11/6/2022

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Ciencia Nativa: Un avance contra la atrofia muscular espinal

Luego de muchos años de trabajo haciendo ciencia básica, un equipo de investigación argentino encabezado por Alberto Kornblihtt avanzó en el desarrollo de una nueva terapia combinada para tratar la atrofia muscular espinal, una enfermedad genética que daña las neuronas motoras. El trabajo alcanzó la tapa de la prestigiosa revista Cell.

Autor de la nota: Pablo Taranto

Pablo Taranto

Publicado el 11 de Junio de 2022


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Con el joven Luciano Marasco como primer autor, el grupo de Alberto Kornblihtt en el IFIBYNE llegó a la tapa de la revista Cell con una investigación que, según el prestigioso biólogo molecular, le cambió la vida: una terapia combinada para tratar la atrofia muscular espinal que los llevó del laboratorio a la realidad de pacientes y sus familias.

Seis años atrás, familiares de pacientes de atrofia muscular espinal entraron a la oficina de Alberto Kornblihtt en el IFIBYNE con una propuesta que no iba a poder rechazar. No lo hizo, pero les pidió cautela. Hoy, el prestigioso biólogo molecular argentino asegura que esta investigación le cambió la vida. El paper, que acaba de publicarse en Cell, una prestigiosa revista científica de la disciplina, y cuyo primer autor es Luciano Marasco, joven investigador del grupo que dirige Kornblihtt, ilustra el largo y a veces venturoso trayecto que va de los fundamentos de la ciencia básica hasta su aplicación, virtuosa además, en este caso, para mejorar la calidad de vida de quienes padecen una gravísima enfermedad.

La investigación apunta a una terapia combinada para la atrofia muscular espinal (AME) y descifra cómo el mecanismo de apertura de la cromatina durante la transcripción del gen clave en la enfermedad incrementa los efectos terapéuticos del oligonucleótido conocido como nusinersen o Spinraza, desarrollado originalmente por el investigador uruguayo Adrián Krainer, quien también colaboró en el trabajo. El paper también revela otro concepto novedoso, y es el modo en que estos oligonucleótidos que se están usando para el tratamiento de varias patologías afectan el estado de la cromatina del gen al cual se dirigen. (Una explicación más detallada de los mecanismos de ciencia básica que permitieron este hallazgo puede leerse en esta nota). 

Kornblihtt hace una breve reseña de “cómo fue que nos metimos en esto”, tras más de veinticinco años estudiando los efectos de la velocidad de la transcripción en la regulación del splicing alternativo, leitmotiv de la mayor parte de las tesis y “posdoc” de su grupo de investigadores.

“Estábamos al tanto de lo que Krainer había encontrado: el uso de un ASO, un oligonucleótido antisentido, para mejorar la inclusión del exón 7 en el splicing alternativo del gen SMN2. La inclusión de ese exón es clave para que el gen fabrique proteína sana. La FDA aprobó esa terapia en 2016. Pero aun antes de que se aprobara, los familiares nucleados en FAME se acercaron para plantearme que querían que investigáramos en la Argentina, sobre la base del splicing, una posible terapia para la enfermedad. Yo les dije que no trabajábamos en el tema, que no teníamos ninguna posibilidad de producir algo que fuera radical en la cura de la enfermedad. Y ellos dijeron: no importa, queremos que hagan ciencia básica acá en el país y los vamos a financiar. Fueron ellos, con su valentía, su lucidez y su perseverancia, los que nos convencieron de investigar en nuestro país las bases moleculares de esta terapia”.

“Lo primero que hicimos –explica Luciano Marasco, cuya tesis doctoral es este paper y que en breve partirá hacia su posdoctorado en la Universidad de Oxford– fue estudiar si la velocidad de la elongación de la transcripción (el proceso por el cual el ADN es copiado en ARN) cromatina afectaba o no el splicing alternativo del gen SMN2. Fue un experimento de ciencia básica, usando herramientas de biología molecular. Básicamente, se reemplaza la enzima que transcribe el ARN, llamada polimerasa endógena, por una polimerasa que tenga distinta velocidad de transcripción. Vimos entonces que con la polimerasa más lenta disminuía la inclusión del exón 7 del gen. Lo siguiente fue tratar líneas celulares con distintos inhibidores de la desacetilación de histonas, de modo de abrir la cromatina y acelerar el paso de la polimerasa, buscando una mayor inclusión del exón alternativo.” 

Sólo luego de esa primera constatación, Kornblihtt les dijo a las familias de FAME que sí, que había una punta para investigar. Con una condición: “Que no íbamos a cobrar nada, ni Luciano ni yo, que simplemente encargaríamos reactivos y las facturas se hicieran a nombre de FAME. O sea, nosotros no tocamos la plata –puntualiza Kornblihtt–. Es un tema delicado, a mí siempre me preocupó no abusar de familias que ya están en una situación de fragilidad”. Cuando la investigación avanzó, el grupo obtuvo otros dos subsidios consecutivos, evaluados en Estados Unidos y cofinanciados por Cure SMA (Spinal Muscular Atrophy), la asociación que nuclea a familiares en ese país.

“Realmente, al principio no teníamos ninguna expectativa de llegar al punto en el que estamos hoy. Lucho trabajó muchísimo, y también aprendimos muchísimo asistiendo a los congresos con los familiares, con los pacientes, siendo testigos de su sufrimiento pero también de la expectativa que genera esto. Todo esto fue un cambio de vida para mí. Quizás no tanto para Luciano, porque recién empieza. Pero para mí, que estuve 35 años trabajando en ciencia básica, de repente estar allí, con los pacientes y sus familias, fue totalmente conmovedor”.

Los trabajos en ratones empezaron un año después, cuando consideraron que el mecanismo ya estaba probado en células. Marasco viajó a Estados Unidos, al laboratorio de Adrián Krainer –el creador de Spinraza, el fármaco que revolucionó en el último lustro la terapéutica de la AME– en Long Island, y los experimentos con ratones resultaron exitosos, primero con el inhibidor tricostatina A, luego con ácido valproico, pero según el mismo principio: que la aceleración de la transcripción modificara el splicing alternativo y el gen defectuoso produjera más proteína sana. 

Pero, en el transcurso de la investigación, Marasco hizo otro descubrimiento respecto del oligonucléotido antisentido, fundamento de la terapia con Spinraza. “El ASO es básicamente una pequeña secuencia de ADN, químicamente modificada, que se aparea al ARN mensajero naciente de un gen que se está transcribiendo. En el caso del mensajero del gen SMN2, el exón 7 tiene una mutación que genera que se incluya poco. El ASO diseñado por Krainer desplaza un inhibidor que normalmente se pegaría al mensajero, haciendo que ese exón se incluya mucho más durante el splicing. Ahora bien, descubrimos que este tipo de ASO genera una pequeña metilación de las histonas de la cromatina en un sitio clave. La metilación es una marca de compactación de la cromatina. Por lo tanto, cuando nosotros abrimos la cromatina con ácido valproico, que es un inhibidor de la desacetilación de las histonas –las proteínas básicas que forman la cromatina junto al ADN–, eso contrarresta esa marca de metilación. En vez de compactarse, se abre, y eso aumenta considerablemente la inclusión del exón.”

El estudio concluye en la posibilidad de ir hacia una terapia combinada, el ASO más ácido valproico, que brindaría, en definitiva, un tratamiento más efectivo y una mejor calidad de vida para los pacientes con AME. Para Kornblihtt, el hallazgo de que el oligonucléotido produce una metilación en el gen y, por lo tanto, un efecto opuesto al buscado, porque desacelera la transcripción, “es la parte más novedosa y en cierto modo controvertida de este paper, desde el punto de vista mecanístico, y creo que por eso sedujo a los editores de Cell. Nosotros estamos advirtiendo a la comunidad científica. Ojo, van a usar ASO para curar cualquier enfermedad, pero pregúntense qué le pasa a la cromatina, si opera a favor o en contra de la terapia”. 

Entre quienes leyeron el manuscrito antes de su publicación está Phillip Sharp, profesor del MIT y Premio Nobel 1993 por el descubrimiento del splicing: “Este paper es fascinante –le escribió a Alberto Kornblihtt–. Abre la puerta a nuevas y fundamentales preguntas sobre la actividad génica y las relaciona directamente con los últimos tratamientos médicos”.

Desde el área de transferencia tecnológica del CONICET, en coordinación con la Secretaría de Investigación de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA), se presentó la solicitud internacional de una patente para el tratamiento combinado. Pero el desvelo del equipo del IFIBYNE es que pronto se realicen ensayos preclínicos y clínicos que permitan validar el descubrimiento, algo que, desde luego, demanda una fuerte inversión. Spinraza sigue siendo un fármaco de altísimo costo, y esta terapia combinada, sostiene Kornblihtt, “potencialmente podría abaratarlo”.

“Estamos aportando un granito de arena –cierra Kornblihtt–. Finalmente, el corolario de todo esto es algo que yo siempre he defendido, que es el apoyo a la ciencia básica. Porque no hay posibilidad de pasar seriamente a un desarrollo aplicado si no se tiene un conocimiento básico muy profundo. Además, la ciencia que tiene cierta repercusión, la ciencia como fenómeno colaborativo, es la ciencia que siembra, no siempre la que cosecha. Entonces, ya no existe la posibilidad de dar ese salto cualitativo si no hay antes un trabajo riguroso y sólido, de años. Pero cuando se invierte  tiempo y dedicación en la comprensión de esos mecanismos básicos, el salto llega, diría, casi naturalmente.”

 

La tapa de Cell

El joven biólogo Luciano Marasco, quien realizó la mayoría de los experimentos como parte de su tesis doctoral, es el primer autor del paper que está en la tapa de Cell. El segundo es el francés Gwendal Dujardin, que colaboró desde el laboratorio del biólogo molecular Nicholas Proudfoot, en Oxford, pero que hizo su posdoctorado en la Argentina con el grupo de Alberto Kornblihtt. También colaboraron en el estudio Rui Sousa-Luís, del Instituto de Medicina Molecular de Lisboa; Ying-Hsiu Liu; José Stigliano, italiano hijo de argentinos, graduado en Escocia y actualmente estudiante de doctorado del grupo de Kornblihtt; Tomoki Nomakuchi, colaborador de Adrián Krainer en el Cold Spring Harbor Laboratory de Nueva York; además de Proudfoot, Krainer y, desde luego, el propio Kornblihtt.

El trabajo se desarrolló sobre todo en la Argentina, en la sede del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, UBA-CONICET), con un subsidio del Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica y otro del CONICET, además de las becas doctorales de Marasco y Stigliano, y el apoyo financiero de FAME y CureSMA y de la Fundación Richard Lounsbery, de Estados Unidos.

Es el segundo paper en Cell para el grupo de Kornblihtt. El anterior había sido en 2009, con el entonces estudiante de doctorado y actual investigador y profesor Manuel Muñoz como primer autor. Y la ilustración de la tapa es una propuesta de los investigadores. La imagen fue realizada por Luciana Giono, notable artista además de investigadora del IFIBYNE, y está inspirada en los móviles del escultor estadounidense Alexander Calder.

La placa blanca simboliza el exón 7, cuya inclusión en el splicing alternativo restaura los niveles de proteína necesarios para la terapia contra la atrofia muscular espinal. Spinraza promueve esa inclusión pero también provoca la metilación de histonas en el gen SMN2 (H3K9me2, placa verde), lo cual mitiga ese resultado positivo. Sin embargo, al estimular la acetilación de las histonas (H3K9Ac, placa roja), se contrarresta ese efecto, lo que favorece la inclusión del exón 7 entre los exones 6 (placa azul) y 8 (placa amarilla).

 


Pablo Taranto es integrante de NexCiencia de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA

 

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