencia, aunque más ligeramente. TORC1 es un complejo proteico en el que participa la proteína TOR, una proteína clave que regula la homeostasis de la célula en su interacción con el ambiente.
Además, estos inhibidores protegen a las moscas del estrés oxidativo generado por el déficit de frataxina y también del provocado por agentes externos, activando diferentes mecanismos moleculares. Estos resultados ponen en el punto de mira una nueva ruta bioquímica como guía para la búsqueda de moléculas con efecto beneficioso para los pacientes.
¿Estamos más cerca de un tratamiento efectivo?
Si pensamos que cuando se identificó el gen no se tenía ninguna idea de cuál podría ser su función y que ahora ya se está evaluando el efecto terapéutico de un número importante de moléculas, mi respuesta es que sí. Pero también es cierto, que a pesar de los años de investigación todavía no se ha conseguido un tratamiento que sea realmente eficaz. No es nada fácil el tratamiento de las enfermedades genéticas, pero está claro que hoy conocemos qué les ocurre a las células sin frataxina y por lo tanto, se está en disposición de poder desarrollar estrategias que sean realmente útiles para el tratamiento de esta enfermedad.
Actualmente, hay varias moléculas en fase de ensayo clínico que actúan mejorando la función de las mitocondrias y reduciendo el estrés oxidativo que se produce por la falta de frataxina. También se están probando compuestos que aumentan la síntesis de frataxina o que inhiben su degradación, de forma que la menor cantidad de frataxina sintetizada en los pacientes dure más tiempo. Algunos de estos compuestos están en fases preclínicas, pero hay otros que han alcanzado fases avanzadas del ensayo clínico.
Además, las diferentes estrategias de terapia génica para el reemplazamiento de la proteína frataxina están siendo muy prometedoras. En este campo de trabajo hay dos grupos españoles, el de Javier Díaz-Nido en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa en Madrid, que trabaja en la generación de vectores virales modificados, y el de Ernest Giralt del Instituto de Investigación Biomédica en Barcelona, centrado en el diseño de nanopartículas. Ambos grupos intentan obtener sistemas eficientes para la transferencia del gen de la frataxina.
Por otra parte, también continúa la investigación en el descubrimiento de nuevos fármacos con posible efecto terapéutico utilizando plataformas que permiten el ensayo de miles de compuestos químicos. Así, tanto los modelos animales sencillos como los generados en Drosophila pueden ser muy útiles en esta búsqueda.
Recientemente su grupo de investigación ha participado en un proyecto internacional dentro del VII Programa Marco de la Unión Europea. ¿Cómo ha sido colaborar con otros grupos de investigación?
En colaboración con el grupo de Francesc Palau y Pilar González-Cabo del Instituto de Biomedicina de Valencia (actualmente del Hospital Sant Joan de Déu de Barcelona y del Centro de Investigación Príncipe Felipe de Valencia, respectivamente) y del grupo de Javier Arpa del Hospital Universitario La Paz de Madrid, hemos formado el nodo español del proyecto EFACTS (European Friedreich’s Ataxia Consortium for Translational Studies) financiado por la Unión Europea.
Para nosotros este proyecto ha sido vital, porque nos ha permitido tener estabilidad económica durante casi 4 años y poder centrarnos en nuestro trabajo sin la preocupación constante de obtener financiación. Por otro lado, la colaboración con grupos europeos líderes en ataxia de Friedreich, nos ha permitido conocer de primera mano los avances en las investigaciones y compartir información y recursos que han beneficiado los proyectos de cada grupo.
Gracias a EFACTS hemos podido abordar un rastreo genético de diferentes rutas bioquímicas potencialmente implicadas en la patología de la ataxia de Friedreich. Los resultados nos han permitido identificar a la ruta de señalización de TORC1 como un modulador de los fenotipos de las moscas deficitarias de frataxina, como he comentado anteriormente.
EFACTS también nos ha permitido obtener un nuevo modelo en Drosophila para la búsqueda de genes que puedan ayudar a aumentar el nivel de expresión del gen que codifica para frataxina. Este nuevo modelo incorpora un número de repeticiones del triplete GAA dentro del rango patológico y nuestro objetivo es identificar genes cuya sobre-activación o silenciamiento permita modificar el grado de compactación que sufre la cromatina por el efecto de estas repeticiones.
La obtención de este modelo ha supuesto un reto para nuestro equipo, ya que podría no haber funcionado, como ocurre algunas veces cuando se generan nuevos modelos biológicos. No siempre funcionan como los investigadores desearían y hay que ir modificando las estrategias para conseguirlo. Bueno, de momento nos está funcionando y esperamos identificar modificadores genéticos que permitan el aumento de la expresión del gen para frataxina. Esperamos que los resultados que se obtengan identifiquen nuevas dianas terapéuticas para la ataxia de Friedreich, así como poder conocer cómo se produce el proceso de compactación de la cromatina asociado a las repeticiones GAA.
¿Hacia dónde se dirigen las investigaciones en la enfermedad?
El objetivo es obtener tratamientos que sean efectivos, por supuesto. Yo creo que eso lo tenemos todos los investigadores en mente, aunque hagamos una investigación más básica, pero que es necesaria para llegar a dicha meta. Hay aspectos menos estudiados en la ataxia de Friedreich, como la homeostasis del calcio y la dinámica mitocondrial, los procesos inflamatorios y la posible participación de otros metales, además del hierro, en los mecanismos patológicos de esta enfermedad. Se están generando nuevos modelos en ratón en los que la expresión del gen de frataxina se inhiba y posteriormente se active en diferentes momentos del desarrollo de la enfermedad. Esto permitirá estudiar si es posible revertir los diferentes síntomas y en qué estadios de la enfermedad.
También se están llevando a cabo varios estudios centrados en los tejidos más afectados en la ataxia de Friedriech. Uno de ellos es el ganglio dorsal, de hecho es el primero en el que se detecta la neurodegeneración, con especial atención en las neuronas propioceptivas que son las más dañadas. Otro tejido afectado es el cardiaco, cuya alteración es la causa más frecuente de mortalidad, y cuyo estudio está avanzando con la utilización de modelos en cardiomiocitos. Los modelos de Drosophila nos van a proporcionar una información muy valiosa sobre factores genéticos y farmacológicos que puedan modificar la evolución de la enfermedad.
¿Mantienen contacto con los pacientes?
Así es, mantenemos un contacto directo al menos una vez al año. De hecho, cada el penúltimo fin de semana de junio, la Federación Española de Ataxias (FEDAES) organiza unas jornadas científicas y de convivencia en la que los diferentes grupos españoles que trabajamos en ataxia de Friedreich, les presentamos a los pacientes y sus familiares el avance en nuestras investigaciones. Con el paso del tiempo hemos hecho buenos amigos entre los pacientes, sus familiares y los organizadores de estas Jornadas.
Mujeres como Isabel Campos y Pilar Martín hacen posible que estas reuniones se celebren cada año, pero su esfuerzo no queda aquí porque FEDAES también muestra su apoyo a los científicos españoles y sus proyectos más allá de nuestras fronteras, en las reuniones y conferencias de la Federación Europea de ataxias hereditarias y de FARA (The Friedreich’s Ataxia Research Alliance). De igual modo, a Juan Carlos Baiges, le tenemos que agradecer no sólo su presencia en las reuniones internacionales de las Asociaciones de pacientes, sino también su excelente blog que muestra, mes a mes, prácticamente todo lo que se publica en este tema.
Además, guardo un recuerdo muy especial de la primera jornada de FEDAES en las que participé y que se celebró en un monasterio jesuita de un pequeño pueblo de Valladolid, Villagarcía de Campos, un escenario donde se respiraba mucha tranquilidad. Allí conocí a un científico, Isaac Amela, del que admiré su entusiasmo en investigar la patología que él mismo padecía, la ataxia de Friedreich y con el que he tenido el placer de colaborar en un proyecto financiado por la Fundació La Marató de TV3. Por último, he de reconocer que en esas Jornadas, los pacientes y sus familias me enseñaron más a mí que yo a ellos, pues ellos me dieron toda una lección de vida.
