Los agregados de Huntington interrumpidos por un polímero similar a una proteína rescatan neuronas en un modelo de ratón

Científicos de las universidades Northwestern y Case Western Reserve han desarrollado la primera terapia basada en polímeros para el trastorno genético de la enfermedad de Huntington, una enfermedad neurodegenerativa incurable que provoca la degradación de las células nerviosas del cerebro.

El nuevo tratamiento aprovecha los polímeros de cepillo de péptidos, que actúan como un escudo para evitar que las proteínas se unan entre sí. En estudios con ratones, el tratamiento rescató con éxito neuronas para revertir los síntomas. Los ratones tratados tampoco sufrieron efectos secundarios significativos, lo que indica que la terapia no fue tóxica y fue bien tolerada.

Aunque se necesitarán más ensayos, los investigadores pueden plantear la hipótesis de que el tratamiento podría administrarse mediante una inyección una vez a la semana para retrasar la aparición de la enfermedad o reducir los síntomas en futuros pacientes con la mutación genética. Nathan Gianeschi, PhD de Northwestern, quien dirigió el desarrollo de la terapia con polímeros, y sus colegas informan sobre su trabajo avance de la cienciaEn un artículo tituladoEl polímero proteomimético previene el daño mitocondrial, rescata las neuronas de Huntington y retarda la aparición de neuropatología in vivo."Es emocionante que estos estudios respalden la idea de los 'polímeros como terapéuticos' en lugar de los polímeros como portadores de moléculas de fármacos en el sentido específico de servir como sistemas de entrega de carga útil", dijo el equipo en su artículo.

Gianeschi es profesor de Química Jacob y Rosalyn Cohn en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Biomédica en la Facultad de Ingeniería McCormick de Northwestern, así como profesor de Farmacología en la Facultad de Medicina de Feinberg. También es miembro del Instituto Internacional de Nanotecnología. Gianeschi es coautor con Xin Qi, PhD, Janet M. y Joseph S. Silber, profesor de ciencias del cerebro y codirector del Centro de Investigación y Terapéutica Mitocondrial de la Universidad Case Western Reserve.

Los autores informaron que la enfermedad de Huntington (EH) es una enfermedad neurodegenerativa fatal, autosómica dominante, que afecta de cuatro a trece personas por cada 100.000 en las poblaciones occidentales. Las personas con enfermedad de Huntington tienen una mutación genética que hace que las proteínas del cerebro se pleguen mal y se agrupen. Estos cúmulos interfieren con la función celular y, en última instancia, provocan la muerte celular. Los investigadores agregaron: "La EH se caracteriza por disfunción motora, movimientos involuntarios, distonía, deterioro cognitivo, deterioro intelectual y alteración emocional". "Los síntomas suelen aparecer en adultos, comenzando entre los 30 y los 50 años..." A medida que avanza la enfermedad, los pacientes pierden la capacidad de hablar, caminar, tragar y concentrarse. La mayoría de los pacientes mueren entre 10 y 20 años después de la aparición de los síntomas.

"La enfermedad de Huntington es una enfermedad terrible y mortal", afirmó Gianeschi. “Si tienes esta mutación genética, contraerás la enfermedad de Huntington. es inevitable; no hay manera. No existe un tratamiento real para detener o revertir la enfermedad, y no existe cura. Estos pacientes realmente necesitan ayuda. Entonces, empezamos a pensar en una nueva forma de afrontar esta enfermedad. Las proteínas mal plegadas interactúan y se agregan. "Hemos desarrollado un polímero que puede combatir esas interacciones".

Nuevo estudio conduce Trabajo anterior del laboratorio de Qi. En la Reserva Case Western. En 2016, Qi y su equipo identificaron una proteína (proteína que contiene valosina o VCP) que interactúa anormalmente con la proteína mutante de Huntington (MTHTT), una interacción proteína-proteína intracelular (PPI), que causa agregados de proteínas. Estos agregados se acumulan dentro de las mitocondrias de la célula, un orgánulo que produce la energía necesaria para impulsar las reacciones bioquímicas de la célula. Sin mitocondrias funcionales, las células se vuelven disfuncionales y luego se autodestruyen. El equipo continuó en su trabajo recientemente publicado: "El MTHTT en las mitocondrias se une por error a la proteína que contiene valosina (VCP), provocando una acumulación anormal de VCP mitocondrial, lo que resulta en una mitofagia excesiva y la posterior muerte de las células neuronales".

Como parte de ese estudio de 2016, Qi también descubrió un péptido natural que interrumpe la interacción entre VCP y la proteína Huntington mutante. En las células expuestas al péptido, tanto la VCP como la proteína Huntington mutante se unieron al péptido en lugar de entre sí.

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"El equipo de Qi ha identificado un péptido que proviene de la propia proteína mutante y regula fundamentalmente la interfaz proteína-proteína", dijo Gianschi. "Ese péptido previno la muerte mitocondrial, por lo que resultó prometedor". Pero el péptido en sí enfrentó varias limitaciones. Debido a que las enzimas los descomponen fácilmente, los péptidos tienen una vida útil corta en el cuerpo y, a menudo, tienen dificultades para ingresar a las células de manera efectiva.

"Un inconveniente importante de la mayoría de los fármacos basados ​​en péptidos es la escasa permeabilidad innata de la membrana celular, de modo que muchos fármacos basados ​​en péptidos no logran alcanzar sus objetivos intracelulares previstos", escribió el equipo. Los péptidos, continuó, tienen un peso molecular naturalmente bajo, lo que permite una rápida eliminación renal. "Esta rápida eliminación renal se asocia con una baja estabilidad y una alta susceptibilidad a la rápida degradación por enzimas proteolíticas in vivo, lo que lleva a un rendimiento deficiente general de los fármacos basados ​​en péptidos".

Para que un péptido prevenga la enfermedad de Huntington, debe cruzar la barrera hematoencefálica en cantidades suficientes para evitar la agregación de proteínas a gran escala. "La huella del péptido con respecto a la interfaz proteica es muy pequeña", explicó Gianschi. “Las proteínas se adhieren entre sí como si fueran velcro. En esta analogía, una proteína contiene ganchos y la otra contiene bucles. El péptido en sí es como intentar deshacer un parche de velcro separando un gancho y un bucle a la vez. Para cuando llegues al final del parche, la parte superior ya se habrá vuelto a unir y se habrá sellado nuevamente. Necesitábamos algo grande para alterar toda la interfaz".

Para superar estos obstáculos, Gianeschi y su equipo desarrollaron un polímero biocompatible que muestra múltiples copias del péptido activo. La nueva estructura, llamada polímero similar a una proteína (PLP), consiste en una columna vertebral de polímero con péptidos unidos como ramas. La estructura no sólo protege a los péptidos de enzimas destructivas, sino que también les ayuda a cruzar la barrera hematoencefálica y entrar en las células. El equipo continuó: "A diferencia de las configuraciones de polipéptidos clásicas, biológicas y lineales, hemos desarrollado una nueva clase de" polipéptidos ", en los que los péptidos forman cadenas laterales que surgen de una estructura polimérica".

En experimentos de laboratorio, Ziansky y su equipo inyectaron polímeros similares a proteínas en un modelo de ratón con enfermedad de Huntington. Los polímeros permanecieron en el cuerpo 2.000 veces más tiempo que los péptidos tradicionales. En exámenes bioquímicos y neuropatológicos, los investigadores encontraron que el tratamiento prevenía la fisión mitocondrial, manteniendo la salud de las células cerebrales. Según Gianeschi, los ratones que padecían la enfermedad de Huntington también vivían más tiempo y se comportaban más como ratones normales. Los resultados colectivos de sus experimentos demostraron que el tratamiento "redujo la neuropatología y los fenotipos conductuales en modelos animales con EH", dijeron los autores.

"En un estudio, se probaron ratas en una prueba de campo abierto", dijo Gianeschi. “En los animales con Huntington, a medida que avanza la enfermedad, se quedan en los lados de la caja. Mientras que los animales normales se mueven de un lado a otro para explorar el espacio. Los animales tratados con la enfermedad de Huntington también empezaron a hacer lo mismo. Es bastante fascinante ver animales comportándose de forma más normal que otros".

A continuación, Gianeschi seguirá optimizando el polímero y planea explorar su uso en otras enfermedades neurodegenerativas. "A mi amigo de la infancia le diagnosticaron Huntington mediante pruebas genéticas cuando tenía 18 años", dijo Gianeschi. “Ahora está en un centro de vida asistida porque necesita atención las 24 horas del día y a tiempo completo. Sigo muy motivado, tanto a nivel personal como científico, para seguir recorriendo este camino”.

En su artículo, los autores concluyeron: "Si se puede generalizar, el PLP sirve como una tecnología de plataforma para introducir péptidos líderes en las células, incluido el objetivo de proteínas difíciles y actualmente inaccesibles; en particular, la problemática colección de PPI es prometedora como herramienta para contener una enfermedad aún indefinida. interfaz de conducción."