Blog "Ataxia y atáxicos"Por el Profesor Pierre Rustin.
Traducción de Miguel.A. Cibrián, paciente de Ataxia de Friedreich.
Este proyecto de investigación ha sido co-financiado por BabelFAmily, Ataxia UK, AISA, ACHAF, FARA, APAHE y FASI.
Breve resumen de nuestra contribución en el pasado.
1) - Comprensión FRDA:
La ataxia de Friedreich, en la gran mayoría de los casos, es consecuencia de una falta de función de la proteína frataxina, debido a una expansión GAA en el gen. Poco después de la identificación del gen implicado en esta enfermedad, se informó de la proteína hierro-azufre y del defecto mitocondrial en los tejidos afectados de los pacientes. Hemos descrito el círculo vicioso que parece subyacer en la enfermedad, asociando estrechamente la pérdida de clusters hierro azufre, un estrés oxidativo, y una acumulación de férrica mitocondrial, que se ha sugerido desempeñan un papel en alguna etapa de la enfermedad. Finalmente, hemos demostrado, en ratones, la respuesta alterada de las células a la provocación oxidativa de la frataxina con depleción.
2) - Tratamiento en FRDA:
Por lo tanto, como ya predijimos en 1999, el uso de un antioxidante mitocondrialmente orientado, debiera disminuir las consecuencias del agotamiento de frataxina. Así, rápidamente se inició el primer ensayo clínico con idebenona, con cierto éxito, al menos en la hipertrofia cardíaca, a menudo observada en los pacientes. Entonces, sugerimos utilizar un enfoque alternativo orientado directamente a la pérdida de la función de la frataxina, paso inicial de la enfermedad. Con este objetivo, hemos sugerido tratar de aumentar la transcripción total de las proteínas mitocondriales y de los componentes antioxidantes de las mitocondrias, incluyendo la misma frataxina, testando un receptor gamma PPAR. Así, hemos seleccionado un medicamento, pioglitazona, ya recomendado para combatir la diabetes, pero que también ha demostrado efecto protector en otras enfermedades neurológicas. A raíz de esta sugerencia, se inició en octubre de 2008 en nuestro hospital (2 años, 40 pacientes) un ensayo a doble ciego controlado con placebo.
Nuestro proyecto: Identificación de objetivos adicionales en la ataxia de Friedreich :
Una vez probado el uso de pioglitazona y de la idebenona, nos centramos en los pasos iniciales y terminales de la ataxia de Friedreich. Ahora tenemos como meta la idea de pasos adicionales, intermedios y críticos en las consecuencias celulares de la depleción de frataxina.
Hasta el momento, es muy difícil explicar los diferentes aspectos de las consecuencias celulares de la depleción de frataxina, es decir, la pérdida de clusters hierro-azufre, el estrés oxidativo y la acumulación de hierro mitocondrial. El abordaje de esto último, sin embargo, muestra una serie de evidencias, tanto en humanos como en ratones deficientes en frataxina, lo que sugiere que la acumulación férrica es más bien un fenómeno tardío. Además, recientemente, hemos presentado pruebas de que los quelantes del hierro mitocondrial son un arma peligrosa de doble filo. De hecho, el grave agotamiento del hierro mitocondrial resultaria en el bloqueo del hierro en las vías requeridas en la biosíntesis (hierro-azufre y hemo síntesis), resultando en muerte celular. Como consecuencia, cualquier uso a largo plazo de los quelantes dirigidos al hierro mitocondrial pudieran revelarse muy peligroso en humanos.
Curiosamente, la pérdida de clústers hierro-azufre se ha mostrado oxígeno-dependiente de la frataxina con depleción en mutantes de levadura, y fibroblastos humanos con baja frataxina, mostrando mayor sensibilidad al estrés oxidativo, pero con la actividad normal de la agrupación del hierro-azufre conteniendo enzimas. Esto sugiere que la hipersensibilidad al estrés oxidativo es un evento temprano, posiblemente anterior a la pérdida cuantitativa de clústers hierro-azufre. Atribuimos esta sensibilidad a la hiperdeteriorada inducción del superóxido dismutasa a esta agresión oxidativa. Recientemente, hemos establecido que ésta se origina a partir de un mayor deterioro general de las enzimas de fase II antioxidante por el factor de transcripción Nrf2.
Mientras varios equipos dedican mucho esfuerzo a descifrar la función de la frataxina en la biosíntesis de los clusters hierro-azufre, nosotros, en este proyecto, hemos decidido centrar nuestra atención en el mecanismo que pudiera explicar la pérdida de la función Nrf2 relacionada con el agotamiento de frataxina. Este mecanismo, desconocido, podría ofrecer nueva luz sobre la función de la frataxina, ayudando a identificar nuevos objetivos y a abrir camino a una nueva forma de contrarrestar la enfermedad.
Éste es un proyecto de varios años, que implica una serie de pasos:
A) Descifrar la naturaleza y composición del complejo proteína que liga la actina Nrf2 a la mitocondria: El intento por realizar este análisis se llevará a cabo mediante el estudio de diversas líneas celulares humanas (incluyendo las células derivadas de tejidos neuronales (como SK-N-AS) y células humanas primarias (fibroblastos de piel). Cabe señalar, que ya conocemos algunos de los componentes de este complejo, lo cual ayudará a la identificación de sus otros miembros.
- 1. El estudio incluirá análisis, por BN Page, del complejo previsto en condiciones no desnaturalizantes, utilizando las series disponibles de anticuerpos dirigidos contra presuntos miembros del complejo. El complejo será obtenido por la norma de métodos desplegables comenzando por la ruptura celular en condiciones suaves.
- 2. Si fuera necesario, espectrometría de masas basada en el análisis de complejo candidatos, ya sea a través de purificación del tándem de afinidad de proteínas etiquetadas de interés (posiblemente incrementando la relación señal-ruido a través de la generación de muestras limpias), o mediante un etiquetado isotópico estable de las proteínas, diferenciando entre contaminantes y positivas, usando técnicas cuantitativas EM. La reciente contratación por nuestro equipo de un especialista en estas técnicas, hará indispensable la máquina que, por cierto, está disponible en nuestro hospital.
- 3. La exclusión de participación de un subgrupo de frataxina podría estar al final de esta fase, ya que ha sido sugerida la existencia del supuesto subgrupo en el citosol de la célula.
- 4. El segundo paso será un estudio en paralelo, con una serie similar de análisis llevada a cabo en líneas celulares de pacientes. Ya hemos establecido el fenotipo de estas células.
B) Orientación de los distintos miembros del complejo: En esta parte del proyecto se evaluará el papel relativo de los diversos componentes del complejo, en particular, su papel en la sensibilidad al estrés oxidativo.
- 1. Utilizaremos ARNhc para eliminar diversos objetivos (componentes del complejo) en una línea celular (FLP-In T-Rex HEK-293) que permite una inserción única y dirigidos a un lugar definido cuya expresión puede estar en otra parte modulada por doxiciclina. Anteriormente hemos utilizado este método con éxito para expresar más de una proteína alotópica de la cadena respiratoria. La eliminación de la expresión génica específica cuantitativa será verificada por PCR y/o Western Blot.
- 2. Las células obtenidas se caracterizan por su amplio fenotipo, especialmente por obstaculizar el potencial de su sensibilidad al estrés oxidativo. Esto nos dará la oportunidad de modular las condiciones de cultivo celular para determinar si no son capaces de modificar las consecuencias que pueden incluir la estabilidad clusters hierro-azufre en estas células diferentes.
C) El eslabón perdido: En esta parte del proyecto, se tratará de caracterizar la relación existente entre la frataxina ubicada en la matriz mitocondrial y el complejo citosólico que contiene Nrf2. Varias hipótesis se pueden extraer para explicar la desorganización del complejo asociado con el agotamiento de la frataxina.
- 1. La primera hipótesis es el exceso de producción de especies oxidantes de frataxina con depleción de las mitocondrias en los fibroblastos de pacientes. Vamos a intentar probar esta hipótesis mediante el uso de sondas fluorescentes redox-sensibles, a sabiendas de que el flujo de electrones en la cadena respiratoria de la frataxina con depleción de células en cultivo no está cuantitativamente afectado. Todo un conjunto de células de la cadena respiratoria conocidas por ser deficientes de producción de tales especies oxidantes, serán utilizadas como controles positivos
- 2. La segunda hipótesis requeriría la existencia de una proteína hierro-azufre en el complejo Nrf2 altamente sensible (en comparación con otros ISP) a una disminución de frataxina mitocondrial. La indicación sobre la ocurrencia de dicha proteína pudiera derivarse de la primera parte de este estudio. Una proteína tal como Grx2 que se liga al clúster hierro-azufre para dimerizar, hubiera sido un candidato perfecto, pero previamente hemos establecido que no se ve afectada, en fibroblastos, por la depleción de frataxina.
D) Restauración de la respuesta normal al estrés oxidativo: Hemos establecido previamente que la captura de peróxidos de hidrógeno (un compuesto oxidante liberado por las mitocondrias), restaura la función normal Nrf2 en fibroblastos de pacientes. Sin embargo, el peróxido de hidrógeno capturado puede tener toda una serie de consecuencias no necesariamente restringidas o mediadas por un efecto vinculado al complejo Nrf2.
Nos gustaría:
- 1. Analizar y demostrar la consecuencia de la captura del peróxido en la estabilidad del complejo.
-2. Identificar nuevos compuestos capaces de reubicar Nrf2 en células agotadas de frataxina. Para esta parte del estudio se utilizarán fibroblastos procedentes de pacientes (conseguidos por rápido crecimiento de células), utilizando oxidantes para la muerte celular inducida (rastreo de localización Nrf2 restaurada) como criterio, y el uso del banco de compuestos (80 000) previamente probados en programas de investigaciones previas.
Resultados finales que pudieran (¡debieran!) incluirse:
- Una mejor comprensión celular de la respuesta al estrés oxidativo de la frataxina obstaculizada con depleción.
- Caracterización de un complejo protéico (y vías de señalización asociadas), que bien podría desempeñar un papel considerable en la ataxia de Friedreich y en otras enfermedades neurodegenerativas.
- Identificación de nuevo/s objetivo/s, y nuevo/s compuesto/s para ser probado/s en cuanto a contrarrestar la ataxia de Friedreich.
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Para ir al original en inglés en la página web de BabelFAmily: ORIGINAL
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