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Virología

Microcefalia in vitro

El virus del Zika se replica en las células neurales debido a manipulaciones genéticas que interrumpen el desarrollo del cerebro

Cuando el virus del Zika invade el cerebro provoca alteraciones en el funcionamiento de la maquinaria genética, de modo tal que las células nerviosas dejan de dividirse y diferenciarse en los diversos tipos que componen el órgano encargado de comandar el funcionamiento del cuerpo. Asimismo, el microorganismo también activa genes que lo ayudan a replicarse. Dicho de esta manera, puede parecer casi obvio, pero para arribar a estas conclusiones se hizo necesaria la intervención de una junta de expertos de diversas instituciones brasileñas, que trabajaron con los más actuales modelos y técnicas, tal como se muestra en un artículo publicado el 23 de enero en la revista Scientific Reports.

“Podemos investigar la acción del virus en modelos con una complejidad celular creciente”, comenta el neurocientífico Erick Loiola, investigador de posdoctorado en Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino (Idor), en Río de Janeiro, uno de los autores del trabajo. Loiola se refiere al cultivo bidimensional de células nerviosas en placas, a los agrupamientos de células conocidos como neuroesferas y a los minicerebros u organoides cerebrales. Estos últimos constituyen estructuras más complejas que reproducen las características de un cerebro un poco más desarrollado, como el de un embrión a los tres meses de gestación. El investigador forma parte del grupo encabezado por el neurocientífico Stevens Rehen, docente de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) y director de investigación del Idor.

Desde 2009, investigadores liderados por Stevens Rehen cultivan linajes de células madre pluripotentes inducidas (iPS), que pueden generar una serie de tejidos partiendo de células adultas, fundamentalmente de la piel (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 156). A partir de allí, los científicos adquirieron pronto la técnica destinada a producir las versiones tridimensionales que sirven de modelo para el estudio de diversos aspectos del funcionamiento y del desarrollo del cerebro, tal como en el caso de los trastornos psiquiátricos que desde hace años Rehen estudia.

Se considera que los minicerebros constituyen modelos para el estudio de la microcefalia desde 2013, dos años antes de que el zika cobrara fama mundial debido al nacimiento de bebés con el cerebro menor que lo esperado para la edad gestacional y otros daños neurológicos. Y ya se los producía en Idor, al igual que las neuroesferas. Esto ubicó al laboratorio en una posición privilegiada para hacerle frente a la epidemia y testear los efectos del virus (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 242). El año pasado, el grupo apuntó que las neuroesferas infectadas por el linaje africano del virus del Zika se degradan y que las células infectadas tienen dificultades para formar agrupamientos.

ADN manipulado
Ahora fue el turno de examinar con mayor precisión lo que sucede en el desarrollo de las células infectadas por el linaje viral circulante en Brasil, aislado en un paciente del estado de Espírito Santo, y desde el punto de vista de la sala de comando: los genes. Esto fue posible analizando el ARN y sus productos –las proteínas– hallados en las células, como indicación de la actividad genética. “Analizamos las neuroesferas al comienzo de su desarrollo, antes de que las células empezaran a morirse”, explica la bióloga Juliana Minardi, quien realiza una pasantía posdoctoral en el Laboratorio de Neuroproteómica de la Universidad de Campinas (Unicamp), coordinada por el biólogo Daniel Martins-de-Souza. Los investigadores ya trabajaban en colaboración con Idor en el marco de un proyecto sobre la esquizofrenia, por eso resultó sencillo aplicar el mismo modelo a la infección por zika.

La idea era precisamente investigar qué causaba la deficiencia observada antes en el desarrollo de las neuroesferas, cuando las células progenitoras se diferencian en neuronas y en células de la glía (que forman la estructura del cerebro). Al analizar la diferencia entre células infectadas y sanas desde los primeros días, detectaron alteraciones en la producción de alrededor de 500 proteínas, un amplio repertorio como para causar alteraciones en una gama de funciones celulares. Tras identificarlas con base en estudios anteriores, quedó claro que el virus del Zika crea un ambiente de inestabilidad que impulsa la producción de proteínas ligadas a la reparación de ADN. Pero en la práctica, esas proteínas terminan por inhibir la producción de moléculas asociadas con la proliferación y la diferenciación de las células neurales y replican el material genético del virus. El resultado de esto son neuroesferas más escasas, esmirriadas y malformadas. “El ambiente que el virus genera en las neuroesferas lleva a sus células a interrumpir su ciclo normal de vida, incluso la diferenciación en neuronas”, concluye Martins-de-Souza.

Para los investigadores de la Unicamp, este tipo de observación detallada puede ayudar a identificar blancos interesantes de medicamentos que se encuentran en etapa de pruebas para otras enfermedades, además de otros aún no descubiertos. Un ejemplo de fármacos conocidos es la cloroquina, que se utiliza desde hace décadas contra el paludismo, que en pruebas con células neurales humanas y neuroesferas de ratones se mostró capaz de inhibir la proliferación del virus y la muerte de células, de acuerdo con un estudiocoordinado por el virólogo Amilcar Tanuri, de la UFRJ, en colaboración con el grupo de Rehen y publicado en diciembre en la revista Viruses (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 245). En otra colaboración se evaluó al antiviral sofosbuvir, normalmente utilizado contra la hepatitis C, y se detectó un efecto protector en minicerebros en un estudio encabezado por el biólogo Thiago Moreno Souza, de la Fundación Oswaldo Cruz (Fiocruz) de Río de Janeiro, publicado el 18 de enero en Scientific Reports. Loiola, también coautor de este artículo, considera que los resultados han sido altamente prometedores, aunque no todos los países han aprobado al sofosbuvir para su uso en embarazadas, cuyos fetos son las mayores víctimas del riesgo de microcefalia. “El laboratorio está listo para ofertar los tres modelos neurales, que varían en complejidad y en velocidad de respuesta, para su uso como plataforma de pruebas de fármacos”, afirma.

Proyecto
Desarrollo de un test predictivo para la medicación exitosa y la comprensión de las bases moleculares de la esquizofrenia a través de la proteómica (nº 2013/08711-3); Modalidad Joven Investigador; Investigador responsable Daniel Martins-de-Souza (Unicamp); Inversión R$ 4.774.285,05

Artículos científicos
GARCEZ, P. P. et al. Zika virus disrupts molecular fingerprinting of human neurospheres. Scientific Reports. v. 7, n. 40780. 23 ene. 2017.
SACRAMENTO, C. Q. et al. The clinically approved antiviral drug sofosbuvir inhibits Zika virus replication. Scientific Reports. v. 7, n. 40920. 18 ene. 2017.
DELVECCHIO, R. et al. Chloroquine, an endocytosis blocking agent, inhibits Zika virus infection in different cell models. Viruses. v. 8, n. 12, p. 322. dic. 2016.

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