RICCARDO CASSIANI-INGONI / SCIENCE PHOTO LIBRARYBello y agresivo: un astrocito, la célula cerebral que se reproduce descontroladamente en el glioblastomaRICCARDO CASSIANI-INGONI / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Los biólogos celulares Marco Prado y Glaucia Hajj compartieron la tarde del último 13 de marzo en un salón oscuro de un palazzogótico ubicado a orillas del Gran Canal, la vía de transporte más transitada de Venecia. En el Instituto Véneto de Ciencias, Letras y Artes, ellos escucharon, durante casi tres horas, a investigadores extranjeros que exponían acerca de sus trabajos recientes en los cuales asocian el origen de la enfermedad de Alzheimer con la interacción entre el oligómero beta-amiloide, un conglomerado de fragmentos de proteína tóxico para las células cerebral es, y el prión celular, una proteína producida naturalmente por el organismo que desempeña una función protectora en el sistema nervioso central.
Marco y Glaucia no se sorprendieron por lo que vieron. Los investigadores brasileños y sus colaboradores en São Paulo y Río de Janeiro habían demostrado en los últimos años que el prión celular (PrPC) cumple un rol fundamental en el desarrollo saludable y la supervivencia de las neuronas. El año pasado, el grupo comprobó que el beta-amiloide impide el funcionamiento adecuado del PrPC, un fenómeno que parece ser común en las fases iniciales del Alzheimer, antes de que las células comiencen a degradarse y morir.
Tal como sucede con relativa frecuencia, ninguno de los disertantes recordó mencionar las investigaciones brasileñas. Al finalizar las presentaciones, Marco concluyó: “Ahora están notando lo que nosotros observamos años atrás. En cierto momento percibirán que están reinventando la rueda”. Y decidió no manifestarse para no acaparar la atención de los grupos que actúan en instituciones de investigación mayores y con más experiencia en Alzheimer. “En ese caso me pareció mejor actuar como minero [de Minas Gerais] y comer por los bordes”, comentó el investigador días después, de regreso en Canadá, donde dirige un laboratorio en la Universidad de Western Ontario.
Marco y sus colegas brasileños cuentan con buenas razones para evitar la exposición, por el momento. Él, junto con la bioquímica Vilma Martins, del Hospital A. C. Camargo, de São Paulo, aguardan en los próximos meses la publicación de dos importantes artículos al respecto del rol del prión en las enfermedades cerebrales. Uno de ellos representa un paso adelante con respecto a las ideas discutidas en Venecia. En ese trabajo, del cual Vilma y Marco solamente hablan sin brindar detalles, reúnen evidencias de que interferir en la comunicación entre el beta-amiloide y el PrPC puede evitar los efectos tóxicos provocados por el oligómero, que se forma en las etapas iniciales del Alzheimer.
En estudios publicados en el Journal of Biological Chemistry y en el Faseb Journal, habían demostrado que la señalización celular mediada por el PrPC implica la participación de otras proteínas de la membrana con funciones importantes en el Alzheimer.
Tiago CirilloLos investigadores brasileños fueron los primeros en investigar las proteínas que, así como el beta-amiloide, también se conectan con el PrPC, en especial, la stress inducible protein-1 o STI-1. Vilma estudia esa proteína desde los años 1990, cuando comenzó a trabajar con el oncólogo Ricardo Brentani, y fue la primera en producir su versión sintética. A comienzos de este año, ella y Marco obtuvieron en Estados Unidos la patente provisoria para utilizarla como neuroprotector.
En experimentos realizados durante esos 15 años, Vilma y su equipo demostraron que la STI-1 es una compañera casi inseparable del prión celular. Producida por otra célula cerebral –el astrocito–, ella viaja en el medio extracelular hasta la superficie de la neurona, donde se adhiere a la proteína prión celular y dispara comandos químicos que favorecen la supervivencia de la célula. Ahora Vilma intenta utilizarla para bloquear el efecto tóxico del beta-amiloide.
Sumados a los logros de otros grupos, estos resultados generan una mejor y más compleja comprensión al respecto de cómo se instalan y evolucionan las enfermedades neurodegenerativas asociadas con el mal funcionamiento de la proteína prión celular.
El grupo brasileño considera que el PrPC actúa como un administrador de información fuera de la célula. Las moléculas del medio extracelular, tales como la beta-amiloide o la STI-1, se conectan con el PrPC formando un complejo que se desliza por la membrana de la célula tal como una balsa e interactúa con otras proteínas de la superficie de la neurona: los receptores celulares, encargados de hacer que la información del medio externo alcance el interior de la célula. Dependiendo de cuál se asocia con el PrPC, los efectos pueden ser protectores o tóxicos.
Este enfoque, presentado hace cinco años por los brasileños, también abre el camino para la búsqueda de nuevas estrategias destinadas a combatir enfermedades tales como el Alzheimer y las encefalopatías espongiformes, entre ellas, el mal de la vaca loca y su versión humana, las diferentes formas de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, provocadas por una versión deformada del PrPC.
Bajo la coordinación de Rafael Linden, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), Vilma, Marco, Iván Izquierdo, de la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul, y Ricardo Brentani, quien era presidente de la fundación que mantiene al A. C. Camargo y director presidente de la FAPESP cuando falleció el pasado mes de noviembre, realizaron la más amplia revisión del papel de la proteína prión celular. En el trabajo, publicado en 2008 en la revista Physiological Reviews, ellos sugieren que la muerte de las neuronas en las enfermedades causadas por priones no se debe solamente al efecto tóxico del PrPC deformado. Ello también ocurriría por la pérdida de la protección proporcionada por el prión celular.
Lo imaginado para esas enfermedades, según sugieren los brasileños, parece ser aplicable a las fases iniciales del Alzheimer. La conexión entre las enfermedades provocadas por priones y la enfermedad que debilita la memoria reside en que, en ambos casos, la señalización del PrPC queda trunca. Aunque por motivos diferentes. En el primer caso, a causa de un defecto en el propio PrPC. En el segundo, porque su acción es bloqueada por el beta-amiloide. “No afirmamos que la toxicidad no mate a la célula”, dice Vilma. “Creemos que, aparte de ese proceso, la célula también muere porque el prión celular deja de protegerla”.
El funcionamiento adecuado del prión celular resulta esencial para mantener a las neuronas vivas. Durante la última década, Vilma, Marco, Brentani, Rafael y otros investigadores brasileños acumularon diversas evidencias de que, en el cerebro, aquél desencadena reacciones químicas que protegen a las células de la muerte programada y estimulan el desarrollo de dendritas, las ramificaciones que conectan a las neuronas entre sí. Además, el prión celular resulta fundamental para la conformación de la memoria (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 148).
Envejecimiento
Pero los efectos benéficos sólo se observan en un organismo sano. A medida que envejece, el cuerpo comienza a procesar en forma anormal una proteína que atraviesa la membrana de las neuronas, la proteína precursora del amiloide. El resultado es la acumulación de fragmentos (péptidos) que se adhieren unos a otros y forman pequeños conglomerados, los oligómeros beta-amiloides.
Glaucia Hajj/Hospital A.C. Camargo
Neuronas sanas, con sinapsis preservadas y neuronas afectadas por el beta-amiloide (en rojo)Glaucia Hajj/Hospital A.C. CamargoEn 2009, el grupo de Stephen Strittmatter, de la Universidad Yale, en Estados Unidos, uno de los disertantes en Venecia, demostró que esos conglomerados se unen al prión celular. Ese descubrimiento provocó un gran impacto al establecer una conexión inesperada entre las enfermedades causadas por priones, atemorizantes, aunque raras en seres humanos, y el Alzheimer, la enfermedad neurodegenerativa más común en ancianos.
El trabajo, que fue presentado en la revista Nature, infundió nuevo aliento a los laboratorios de Europa y Estados Unidos que investigaban la acción infecciosa de los priones y se debilitaron luego de la crisis económica de 2008. Pero no respondía algo importante: ¿qué sucede luego de que el beta-amiloide se une con el prión celular? Mediante test conjuntos con Fernanda De Felice y Sergio Ferreira, investigadores de la UFRJ que estudian los orígenes del Alzheimer, los equipos de Marco y Vilma hallaron la respuesta.
El beta-amiloide corrompe la transmisión de informaciones que vienen desde afuera hacia el interior de la neurona. Al adherirse al PrPC, el beta-amiloide impide que aquél sea engullido por la neurona, en una inmersión temporal que orienta a la célula a ramificarse. Fabiana Caetano, Flavio Beraldo y Glaucia exponen en 2011 en el Journal of Neurochemistry que, sin esa unión, los efectos protectores pueden desaparecer.
La constatación de que el beta-amiloide retiene al PrPC en el exterior de la membrana reforzó la hipótesis que sostiene que, en el Alzheimer, fundamentalmente en las fases iniciales, el efecto tóxico de los oligómeros es precedido por una alteración en el funcionamiento del prión celular. Otros trabajos avalan esa idea. En un artículo que será publicado en julio en la revista Prion, Nigel Hooper, de la Universidad Leeds, Inglaterra, otro de los asistentes en Venecia, afirma haber detectado niveles más bajos de PrPC en el cerebro de pacientes con Alzheimer, aunque tan sólo en los casos de Alzheimer espontáneo, de origen no hereditario.
“La pérdida o la disminución de la función no es el único factor, pero es importante”, explica Vilma. Recientemente, ella y Marco dieron inicio a un estudio destinado a evaluar la eficacia de la STI-1 para inhibir la adherencia del beta-amiloide al prión celular en animales. Pretenden tratar ratones genéticamente alterados para presentar síntomas de Alzheimer y verificar si es posible detener el avance de la enfermedad.
Vilma también investiga la interacción entre la STI-1 y el prión celular para intentar combatir otra grave enfermedad del sistema nervioso central: el glioblastoma. Este agresivo tumor cerebral, que ocasiona la muerte en pocos meses, aparece por la proliferación descontrolada de células derivadas de los astrocitos, que nutren a las neuronas y defienden al sistema nervioso central contra microorganismos invasores.
Los astrocitos arrojan en el medio extracelular esta proteína excitante del prión, que actúa tanto sobre las neuronas como sobre los propios astrocitos. Mientras promueve diferenciación en las neuronas y la autoregeneración de células precursoras neuronales, observada por Tiago Santos, del A. C. Camargo, y Marilene Lopes, de la Universidad de São Paulo, la STI-1 bloquea la reproducción de los astrocitos en el cerebro sano. En el laboratorio del bioquímico Vivaldo Moura Neto en la UFRJ, el médico Rafael Erlich notó que las células del glioblastoma también secretan STI-1. En este caso, sin embargo, la proteína dispara la proliferación de las células tumorales.
La estrategia ideada por el grupo consiste en bloquear la actividad del prión celular, sin lo cual la célula no prolifera, mediante una competencia química. Pero, en este caso, sin utilizar la STI-1, que origina el problema. Para resolverlo, ellos optaron por utilizar un fragmento sintético de esa proteína que se adhiere al PrPC sin activarlo. El péptido, patentado por Vilma cuando trabajaba en el Instituto Ludwig de Investigaciones sobre el Cáncer, ya pasó por una prueba con ratones con glioblastoma humano. Los resultados son prometedores. El péptido retrasó el crecimiento del tumor y preservó la capacidad cognitiva de los animales, alterada en las fases avanzadas de la enfermedad. Sin embargo, aún no es posible prever si esas estrategias permitirán obtener un medicamento. “Aquello que funciona con animales”, recuerda Vilma, “no siempre produce los mismos efectos en las personas”.
El Proyecto
Mecanismos asociados con la función de la proteína prión y su adherente STI-1/Hop: abordajes terapéuticos (nº 2009/14027-2); Modalidad Proyecto Temático; Coordinadora Vilma Regina Martins – Hospital A. C. Camargo; Inversión R$ 1.700.557,50 (FAPESP)
