María Jiménez-Sánchez

Cambridge Institute for Medical Research, University of Cambridge

La enfermedad de Huntington es una enfermedad neurodegenerativa en la que una pérdida progresiva de las neuronas del cuerpo estriado y la corteza cerebral da lugar a un cuadro caracterizado por movimientos incontrolados y repetitivos, alteraciones en el comportamiento y demencia.

Esta enfermedad es un trastorno genético hereditario causado por una mutación en una proteína conocida como huntingtina. En individuos sanos, esta proteína presenta en su región amino terminal una repetición de entre 8 y 34 glutaminas. Una expansión en el triplete CAG, que codifica para el aminoácido glutamina, da lugar a extensiones anormales que cuando superan las 40 glutaminas resulta de manera inevitable en la aparición de la enfermedad. La extensión de glutaminas impide el correcto plegamiento de la proteína que se acumula en el cerebro de los pacientes en forma de agregados intracelulares. Aunque no se conoce con exactitud la causa de su toxicidad y no disponemos de tratamiento para frenarla, sabemos que un mayor número de glutaminas se correlaciona con un mayor número de agregados neuronales y con una edad más temprana de inicio de la enfermedad y mayor severidad de los síntomas que se presentan.

La formación de agregados de proteínas es una característica común a muchas enfermedades neurodegenerativas, incluidas la enfermedad de Alzheimer y Parkinson, para las cuales se desconoce su causa genética en la mayor parte de los casos. Por ello, el estudio de la enfermedad de Huntington, cuya etiología se conoce en el 100% de los casos, puede servir como modelo para estudiar y entender otras enfermedades neurodegenerativas.

En el trabajo publicado recientemente en la revista Nature Chemical Biology, el grupo de David Rubinsztein (Cambridge Institute for Medical Research) y Siena Biotech (Italia), tuvo como objetivo identificar nuevos factores que por un lado fueran capaces de reducir la toxicidad de la huntingtina y por otro lado permitieran el diseño de fármacos.

Para ello, se realizó un análisis a gran escala en el que se silenciaron 5.623 genes empleando ARN de interferencia pequeño (siRNA). Estos genes se seleccionaron entre todo el genoma en base a la posibilidad de desarrollar moléculas capaces de modular su actividad para el desarrollo fármacos. Un análisis automatizado de varios parámetros que evalúan la muerte celular permitió seleccionar 257 proteínas que cuando se disminuía su expresión reducían la toxicidad de la huntingtina en modelos celulares. Con el fin de validar estos hits y además explorar su efectividad en modelos in vivo, se realizó un segundo análisis en Drosophila melanogaster. Más comúnmente conocida como la “mosca de la fruta”, es un modelo muy usado para el estudio de enfermedades neurodegenerativas que permite realizar análisis genéticos con relativa facilidad y rapidez. Estos estudios permitieron identificar una proteína conocida como QPCT o glutaminil ciclasa, cuya inhibición reducía la toxicidad de la huntingtina así como la formación de agregados intracelulares.

QPCT es una enzima con actividad glutaminil ciclasa. Cataliza la formación de residuos de piroglutamato, una modificación postraduccional que tiene lugar en residuos de glutamina o acido glutámico localizados en el extremo amino terminal de proteínas o péptidos. En la enfermedad de Alzheimer, QPCT se ha visto implicada en la formación de piroglutamato en el péptido beta-amiloide de 42 aminoácidos, péptido que presenta un glutámico en amino terminal. Esta modificación aumenta su hidrofobicidad y su tendencia a formar agregados así como su toxicidad, por lo que la inhibición de QPCT es actualmente objeto de estudio en la enfermedad de Alzheimer.

Dado que QPCT sólo modifica glutaminas en amino terminal, la extensión de glutaminas de la huntingtina no podría ser modificada por QPCT, descartando que QPCT actúe de manera directa sobre huntingtina. Además, observamos que QPCT modulaba la agregación de otras proteínas con tendencia a formar agregados que presentaban una extensión de polialaninas en lugar de poliglutaminas. Esto indica que QPCT tiene un efecto general en la formación de agregados proteicos. Un análisis detallado a nivel celular indicó que QPCT era capaz de regular la expresión de una proteína con actividad chaperona, la alpha B-cristalina. Las chaperonas son proteínas que se unen a otras proteínas y facilitan su correcto plegamiento, lo cual explicaría que una inhibición de QPCT resulte beneficiosa no sólo para Huntington sino también para otras enfermedades neurodegenerativas.

Una vez descubierta la diana celular, en colaboración con Siena Biotech, el paso siguiente fue diseñar inhibidores de QPCT. Empleando análisis in silico y cribados in vitro, Siena Biotech desarrolló pequeñas moléculas que inhibían QPCT de manera especifica. Seguidamente, se ensayaron estas moléculas en varios modelos de la enfermedad, en los que la expresión de un fragmento de la huntingtina con una extensión de poliglutaminas reproduce la formación de agregados y toxicidad neuronal. Los inhibidores de QPCT resultaron ser efectivos en reducir la agregación y toxicidad en cultivos celulares, neuronas de ratón, moscas y peces cebra.

El siguiente paso sería optimizar estos compuestos químicos para poder comprobar su efectividad y seguridad en modelos de ratón de la enfermedad. Dado su efecto general en la regulación de chaperonas, la inhibición de QPCT puede resultar beneficiosa no sólo en la enfermedad de Huntington sino también en otras enfermedades neurodegenerativas. Asimismo, este trabajo demuestra la utilidad de análisis genómicos a gran escala para identificar nuevas dianas terapéuticas para el desarrollo de fármacos.

Referencia: Jimenez-Sanchez M, et al. siRNA screen identifies QPCT as a druggable target for Huntington’s disease. Nat Chem Biol. 2015 May;11(5):347-54. doi: 10.1038/nchembio.1790