Stefan Pulst, neurólogo de la Universidad de Utah, atiende a cientos de pacientes cada año con enfermedades cerebrales desconcertantes. Pero hace 15 años, conoció a un paciente que pensó que podría ser la clave para resolver un misterio que llevaba una década.
El paciente padecía ataxia espinocerebelosa tipo 4 (SCA4), una enfermedad neurodegenerativa progresiva que causa debilidad muscular, dificultad de movimiento y pérdida de sensibilidad en manos y pies. A pesar de ser parte de un grupo de más de 40 condiciones de SCA, “SCA4 se ha destacado como un pulgar dolorido durante bastante tiempo”, dijo Peter Todd, un neurólogo de la Universidad de Michigan que no es colaborador de Pulst. Su causa genética ha eludido más de dos décadas de estudios.
Otro grupo de investigación de la Universidad de Utah rastreó la base genética de SCA4 hasta una región del brazo largo del cromosoma 16 en 1996.1 Pero todos los estudios posteriores no lograron precisar la mutación genética exacta que causó SCA4. Ni siquiera el ADN del paciente de Pulst de 2009 pudo resolver el misterio.
Ahora, impulsado por los avances tecnológicos y las asociaciones con familias afectadas por la enfermedad, el equipo de Pulst finalmente ha identificado la mutación que causa SCA4. Para un estudio publicado en Genética de la naturalezautilizaron secuenciación de ADN monocatenario de lectura larga para encontrar una secuencia repetitiva que aparece muchas más veces en personas con SCA4.2 En el lapso de unos pocos meses, informes de otros tres grupos de investigación implicado el misma mutación en SCA4.3-5
Aunque Pulst tuvo cuidado de señalar que esto aún no apunta a una cura, el estudio sienta las bases para un mejor diagnóstico y comprensión de cómo las neuronas se vuelven locas en SCA4. “Por eso es importante encontrar genes”, dijo. “Ahora podemos decirle claramente a un paciente: ‘Tienes la mutación SCA4′”.
Los genetistas que buscaban la mutación SCA4 estuvieron perplejos durante años por la región de interés en el cromosoma 16. Era particularmente complicado investigar con tecnologías de secuenciación convencionales porque estaba lleno de secuencias repetidas que la mayoría del software de análisis ignoraría al unir lecturas cortas de secuenciación. La abundancia de nucleótidos de guanina (G) y citosina (C) en la región también significaba que las cadenas de ADN estaban estrechamente unidas, lo que dificultaba la amplificación del ADN problemático para análisis de seguimiento. Pero con la secuenciación de lectura larga, que puede escanear tramos enteros repetidos de ADN en una sola pasada, Pulst finalmente encontró una herramienta que estaba a la altura de la tarea.
En el nuevo estudio, su equipo utilizó un secuenciación de lectura larga monocatenaria de alta fidelidad método que podría navegar fácilmente por las repeticiones y las regiones ricas en GC.6 Cuando secuenciaron miembros de una familia de Utah con y sin SCA4, los investigadores encontraron un patrón intrigante de repetición de nucleótidos GGC en la homeobox 3 del dedo de zinc (ZFHX3) gen, que codifica un factor de transcripción previamente implicado en trastornos del desarrollo.7 Las personas sin SCA4 normalmente tenían 21 repeticiones de GGC, pero las personas con SCA4 tenían hasta 74 repeticiones.
“[The study] apunta a regiones oscuras del genoma que albergan mutaciones que sólo pueden identificarse con tecnologías novedosas”, dijo Pulst.
Este tipo de mutación, llamada expansión repetida, es un impulsor relativamente común de enfermedades neurodegenerativas. El ejemplo más famoso es la enfermedad de Huntington. Pulst se sorprendió al descubrir que en SCA4, las repeticiones ocurrían en una parte del gen que instruye a las células a insertar aminoácidos de glicina adicionales en la proteína ZFHX3, lo cual no es típico de las enfermedades impulsadas por la expansión repetida. Aunque los investigadores no identificaron el mecanismo exacto, sus experimentos en células madre y fibroblastos revelaron que la mutación de alguna manera impide los esfuerzos de las células por descomponer los desechos celulares mediante la autofagia.
El siguiente paso necesario será seguir trabajando para comprender el mecanismo por el cual la mutación causa SCA4, según Clevio Nóbrega, neurocientífico de la Universidad de Algarve que no participó en la investigación. “Este [study] Es un avance, pero no cambia el hecho de que la SCA4 aún es incurable”, afirmó Nóbrega. Para centrarse en tipos de células más relevantes para la enfermedad, el equipo de Pulst está ampliando actualmente sus estudios a neuronas generadas a partir de células madre de pacientes con SCA4.
Cuando se trata de desarrollar nuevas terapias, Pulst se muestra cauteloso. Aunque su equipo está explorando oligonucleótidos antisentido que pueden detener la producción de proteínas defectuosas, “todavía queda un camino muy largo”, dijo, señalando enfermedades como la enfermedad de Huntington, donde se conoce la mutación genética pero no han surgido fármacos eficaces.
Sin embargo, los pacientes podrán ver pronto los beneficios de este descubrimiento genético. Según Pulst, conocer la mutación responsable de SCA4 debería acelerar los diagnósticos porque los médicos ahora pueden realizar pruebas explícitas para detectar esta mutación. Todd, que no participó en el estudio actual, es parte de un equipo que recientemente propuso una plataforma para utilizar secuenciación de lectura larga para diagnóstico genético de ataxias impulsadas por la expansión repetida;8 su equipo ya ha incorporado la mutación SCA4 a su batería de pruebas.
Otras dos afecciones neurodegenerativas, el síndrome de ataxia/temblor asociado al cromosoma X frágil y la enfermedad de inclusión intranuclear neuronal, también tienen expansiones repetidas de GGC, y otras formas de ataxias tienen otros tipos de expansiones repetidas. Todd sospecha que encontrar puntos en común entre estas enfermedades podría ayudar a explicar cómo las expansiones repetidas causan enfermedades cerebrales.
“Veo pacientes con ataxias y, francamente, es un poco frustrante en este momento porque tengo muchos pacientes para los cuales no tenemos un diagnóstico”, dijo Todd. “Espero que una mayor identificación ayude a dar forma al panorama de estas enfermedades”.
Referencias
1. Flanigan K, et al. Ataxia espinocerebelosa autosómica dominante con neuropatía axonal sensorial (SCA4): descripción clínica y localización genética en el cromosoma 16q22.1. Soy J Hum Genet. 1996;59(2): 392–399.
2. Figueroa KP, et al. Una expansión repetida de GGC en ZFHX3 La codificación de poliglicina causa ataxia espinocerebelosa tipo 4 y altera la autofagia.. Nat Genet. 2024.
3. Wallenius J, et al. Expansiones de repetición de trinucleótidos exónicos en ZFHX3 Causa ataxia espinocerebelosa tipo 4: una enfermedad de poliglicina.. Soy J Hum Genet. 2024;111(1):82-95.
4. Chen Z, et al. La secuenciación adaptativa de lectura larga revela la expansión repetida de GGC en ZFHX3 asociada con la ataxia espinocerebelosa tipo 4. Trastorno Mov. 2024;39(3):486-497.
5. Paucar M, et al. La ataxia espinocerebelosa tipo 4 es causada por una expansión de GGC en el ZFHX3 gen y se asocia con disautonomía prominente y signos de neurona motora. medRxiv. 2023.
6. Wenger AM, et al. La secuenciación circular precisa de lectura larga por consenso mejora la detección de variantes y el ensamblaje de un genoma humano. Nat Biotecnología. 2019;37(10):1155-1162.
7. Pérez Baca MDR, et al. Haploinsuficiencia de ZFHX3que codifica un actor clave en el desarrollo neuronal, causa discapacidad intelectual sindrómica. Soy J Hum Genet. 2024;111(3):509-528.
8. Van Deynze K, et al. Detección y genotipado mejorados de repeticiones en tándem asociadas a enfermedades utilizando HMMSTR y secuenciación de lectura larga dirigida. medRxiv. 2024.