La distrofia muscular de cinturas tipo 3 (LGMD D3) es una enfermedad rara que provoca una debilidad muscular progresiva, causada por mutaciones puntuales en la proteína hnRNPDL-2. Perteneciente a la familia de las ribonucleoproteínas (RNP), asociadas al ARN, es una proteína muy poco conocida, con capacidad de autoensamblarse para formar estructuras amiloides funcionales.

Los amiloides están formados por la unión de miles de copias de una misma proteína para dar lugar a fibras muy estables y estructuradas (agregados proteicos). Su formación se asocia frecuentemente a enfermedades como el párkinson y el alzhéimer, pero también son usadas por distintos organismos con fines funcionales, aunque el número de amiloides funcionales descrito en humanos es todavía escaso.

Investigadores de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) han determinado la estructura de las fibras amiloides formadas por la proteína hnRNPDL-2 en un estudio publicado en Nature Communications. Su arquitectura y su actividad sugieren que se trata de fibras amiloides estables y no tóxicas, que se unen a ácidos nucleicos en su estado agregado. Los resultados indican que la LGMD D3 podría ser una enfermedad por pérdida de función de la proteína: la imposibilidad de formar las estructuras amiloides descritas en el estudio causaría la patología.

La distrofia muscular de cinturas tipo 3 podría ser una enfermedad por pérdida de función de la proteína

“Nuestro estudio rompe con la hipótesis de que la agregación de esta proteína es la causante de la enfermedad y propone que es la incapacidad de formar una estructura fibrilar que ha sido seleccionada por la evolución para unir ácidos nucleicos lo que causaría la patología», indica Salvador Ventura, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular e investigador del Instituto de Biotecnología y Biomedicina (IBB-UAB), que ha dirigido la investigación junto al primer autor del trabajo, Javier Garcia-Pardo, investigador Juan de la Cierva-Incorporación del IBB.

Pérdida de función de la proteína
Los investigadores han determinado la estructura de las fibras amiloides de la proteína hnRNPDL-2 utilizando criomicroscopia electrónica (crio-EM) de alta resolución. Se trata de la primera estructura de un amiloide funcional humano formado por la proteína completa que se resuelve mediante esta técnica (antes solo se había hecho con estructuras formadas por fragmentos de estas proteínas). También es la primera estructura amiloide determinada a alta resolución por un grupo español.

La estructura de la proteína se diferencia de fibras de otras proteínas amiloides patológicas por presentar un núcleo altamente hidrofílico, que incluye el aminoácido asociado a la LGMD D3. En este caso, al contrario que en otras enfermedades, la formación de amiloides no es tóxica, sino necesaria para la función de la proteína.

Los resultados cambian el concepto del origen de la enfermedad y de cómo debería ser tratada, apuntan los investigadores. «Anteriormente, pensábamos, como ocurre en muchas enfermedades neurodegenerativas, que la LGMD D3 se originaba porque las mutaciones en los pacientes hacían que la proteína, inicialmente soluble, formara agregados y, por tanto, la búsqueda de moléculas antiagregantes podía ser una potencial terapia.

Ahora sabemos que eso sería un error, ya que es la no formación correcta de la fibra la que parece desencadenar la enfermedad; como resultado, moléculas que estabilicen esta estructura o faciliten su formación serían las más adecuadas», señala Salvador Ventura.

¿Cómo son las estructuras moleculares?
Ciertos amiloides humanos pueden experimentar agregación tanto funcional como patológica, por lo que es necesario comprender sus estructuras moleculares para entender sus cualidades y sus funciones distintivas. Por ejemplo, RNP similares a la estudiada en esta investigación, como hnRNPA1 o FUS, son capaces de formar fibras amiloides funcionales en respuesta al estrés celular, pero también pueden albergar mutaciones responsables de enfermedades.

Estas proteínas se caracterizan por una arquitectura modular, que incluye uno o más dominios de unión a ácidos nucleicos, junto con regiones desordenadas que son las responsables de la formación de su ensamblaje en estructuras amiloides funcionales o patológicas.

«En los últimos años se han resuelto las estructuras de varias fibras amiloides formadas por fragmentos de RNP. Sin embargo, estos ensamblajes pueden no coincidir necesariamente con los adoptados en el contexto de las proteínas completas, como es el caso de la estructura obtenida para la hnRNPDL-2 resuelta en nuestro grupo», expone Ventura. «De hecho, nuestra estructura difiere significativamente de las anteriores y cuestiona algunas de las asunciones que se daban por válidas respecto a la regulación de estas proteínas en las células», remarca.

Técnicas especiales
Para resolver la estructura de la hnRNPDL-2 en su estado ensamblado, el equipo de investigadores ha utilizado la técnica de crio-EM, aplicando técnicas especiales para resolver estructuras amiloides.

En los últimos dos años se ha conseguido resolver con esta técnica un número importante de estructuras de fibras amiloides, pero estas se corresponden principalmente con amiloides patológicos implicados en enfermedades sistémicas y neurodegenerativas.

Es la primera estructura amiloide determinada a alta resolución por un grupo español

«Nuestro descubrimiento evidencia el poder de la crio-EM para estudiar la función de las RNP y las razones de su vínculo con la enfermedad. Estas proteínas han sido poco estudiadas hasta ahora, pero se asocian con enfermedades como el alzhéimer, las distrofias musculares, el cáncer, los trastornos del neurodesarrollo y los trastornos neuropsiquiátricos. Así, nuestro objetivo ahora es aprovechar la experiencia adquirida en esta técnica para determinar los estados fibrilares de otros amiloides funcionales y estudiar el efecto de mutaciones, con el fin de comprender mejor sus implicaciones en la salud y en la enfermedad», apunta el investigador.

La puesta a punto de esta novedosa tecnología en la UAB ha de permitir a los investigadores explotar la recientemente instalada plataforma de crio-EM en el sincrotrón Alba, de la cual la universidad es socia. La resolución de este tipo de estructuras requiere mucha potencia computacional. El grupo de investigación de Plegamiento de Proteínas y Enfermedades Conformacionales del IBB,

https://ibb.uab.cat/wp-content/themes/viral/modules/ibb_membres/view_grup.php?CodiGrup=36

que dirige Salvador Ventura, acaba de adquirir un ordenador de alta potencia para ejecutar estos cálculos.

El trabajo ha sido liderado por el propio Ventura, con la participación de Javier García-Pardo, Andrea Bartolomé Nafría y Marcos Gil García, del grupo de investigación del IBB. La estructura ha sido resuelta en colaboración con el grupo de Stefano Ricagno y Martino Bolognesi (Università degli Studi di Milano Statale y Unitech Nolimits Center).

febrero 10/2023 (SINC)

Referencia:

Garcia-Pardo, J., Ventura, S. et al. «Cryo-EM structure of hnRNPDL-2 fibrils, a functional amyloid associated with limb-girdle muscular dystrophy D3«. Nature Communications (2023).

Los nuevos datos aparecen en Frontiers in Cell and Development Biology  y son el resultado del trabajo realizado por un equipo del Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) y de los Centros de Investigación Biomédica en Red (CIBER) de Enfermedades Infecciosas (CiberINFEC), coordinado desde la Unidad de Inmunopatología del sida del Centro Nacional de Microbiología, que dirige José Alcamí.

Los nuevos hallazgos están precedidos por otro trabajo, publicado en 2019 en Plos Pathogens,  en el que el equipo de Alcamí describía el segundo defecto genético conocido que protege de la infección por el virus VIH: la mutación en el gen de la Transportina 3, una proteína implicada en el transporte del virus VIH al núcleo de las células infectadas, se asocia con una protección frente a esta infección.

Paralelamente, la mutación también causa una enfermedad muscular rara denominada distrofia muscular de cinturas tipo D2 (LGMDD2). Esta enfermedad afecta a un centenar de pacientes, la mayoría registrados en España.

Este hallazgo, según se señalaba en el artículo, proporcionó un modelo de resistencia a la infección por el VIH que abría la puerta a la identificación de nuevas dianas terapéuticas frente a la citada enfermedad rara y para la infección por VIH.

Patogenia y marcadores 

La nueva investigación, cuyas autoras principales son Sara Rodríguez Mora y Francisco Díez Fuertes, ambos del CNM y el CiberINFEC, y en la que ha colaborado el equipo de Juan Jesús Vilchez, del Hospital Universitario La Fe de Valencia, profundiza en los mecanismos patogénicos por los que esta mutación provoca la enfermedad muscular, así como la resistencia a la infección por VIH. Identifica, además, biomarcadores que pueden ayudar a monitorizar el pronóstico y progresión de la distrofia muscular, facilitando su manejo clínico.

Según los investigadores, para este llevar a cabo este estudio, se reclutó a diez pacientes LGMDD2 de una familia española única, de la cual dos pacientes pertenecían a la tercera generación, cuatro pacientes a la cuarta generación y cuatro pacientes a la quinta generación.

La mayoría eran mujeres (un 60 %) con una mediana de edad de inicio de 10,88 años. Los síntomas más comunes de LGMDD2 fueron debilidad proximal a nivel pélvico-femoral (en un 80 % de casos), escápulo-humeral (en el 50 %), debilidad distal en la pierna (en un 70 %) y atrofia de la mano (en el 50 %).

El análisis del transcriptoma de los pacientes afectados por la enfermedad rara indica que los niveles de linfocitos en sangre periférica tenían un estado inflamatorio que afecta distintas rutas inmunológicas.

«Este incremento del nivel inflamatorio puede ser consecuencia de los daños provocados por la enfermedad muscular y, además, puede contribuir a agravarla. Además, este estado inflamatorio, y más concretamente la activación de las rutas de otro tipo de moléculas del sistema inmunitario -las proteínas interferón clase I-, representan una barrera frente a la infección por el VIH.

Otros factores implicados en el desarrollo de este tipo de distrofia muscular serían las interleucinas TNF, IL-17 e IL-1β la expresión de metalopéptidasas, y diversos interferones, que en conjunto sugieren una activación inmunitaria basal y un estado inflamatorio en los pacientes con LGMDD2.

La implicación de otras proteínas, como CHERP y SF3B4, deben estudiarse en mayor profundidad, pues «podrían estar relacionadas con mecanismos de ‘splicing’ o corte y empalme genético ligados al desarrollo de la enfermedad», indica la investigación.

 junio 05/2022 (Diario Médico)

Referencias:

Diez-Fuertes F., López-Huertas M.R., García-Pérez J., Calonge E., Bermejo M., Mateos E., Martí P., Muelas N., Vílchez J.J., Coiras M., Alcamí J., Rodríguez-Mora S.: Transcriptomic Evidence of the Immune Response Activation in Individuals With Limb Girdle Muscular Dystrophy Dominant 2 (LGMDD2) Contributes to Resistance to HIV-1 Infection. Front. Cell Dev. Biol., 13 May 2022 | https://doi.org/10.3389/fcell.2022.839813

Rodriguez-Mora, S., De Wit, F., Garcia-Perez, J., Bermejo, M., Lopez-Huertas, M. R., Mateos, E., … & Alcamí, J. (2019). The mutation of Transportin 3 gene that causes limb girdle muscular dystrophy 1F induces protection against HIV-1 infection. PLoS pathogens, 15(8), e1007958.

A medida que se envejece, los músculos del cuerpo tienden a debilitarse, un fenómeno que se conoce como sarcopenia y que comienza a los 40 años y se acelera después de los 75. Se trata de la mayor causa de discapacidad en los mayores.

Según el estudio del Columbia University Medical Center, desarrollado en ratones, la sarcopenia se produce cuando pierden calcio un grupo de proteínas de las células musculares denominadas canal receptor de rianodina.

Estas pérdidas de calcio activan una cadena de reacciones que, al final, limitan la capacidad de las fibras musculares para contraerse, según este estudio, liderado por Andrew R. Marks, profesor de Fisiología y Biofísica Celular.

Los receptores de rianodina, que son canales de calcio que se encuentran en la mayoría de los tejidos del organismo, han sido el objeto de estudio por parte del profesor Marks desde 1989. Tras clonar al gen receptor de la rianodina, descubrió, en estudios realizados en ratones, que los receptores de rianodina dañados están implicados en el desarrollo de fallos cardíacos y arritmias.

En el 2009, este investigador demostró que las roturas que sufren estos canales contribuyen también a la aparición de la distrofia muscular de Duchenne, una enfermedad genética caracterizada por la rápida y progresiva debilitación de los músculos del paciente y su muerte temprana.

Dado que la distrofia muscular y la sarcopenia presentaban puntos en común, Marks sospechó que las fugas que se producen en el receptor de rianodina podrían también estar implicadas en la pérdida de músculo relacionada con la edad, lo que ha sido demostrado en este último trabajo.

Tanto el proceso de envejecimiento como el defecto genético responsable de la distrofia muscular generan un incremento de la producción de radicales libres de oxígeno, que son moléculas altamente reactivas y dañinas.

\»Nuestros datos sugieren que esto establece un círculo vicioso, en el que los radicales libres hacen que los receptores de rianodina pierdan calcio en la célula. El calcio contamina la mitocondria y provoca la liberación de más radicales libres\», explica.

\»Esto, después, causa más pérdida de calcio. Con menos calcio disponible para la contracción, los músculos se debilitan\», añade otro de los autores principales de este estudio, C. Andersson, postdoctorado en Fisiología y Biofísica Celular de la CUMC.

Este estudio apunta incluso una posible terapia para la sarcopenia: un fármaco experimental denominado \»S107\» y desarrollado por el doctor Marks y su equipo. Este compuesto actúa estabilizando la proteína calstabin1, que se agarra a los receptores de rianodina y previene la pérdida de calcio.

Los investigadores administraron a ratones de 24 meses -aproximadamente, la edad equivalente a los 70 años en los humanos- el compuesto S107 durante cuatro semanas. Los animales mostraron mejoras significativas tanto en su fuerza muscular como en su capacidad para practicar ejercicio, en comparación con el grupo de control, que no recibió tratamiento.
agosto 5/2011 (JANO)

Daniel C. Andersson, Matthew J. Betzenhauser, Steven Reiken, Albano C. Meli, Alisa Umanskaya, Wenjun Xie, et. al. Ryanodine Receptor Oxidation Causes Intracellular Calcium Leak and Muscle Weakness in Aging. Cell Metabolism, volumen 14(2), 196-207,  agosto 3/2011.

Los pacientes que sufren esta enfermedad presentan un defecto en el gen de la proteína distrofina, que es un componente esencial para la estructura del tejido muscular.

Ahora, el equipo de la Universidad de Londres utilizó una nueva tecnología, la llamada técnica de antisentido, para reparar el daño en el gen de la distrofina y restaurar la producción de esta proteína.

En el ensayo preliminar de la terapia, llamada AVI-4658, participaron 19 niños con distrofia muscular de Duchenne. Y tal como señalan los científicos en la revista The Lancet
(Doi: 10.1016/S0140-6736(11)60756-3), los resultados son \»muy prometedores\».

Cerca de 1 de cada 4000 bebés varones nacen con distrofia muscular de Duchenne. La enfermedad causa desgaste muscular progresivo debido a la pérdida de células musculares, la cual es provocada por la falta de la proteína distrofina en la fibra muscular.

Para cuando un niño con la enfermedad cumple los 12 años de edad ya es incapaz de caminar y para el fin de su adolescencia su condición es tan grave que a menudo causa una muerte prematura. Esto debe a que la enfermedad afecta también a los músculos que se necesitan para respirar y para bombear sangre alrededor del organismo.

El profesor Francesco Muntoni y su equipo del Centro Neuromuscular Dubowitz, del Instituto de Salud Infantil de la Universidad de Lond. Todos recibieron el fármaco durante 12 semanas y antes y después del curso de tratamiento fueron sometidos a biopsias musculares.

Nuestros genes reciben instrucciones del código genético para producir proteínas pero cuando hay defectos o supresiones en el código este proceso puede quedar interrumpido.

En los pacientes con distrofia de Duchenne la falla está en el gen que se encarga de la producción de distrofina y desde hace tiempo los científicos buscan la forma de reparar las funciones de este gen.

El enfoque del profesor Muntoni consistió en inyectar porciones de ARN de antisentido -una especie de \»bisturí molecular\»- con el cual se extrajo una pieza del código genético para reparar la porción defectuosa.

El resultado, dicen los científicos, es un gen de la distrofina más corto, pero funcional. En el estudio algunos pacientes recibieron dosis altas de la terapia y otros dosis más bajas. Y los resultados mostraron que en siete de los 19, todos los que habían recibido dosis altas, se logró restaurar en algún grado la producción de distrofina.

Tal como explicó el profesor Muntoni \»el mejor resultado fue de 20% de los niveles normales de distrofina. Esto es realmente extraordinario considerando que el estudio fue sólo de 12 semanas\».

\»He trabajado con pacientes con distrofia muscular de Duchenne durante muchos años y ésta es la primera vez que podemos decir con confianza que hemos logrado un avance significativo en el desarrollo de un tratamiento dirigido\», señala el investigador.

Pero agrega que la técnica de antisentido, dirigida hacia una mutación genética específica, no será beneficiosa para todos los pacientes.

\»La segunda mutación más común afecta a 11% de los pacientes, para lo cual necesitamos otro \’bisturí molecular\’\».

De cualquier forma, señalan los investigadores la \»AVI-4658 tiene el potencial de mejorar la historia progresiva natural de distrofia muscular de Duchenne y ahora necesitamos investigar su efectividad en ensayos clínicos\».

Por su parte, la doctora Marita Pohlshmidt, directora de la Campaña para Distrofia Muscular del Reino Unido afirma que el estudio \»es muy importante\».

\»Si podemos cambiar los severos síntomas de Duchenne y volverlos más leves, sería fantástico\».

\»Durante los pasados 50 años hemos luchado para encontrar un tratamiento para esta devastadora enfermedad. Hoy podemos decir con verdadera confianza que vamos a ganar esta batalla\».

\»Los padres de estos niños pueden tener una esperanza real para el futuro\» agrega la experta.
Julio 25/2011 (Diario Salud)

Nota: Los lectores del dominio *sld.cu tienen acceso al artículo a texto completo a través de Hinari.

Sebahattin Cirak, Virginia Arechavala-Gomeza, Michela Guglieri, Lucy Feng, Francesco Muntoni. Exon skipping and dystrophin restoration in patients with Duchenne muscular dystrophy after systemic phosphorodiamidate morpholino oligomer treatment: an open-label, phase 2, dose-escalation study. Publicado en The Lancet. Julio 25/2011

El nuevo medicamento, nombrado SMT C1100, fue probado en un modelo de ratones afectados, los que mejoraron la fortaleza muscular y lograron un mejor rendimiento en rutinas de ejercicios, explicaron los especialistas de la Universidad de Oxford.

Según detallan en un artículo divulgado en la revista PLoS One (doi:10.1371/journal.pone.0019189), el compuesto incrementa los niveles de utrofina, una proteína similar a la distrofina, que deja de funcionar en los casos de distrofia.

Ensayos humanos preliminares no mostraron efectos adversos de importancia, sin embargo, los investigadores consideran necesario continuar y profundizar los estudios de control para mejorar la formulación.

Este trabajo no ofrece una solución final al problema, pero nos presenta una plataforma importante con la cual podemos avanzar y llevar a cabo una progresión seria por medio de ensayos clínicos, aseveró el profesor Max Parmar, del Consejo de Investigación Médica del Reino Unido.
Londres, mayo 5/2011 (PL)

Jonathon M. Tinsley, Rebecca J. Fairclough, Richard Storer, Fraser J. Wilkes, Allyson C. Potter, Sarah E. Squire, Dave S. Powell, et. al. Daily Treatment with SMTC1100, a Novel Small Molecule Utrophin Upregulator, Dramatically Reduces the Dystrophic Symptoms in the mdx Mouse.  PLoS ONE; publicado mayo 6/2011 .