ADN en citoplasma celular implicado en la ceguera relacionada con la edad
ARRIBA: Una retina afectada por degeneración macular relacionada con la edadJAYAKRISHNA AMBATI, UNIVERSIDAD DE VIRGINIA
En 2011, la oftalmóloga Jayakrishna Ambati de la Universidad de Virginia y sus colegas hicieron una observación curiosa: en las capas retinales pigmentadas de muestras de ojos humanos afectados por una forma avanzada de degeneración macular relacionada con la edad (AMD), descubrieron altas concentraciones de transcripciones de Alu. Alu es una clase de elementos transponibles, bits de ADN que saltan alrededor del genoma a través de un mecanismo de copiar y pegar que ocurre en el núcleo. Otros estudios realizados por el equipo sugirieron que el ARN Alu de alguna manera estaba causando inflamación y muerte celular, pero era un misterio cómo.
A principios de este año, el equipo de Ambatis descubrió una pista importante. Sorprendentemente, en células de epitelio pigmentado de retina humana cultivadas, encontraron que las copias de ADN de Alu pueden ocurrir en la citoplasmina celular en forma de ADN complementario (ADNc) hecho de ARN mensajero. De hecho, esa fue la primera evidencia de que las células humanas son incluso capaces de sintetizar ADN en el citoplasma. Y fue el ADNc citoplasmático Alu el culpable de la muerte de las células de la retina, sugirieron sus resultados.
Vea que las células humanas pueden sintetizar ADN en su citoplasma
Ahora, en un nuevo informe publicado hoy (29 de septiembre) en Science Advances, Ambati y un equipo internacional de colaboradores confirma que Alu cDNA está presente en muestras de ojos de personas con atrofia geográfica, una forma avanzada de AMD. También precisan un mecanismo novedoso a través del cual el ADN citoplasmático desencadena una reacción inmunitaria que provoca la muerte celular: en esencia, imita una infección. Los hallazgos arrojan luz sobre nuevas estrategias terapéuticas para la atrofia geográfica, para la cual no existe un tratamiento probado.
Este es un mecanismo realmente genial, y necesita . . . comprender [el] mecanismo para diseñar terapias apropiadas, comenta Margaret DeAngelis, bióloga molecular y genetista de la Universidad de Buffalo que no participó en el estudio. Sin embargo, [como] con cualquier cosa, necesita validación y replicación para que sea traslacional.
Es una fortaleza de la investigación, agrega, que incluyó el análisis de muestras de tejido humano real. En el epitelio pigmentado de la retina de muestras oculares de 20 personas fallecidas que tenían atrofia geográfica, Ambati y sus colegas detectaron altas concentraciones de ADNc de Alu, que solo se detectó débilmente en unas 20 muestras de personas sin enfermedad ocular. Aún más sorprendente, dice Ambati, fue la distribución del ADNc en la retina. La atrofia geográfica se caracteriza por una expansión gradual, similar a una ameba, de una lesión que generalmente comienza en la periferia de la retina y eventualmente consume la mácula, el parche central de la retina que es esencial para la visión central. Los ADNc de Alu se encontraron exactamente en el borde de crecimiento más activo de las lesiones. . . brindando una ventana real de información sobre cómo se está expandiendo esto, dice Ambati, quien junto con varios coautores figura como inventor en múltiples patentes relacionadas con la investigación. Él y otro coautor también recibieron honorarios por consultoría de varias compañías farmacéuticas, y el otro coautor recibió fondos para investigación de una compañía de tecnología médica.
Su equipo llevó a cabo diferentes experimentos para investigar el mecanismo por el cual el cDNA de Alu se acumula en tal abundancia y podría conducir a la muerte celular. El efecto tóxico de las moléculas parecía depender de la presencia de ARN Alu y de la fuerte actividad de LINE 1 (L1), otro grupo de elementos transponibles que codifica una transcriptasa inversa que convierte el ARN como Alu en ADN. Los científicos establecieron esto, en parte, a través de experimentos con la rata arrocera norteamericana Oryzomys palustris, una especie cuyo genoma carece de copias funcionales de L1. Las ratas eran resistentes a los efectos degenerativos de la inyección de ARN Alu en sus ojos, dice Ambati. Pones un bote lleno de estas cosas allí, simplemente se ríen de eso. No le sucede nada a su retina.
En pruebas con ratones de laboratorio normales diseñados para carecer de diferentes sensores de ADN, el equipo descubrió que otro componente necesario para la toxicidad del ADNc de Alu es el sensor de ADN. guanosina cíclica 3,5-monofosfatoadenosina 3,5-monofosfato (cGAMP) sintasa (cGAS), una campana de alarma celular que se activa en respuesta a señales como el ADN potencialmente patógeno en el citoplasma celular. Varios experimentos posteriores, junto con los datos del trabajo previo de los grupos, apuntaron a una cascada en la que la activación del ADNc Alu de cGAS interrumpe la membrana mitocondrial, provocando que el ADN mitocondrial se derrame en el citoplasma. La presencia de dos poblaciones de ADN en el citoplasma vuelve a activar cGAS, que a su vez desencadena el inflamasoma NLRP3, un sensor innato del sistema inmunitario que desencadena una potente respuesta inflamatoria, provocando la muerte celular.
Este mecanismo relativamente sencillo es al menos para nosotros . . . una forma muy hermosa en la que esto está sucediendo, tan horrible como es, dice Ambati. En cuanto a cómo aumenta la concentración de ARN de Alu para empezar, eso podría deberse a la disminución relacionada con la edad de una enzima reguladora clave llamada DICER en el epitelio pigmentado de la retina, agrega.</p
Las células del epitelio pigmentario de la retina no se regeneran. Cuando mueren, las células fotorreceptoras que soportan también mueren, por lo que pierdes la visión, dice Alfred Lewin, genetista molecular de la Universidad de Florida que no participó en la investigación. Lo novedoso de este [estudio] es que es la primera vez que encuentran copias de ADN de Alu RNA en ojos donados por pacientes, agrega. Es teóricamente concebible que las células en las muestras humanas fueran simplemente senescentes, habiendo alcanzado un estado permanente de detención del ciclo de crecimiento en el que se sabe que el ADN nuclear se filtra hacia el citoplasma. Pero sus experimentos en ratas [de arroz] muestran que la presencia de este ADN depende de la presencia del ARN y de la transcripción inversa, señala Lewin. Sus argumentos son bastante sólidos.
Existen varias hipótesis en el campo de la DMAE sobre qué impulsa la degeneración del tejido retiniano, lo que implica estrés oxidativo, por ejemplo, o depósitos de lípidos que bloquean el flujo de nutrientes hacia la retina. Aunque Lewin dice que durante mucho tiempo pensó que el estrés oxidativo es probablemente el mecanismo impulsor, los nuevos datos presentan un caso convincente de que la inflamación impulsada por Alu cDNA podría desempeñar un papel importante en las personas con AMD, dice. No puedo discutir con los datos, comenta. Creo que fue muy detallado, fue muy convincente.
El hecho de que los elementos genéticos Alu puedan ser la base del mecanismo impulsor de la AMD es interesante y novedoso, dice DeAngelis, agregando, no creo que sea un mecanismo de enfermedad. AMD es una enfermedad compleja, con múltiples genes, vías y factores ambientales involucrados. Además, el estudio solo examinó la atrofia geográfica, que algunos consideran la etapa tardía de la forma seca de AMD, caracterizada por un secado y adelgazamiento de la mácula. Esa forma es distinta de la AMD húmeda, en la cual la sangre y otros fluidos se filtran hacia la mácula. Pero todavía no hay un consenso claro entre los expertos sobre cuántas etapas y tipos existen de AMD, señala. No sabemos si es una enfermedad progresiva que comienza desde etapas muy tempranas. . . o si se trata de [múltiples] enfermedades diferentes, agrega DeAngelis.
Para Ambati, solo hay una cosa buena sobre la DMRE: ocurre durante muchos años y tiende a comenzar en la periferia de la visión antes de avanza hacia el centro. Eso les da a los médicos una ventana de alrededor de 24 a 30 meses para detener la progresión de la enfermedad y prevenir la ceguera, dice Ambati, quien es cofundador de la compañía Inflammasome Therapeutics, que desarrolla tratamientos para AMD y otras condiciones degenerativas.
En el nuevo estudio, él y sus colegas también encontraron que el fármaco contra el VIH lamivudina, que parecía bloquear la transcriptasa inversa L1, así como la señalización del inflamasoma, protegía a los ratones contra los efectos de inyectar ADNc de Alu. Y el tratamiento de ratones con kamuvudina, fármacos experimentales desarrollados por Ambati y sus colegas que solo inhiben la actividad del inflamasoma, tuvo el mismo efecto. Ambati dice que cree que las kamuvudinas son un mejor enfoque para tratar la DMRE, ya que tienen menos efectos secundarios que los tratamientos contra el VIH.
Con ese fin, él y sus colegas están planeando ensayos clínicos a principios de 2022 para probar las kamuvudinas en pacientes en las primeras fases de la atrofia geográfica, dice. Ya es hora de que tengamos algunos tratamientos para esta condición. Dios sabe que lo necesitamos.