EDUARDO CESARPedro Fagian, uno de los donadores de células para el estudio, y uno de sus compañeros de la escuela: convivenciaEDUARDO CESAR
Si fuera un equipo de fútbol, el Laboratorio de Biología Molecular de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) sería similar al São Caetano de São Paulo: joven y modesto, pero bien equipado y eficiente, listo para sorprender a las estrellas de la genética. Flávio Henrique da Silva, que coordina a los 18 investigadores del laboratorio, dio el puntapié inicial para la formación de un ambicioso banco de datos genéticos: en un trabajo inédito en Brasil, concluyó el mapa de la expresión génica de un portador del síndrome de Down, uno de los accidentes genéticos más comunes, que se produce en uno de cada 700 nacimientos.
El recientemente concluido mapa es el primero de una serie de otros, ya en marcha, cuya meta es comprender las diferentes manifestaciones de ese problema genético por medio de la búsqueda de correlaciones entre el genotipo (el conjunto de los genes) y el fenotipo (la manera en que éstos se expresan físicamente – bajo la forma de personas bajas o altas, por ejemplo). El retardo mental y la debilidad muscular son signos comunes a todos los portadores, pero el síndrome frecuentemente causa problemas endocrinos y gastrointestinales, además de deficiencias del sistema inmunológico. Es elevada la incertidumbre sobre sus desdoblamientos: casi la mitad de los individuos afectados puede presentar problemas cardíacos o leucemia, en una probabilidad mayor que la de la población en general, y de forma precoz, entre los 30 y los 40 años de edad, el mal de Alzheimer, una enfermedad neuronal caracterizada por una creciente pérdida de memoria.
El mapa de la expresión génica – o transcriptoma -, el modo por el cual se procura entender los orígenes de los síntomas, es una interpretación funcional de los genes, una evaluación de la cantidad de ARN (ácido ribonucleico) que la célula utiliza en la síntesis de proteínas a partir de las secuencias de ADN (ácido desoxirribonucleico, portador del código genético) de cada gen. “Si un individuo tiene menos ARN de un determinado gen, va a producir menos proteína”, resume Silva. Como las proteínas codificadas por los genes regulan el funcionamiento de todas las células del organismo, esa asociación indica aquéllas relacionadas con el síndrome y permite entender más claramente la evolución del problema.
Este primer mapa consistió hasta ahora en el mapeamiento de 12 mil genes expresados (activos) en un tipo de células de la sangre, los leucocitos, de un paciente de 29 años, radicado en Passos, en el estado de Minas Gerais, la misma ciudad en la cual el investigador nació, y seleccionado precisamente debido a la posibilidad de elucidar las relaciones entre el síndrome y el envejecimiento. Uno de los resultados más notables de este estudio, llevado a cabo mediante la técnica Sage (análisis serial de la expresión génica), es la indicación de que se produce una disminución de la expresión de por lo menos 15 genes que codifican a las proteínas conocidas como citocinas, involucradas en la diferenciación celular y en la respuesta inmune, y otras, llamadas factores de transcripción, que regulan la expresión de otros genes.
Para confirmar que esos genes presentan una expresión diferencial con relación a los no portadores del síndrome y, por lo tanto, señalizan efectivamente diferentes manifestaciones de la enfermedad, Silva trabaja en el análisis de la expresión génica de otros 20 portadores de Down residentes en São Carlos. En este caso, son niños y adolescentes, como Pedro Pinheiro Fagian, un chico de 13 años que estudia, como cualquiera de sus compañeros, en el séptimo grado de la Escuela Oca dos Curumins. La muestra podrá ser ampliada aún más a través de la colaboración de investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (USP) de Ribeirão Preto, de modo que en el futuro, separando los pacientes por grupos a partir de los genes más o menos expresados, se pueda establecer una gama de patrones de expresión génica. Lo que se pretende a partir de dichos patrones es entender más precisamente los mecanismos responsables del síndrome y llegar a nuevas estrategias terapéuticas.
Para alcanzar sus objetivos, el equipo de São Carlos debe calcular el número de genes expresados en una célula. Esto no es nada fácil: además de que células diferentes expresan genes diferentes, la expresión también varía de acuerdo con la situación en la que la célula está. De cualquier manera, los genes detectados pueden ser utilizados para comparar el patrón global de expresión génica entre portadores del síndrome y con individuos no portadores.
Cromosoma triple
Descrito en 1866 por el médico inglés John Langdon Down (1828-1896), este síndrome fue inicialmente llamado mongolismo, y a su portador, mongólico, debido a los rasgos faciales característicos – términos de connotación racista excluidos en 1965 de las publicaciones de la Organización Mundial de la Salud. Sus causas solamente fueron develadas en 1959 por el francés Jérôme Lejeune (1926-1994), que identificó una anomalía llamada trisomía libre: en vez de 46 cromosomas (23 heredados de la madre y 23 del padre), el portador tiene 47, porque existe un cromosoma extra del par 21. Es decir, en lugar de dos, el portador tiene tres cromosomas 21.
En los últimos tiempos, la investigación sobre Down está siendo signada por un clima de intensa competitividad. En la delantera, se destacan dos cracks. Uno es el griego Stylianos Antonarakis, de la Universidad de Ginebra, Suiza, que coordinó el secuenciamiento completo del cromosoma 21. El otro es Xavier Estivill, del Institut de Recerca Oncologica de Barcelona, España, que en 1995 aisló el primer gen sospechado de participar en el cuadro clínico de Down, resultante de la sumatoria de la acción de un conjunto aún incierto de genes.
El equipo de São Carlos, entretanto, corriendo por fuera, encontró su propio espacio de reconocimiento en la búsqueda de los mecanismos que puedan explicar las manifestaciones del síndrome. El patrón de expresión génica de un individuo con Down es de por sí muy diferente que el patrón de un no portador, pero Silva espera hallar diferencias relevantes también entre los pacientes con el síndrome. En un abordaje paralelo al mapa de expresión génica, Silva coordina el estudio en profundidad de las proteínas sospechadas de estar involucradas en el cuadro clínico de Down. En un trabajo desarrollado con el Centro de Biotecnología Molecular Estructural del Instituto de Física de la USP de São Carlos, el equipo de Silva analiza actualmente 11 proteínas de la Región Crítica del Síndrome de Down – DSCR, de la sigla en inglés -, la parte cromosómica considerada sospechosa de ser la responsable de la producción de las proteínas involucradas en la enfermedad.
El reconocimiento de la DSCR surgió mediante la constatación de que no es necesario que haya un cromosoma 21 entero de más para que el síndrome se manifieste: algunos portadores tienen triplicado tan solo un fragmento, generalmente adherido al cromosoma 21 o al 14. Los genes de ese fragmento corresponden a la región crítica y se cree que algunos regulan la actividad de otros genes, provocando la vasta gama de manifestaciones del síndrome. Para confirmar esa hipótesis, se busca develar la función de las proteínas de la DSCR. Los estudios avanzan más en la DSCR-1, la primera proteína de la región crítica, expresada preferentemente en el cerebro, en el corazón y en los músculos, precisamente las áreas más afectadas en el síndrome.
Destinos
Una pista para confirmar esos mecanismos es la localización de la proteína, que define su papel en la célula – las proteínas implicadas en la regulación génica, por ejemplo, permanecen en el núcleo. En vista de esta situación, el equipo asoció la DSCR-1 a una proteína verde fluorescente (GFP o Green Fluorescent Protein) que sirve de marcador, la insertó en diversos tipos de células y observó: la DSCR-1 va al núcleo, un indicio de su papel regulador.
Al estudiar la interacción de la DSCR-1 con otras proteínas, el equipo de São Carlos, en simultáneo con los grupos del exterior, realizó un descubrimiento sorprendente: la DSCR-1 disminuyó la acción de la enzima calcineurina. Esta enzima es una fosfatasa – retira fosfato de proteínas. Una de esas proteínas, la NFAT (factor nuclear de células T activadas), debe perder un fosfato para llegar al núcleo de las células y activar a los genes que accionan la producción de las citocinas. Poco a poco, las relaciones se aclaran. “La calcineurina es la responsable, por ejemplo, de la desfosforilación de la proteína Tau, que se acumula hiperfosforilada en los pacientes con Alzheimer”, comenta Silva. “Si la DSCR-1 compite con la Tau por la calcineurina, la Tau hiperfosforilada puede acumularse en el cerebro de los pacientes, contribuyendo para la progresión del Alzheimer.”
Envejecimiento
La evolución precoz del mal de Alzheimer en portadores de Down también es tema del grupo de Marília Cardoso Smith, de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp). La investigadora estudia las relaciones del Alzheimer con la pérdida parcial del cromosoma 21, curioso fenómeno que ocurre durante el proceso de envejecimiento precoz de los pacientes.
Con el tiempo, explica Marília, entre un 2% y un 4% de las células de los portadores de Down pierde el cromosoma 21 extra. Pero no se vuelven normales: quedan con dos cromosomas 21 del mismo genitor (padre o madre), cuando lo normal es que haya un cromosoma de cada genitor. Se supone que ese fenómeno interfiere en la expresión de los genes y contribuye para la degeneración cerebral.
Comprendiendo los mecanismos de desarrollo del síndrome, los investigadores esperan combatir sus manifestaciones y mejorar la calidad de vida de los portadores. Pretenden también arribar a informaciones precisas sobre la estructura de las proteínas accionadas o bloqueadas, de manera tal de permitir el desarrollo de nuevos medicamentos. En ese punto del juego, los competidores están del mismo lado.
El Proyecto
Expresión y Localización Intracelular de DSCR-1 – Una Proteína Relacionada con el Síndrome de Down
Modalidad
Programa Joven Investigador
Coordinador
Flávio Henrique da Silva – UFSCar
Inversión
R$ 261.050,01
