El avance de Análisis de terapias moleculares para el tratamiento de la Enfermedad de Huntington

Análisis de terapias moleculares para el tratamiento de la Enfermedad de Huntington
Efrain D. Molotla, Karla X. Villeda

Resumen

La enfermedad de Huntington (EH) es un padecimiento genético neurodegenerativo que conduce al deterioro motor y cognitivo, actualmente no hay terapia que la cure. Es causada por la repetición del trinucleótido CAG que resulta en una expansión del tracto de poliglutamina dentro del gen huntingtina (HTT), esto se traduce en una proteína HTT mutante (muHTT) que adquiere funciones tóxicas. Sin embargo, la proteína HTT de tipo silvestre (wtHTT) cumple funciones vitales haciendo que las estrategias alelo-específicas de reducción de muHTT sean potencialmente más seguras que las estrategias no selectivas. Existen nuevas estrategias terapéuticas, tales como RNA de interferencia (iRNA), oligonucleótidos antisentido (ASOs), ribozimas, enzimas de DNA y métodos de edición de genoma, dirigidos a silenciar o reparar específicamente el gen muHTT que resultan muy prometedoras. En esta revisión, se analizan los avances y limitaciones de las tecnologías de silenciamiento de genes (ASOs y iRNAs) como herramientas terapéuticas eficaces para el tratamiento de EH. Se utilizaron distintas bases de datos para analizar estudios preclínicos recientes, estos han demostrado la utilidad de estas estrategias  al reducir los niveles de la proteína muHTT para retrasar o incluso bloquear la progresión de la enfermedad. Sin embargo, aún falta realizar mejoras antes de poder hacer uso de la terapia molecular en humanos.

Abstract

Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative genetic disorder that leads to motor and cognitive decline, there is currently no therapy to cure it. It is caused by the CAG trinucleotide repeat resulting in an expansion of the polyglutamine tract in the huntingtin (HTT) gene, which translates into a mutated HTT protein (muHTT) that acquires toxic functions. However, wild-type HTT protein (wtHTT) serves vital functions making allele-specific muHTT reduction strategies potentially safer than non-selective strategies. There are new therapeutic strategies, such as interference RNA (iRNA), antisense oligonucleotides (ASOs), ribozymes, DNA enzymes and genome editing methods, aimed at silencing or repairing specifically the muHTT gene. In this review, we discuss the advances and limitations of gene-silencing technologies (ASOs and iRNAs) as effective therapeutic tools for the treatment of HD. Different databases were used to analyze recent preclinical studies, which have demonstrated the utility of these strategies by reducing muHTT protein levels to delay or even block the progression of the disease. However, to make use of molecular therapy in humans it is necessary to make improvements.

Introducción

La EH es un padecimiento neurodegenerativo (causado por la pérdida de neuronas estriadas2) con un patrón de herencia autosómico dominante, es causada por una expansión del trinucleótido CAG en el extremo N-terminal del exón 1 (408 pb) del gen HTT que codifica para la huntingtina (348kDa)1; dicho gen se encuentra localizado en la posición 4p16.3 (Figura 1), su tamaño es de 180 kb, consta de 67 exones, tiene 13 transcritos y 68 genes ortólogos2, 3.

La secuencia repetida CAG se traduce en regiones de poliglutamina en el residuo 17 de la huntingtina originando una proteína defectuosa que forma cuerpos de inclusión y agregados amieloideos insolubles en el citoplasma y núcleo de las neuronas afectadas, como consecuencia se altera la sensibilidad de Ca2+ de las mitocondrias de dichas células, además de que se alteran las rutas de transducción de señales y como resultante la lisis neuronal de manera progresiva e irremediable8. La expansión CAG es polimórfica entre la población, en personas sanas los alelos tienen de 11 a 35 repeticiones y en personas afectadas los alelos mutados presentan de 36 a 121 repeticiones5.

Se sabe que la EH es causada por la expresión de muHTT con una tracto de poliglutamina anormalmente largo (> 40 Q) cerca de del extremo N-terminal14. La enfermedad es causada por un mecanismo tóxico de ganancia de función de wtHTT. De hecho, muHTT interactúa con muchos objetivos intracelulares, interrumpiendo su

[pic 1]

Figura 1. Locus del gen HTT. 

función normal, conduciendo a la disfunción neuronal y la pérdida en el estriado; también en otras estructuras del cerebro, como la corteza15. Se caracteriza por la pérdida progresiva de la función motora (pérdida de equilibrio y movimientos involuntarios), habilidad cognitiva (organización, priorización, control de impulsos, solución de problemas, entre otros) y el manifiesto de síntomas psiquiátricos (cambios de humor, irritabilidad, agresividad, ansiedad, entre otros)6. Esta enfermedad tiene una incidencia de 5 a 10 casos por cada 100 mil habitantes en Estados Unidos y  de 2 a 4 casos por cada 100 mil habitantes en México32, 33. Los síntomas ocurren en el mayor de los casos entre los 40 y 50 años de edad5 y los pacientes mueren 10 o 20 años después del diagnóstico1.

Desafortunadamente, la farmacoterapia actual sólo es capaz de proporcionar alivio sintomático temporal y falla en el tratamiento de la causa subyacente y la progresión de la enfermedad, todavía no hay terapia para disminuir la neurodegeneración. Sin embargo, en la última década, se han realizado una gran variedad ensayos de modelos en animales para evaluar los mecanismos fisiopatológicos de la enfermedad y para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para detener la progresión de la enfermedad y mejorar el nivel de atención de los pacientes con HD7, 13. Entre estas estrategias se encuentran las técnicas de edición de genomas y los enfoques de silenciamiento génico post-transcripcional usando ribozimas y enzimas de DNA, iRNAs y ASOs, todos permiten una reducción específica de la síntesis de muHTT. De hecho, estos enfoques se dirigen a los procesos ascendentes de la enfermedad y podrían permitir la intervención terapéutica incluso antes de que el daño celular se presente16.

Hay un enorme número de publicaciones en esta área, por lo tanto, en esta revisión se utilizaron distintas bases de datos como  NCBI, ENSEMBL, OMIM, PubMed, entre otros para obtener estudios recientes relacionados.

La intención del artículo es proporcionar una revisión del tratamiento para EH, realizando un análisis de los avances y las limitaciones de las tecnologías de silenciamiento de genes (ASOs y miRNA).

Oligonucleótidos antisentido (ASOs)

Desde hace más de 20 años los ASOs se han utilizado como una estrategia ideal para el silenciamiento de genes en diversos estados de la enfermedad17. Esta tecnología implica el uso de moléculas de DNA monocatenario (20-25 pb), que tienen secuencia complementaria al mRNA diana18. Pueden actuar tanto en el núcleo como en el citoplasma y conducir a la escisión del mRNA inducido por RNasa H. Sin embargo, dentro del núcleo, los ASOs también pueden hibridarse con pre-mRNA e inhibir y/o interferir con cualquiera de los siguientes procesos: capping de 5’, poliadenilación o empalme intrón-exón13, 19. En el citoplasma, los ASOs se unen generalmente con el mRNA maduro y reclutan RNAsa H para inducir la escisión del mRNA o inhibir la unión ribosómica al mRNA, dando lugar a la inhibición de la proteína13, 20 (Figura 2).

En los primeros estudios in vivo, los ASOs no alcanzaron los expectativas terapéuticas en una serie de ensayos clínicos; aunque penetraron con éxito las neuronas sin toxicidad notable, no se observó una reducción significativa en muHTT7, 20. La falta de eficacia en estos estudios pudo deberse a una alta susceptibilidad a la degradación de la RNasa H20. En contraste, se ha demostrado que los ASOs modificados reducen con éxito la expresión de HTT en fibroblastos humanos34,35.

Después de un periodo, los ASOs se han mejorado debido a varios desarrollos incluyendo modificaciones químicas del propio oligonucleótido, el uso de diversos

[pic 2]

Figura 2. Mecanismo de acción de RNA terapéuticos: (a) Las ribozimas son secuencias de RNA que se hibridan específicamente con el mRNA maduro en el citoplasma e inducen la escisión catalítica del mRNA diana. (B) Los oligonucleótidos antisentido (ASOs) pueden actuar tanto en el núcleo, al hibridarse con pre-mRNA, como en el citoplasma conduciendo a la escisión del mRNA inducido por RNasa H. (C) RNA de interferencia (RNAi): La cadena antisentido retenida en el complejo RISC guía el RISC al mRNA complementario para inducir la escisión endonucleolítica del mRNA. Abreviatura: AS-siRNA; RNA pequeño de interferencia antisentido13.

...