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Desarrollo de biomarcadores terapéuticamente relevantes para SCA3

Escrito por el Dr. Hannah K. Shorrock
Editado por el Dr. Vitaliy V. Bondar

La medición de los niveles de las proteínas de poliQ ATXN3 en el líquido cefalorraquídeo y plasma distingue a pacientes SCA3 de los individuos no afectados

Para que los medicamentos o terapias modificadores de una enfermedad se aprueben para su uso clínico, los tratamientos deben demostrar éxito en el cumplimiento de los criterios preestablecidos en ensayos clínicos. Por tanto, el diseño de los ensayos clínicos es sumamente importante para el desarrollo de terapias: es poco probable que ensayos mal diseñados resulten en una aprobación de la terapia. La posibilidad del desarrollo exitoso de tratamientos se incrementa al usar biomarcadores apropiados para medir la interacción de los ligandos a sus dianas moleculares, y así evaluar el éxito de la terapia. Las enfermedades neurodegenerativas raras como la Ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3) necesitan apoyo académico para reducir el riesgo de futuros ensayos clínicos y potenciar el éxito del desarrollo de fármacos. Para mejorar el diseño de los ensayos clínicos de SCA3 y la probabilidad de éxito, el grupo liderado por el Dr. Petrucelli, desarrolló una prueba para medir los niveles de la proteína de glutamina (poliQ) ATXN3 en el líquido cefalorraquídeo (LCR) y en el plasma sanguíneo.

El grupo usó una prueba basada en anticuerpos (inmunoensayo) para medir la cantidad de poliQ ATXN3 en biofluidos humanos para dos cohortes de estudio. La cohorte 1 comprende a 54 pacientes SCA3, 4 portadores presintomáticos de la expansión ATXN3, y varios grupos controles distintos: 56 individuos sanos, 21 individuos sintomáticos de otras formas de ataxia cerebelosa que incluyen diferentes tipos de ataxias espinocerebelosa, y 54 pacientes con enfermedad de la neurona motora causada por una expansión de repeticiones. Para los individuos de la cohorte 1, se disponía de plasma sanguíneo y/o LCR. La cohorte 2 incluyó el plasma de 30 controles sanos, de 40 pacientes SCA3, y de dos portadores presintomáticos de la expansión ATXN3. Para los individuos SCA3 en este estudio, se registraron las características clínicas que incluyen el puntaje SARA, motilidad de la marcha, edad de inicio de la ataxia, y duración de enfermedad.

En ambas cohortes, los niveles de poliQ ATXN3 pudieron perfectamente diferenciar los pacientes SCA3 de cada grupo control. Los niveles de ATXN3 fueron significativamente mayor en el plasma y LCR de los pacientes SCA3 comparados con los controles sanos, con los pacientes con otros tipos de SCA o ataxias cerebelosas, y con los pacientes con distintas enfermedades por expansión de repeticiones. Esto demuestra que los niveles elevados de poliQ ATXN3 son exclusivos para los pacientes SCA3 y pueden ser utilizadas como un biomarcador de diagnóstico, aunque la prueba genética seguirá mantendrá como el gold standard para el diagnóstico de SCA3. El grupo encontró que los niveles de poliQ ATXN3 en el LCR fueron significativamente mayor en portadores de la expansión ATXN3 sintomáticos comparados con portadores presintomáticos de la expansión ATXN3 y podría diferenciar con precisión entre portadores sintomáticos y presintomáticos de la expansión ATXN3. Sin embargo, no encontraron alguna asociación entre las características clínicas y los niveles de NfL en el plasma, NfL en el LCR, o niveles de poliQ ATXN3 en el LCR. Respecto a los niveles de poliQ ATXN3 en el plasma, hubo una débil pero significativa asociación entre una edad de inicio más temprana, un mayor deterioro en la marcha, y una mayor longitud de la repetición ATXN3 con niveles aumentados de poliQ ATXN3. Sin embargo, esta asociación no se mantiene significativa el análisis fue corregido según edad, sexo o duración de la enfermedad. Si bien esto sugiere que los niveles de NfL y de poliQ ATNX3 no son capaces de rastrear la progresión o severidad de la enfermedad, será necesario un estudio longitudinal de estos biomarcadores y características clínicas a lo largo del tiempo en los mismos individuos para evaluarse a profundidad.

Los niveles de la cadena ligera de neurofilamento (NfL) en el plasma y LCR han sido previamente identificados como biomarcadores clínicamente relevantes para las enfermedades neurodegenerativas. En el presente estudio, el grupo encontró que los niveles de NfL en el LCR fueron significativamente mayor en los pacientes SCA3 que en los controles sanos y la cohorte de pacientes con otras ataxias cerebelosas. Similar a la poliQ ATXN3, los niveles de NfL en el LCR perfectamente diferenciaron los controles sanos de los pacientes SCA3. Asimismo, la NfL aumentó significativamente en los pacientes SCA3 comparado a los controles sanos y los pacientes con otras formas de ataxia y se pudo diferenciar entre los controles sanos y los pacientes SCA3. Los nivels de NfL en el LCR y plasma fueron significativamente menores en portadores asintomáticos de la expansión ATXN3 comparados a los pacientes sintomáticos. Los niveles de NfL en el LCR podrían diferenciar perfectamente entre portadores sintomáticos y presintomáticos de la expansión ATXN3. Esto indica que la NfL en el LCR podría ser un biomarcador útil para determinar los criterios de inclusión para ensayos clínicos.

Para identificar si los niveles de poliQ ATXN3 o NfL pueden rastrear una progresión y severidad de la enfermedad, el grupo investigó asociaciones entre los biomarcadores y las características clínicas. Como era de esperar, según estudios previos, el grupo encontró una correlación significativa entre las repeticiones de mayor longitud, una edad más temprana de inicio de la ataxia, y un incremento en el puntaje de severidad de SARA. Sin embargo, no encontraron ninguna asociación entre las características clínicas y los niveles de NfL en el plasma, los niveles de NfL en el LCR, ni en los niveles de poliQ ATXN3 en el LCR. Para los niveles de poliQ ATXN3 en el plasma, hubo una ligera pero significativa asociación entre el inicio más temprano de la enfermedad, incremento de la discapacidad de la marcha, y tamaños más grandes de la repetición ATXN3 con niveles aumentados de poliQ ATXN3. Sin embargo, esta asociación no se mantuvo significativa cuando el análisis fue corregido según edad, sexo o duración de la enfermedad. Si bien esto sugiere que los niveles de NfL y de poliQ ATXN3 no fueron capaces de rastrear la progresión o severidad de la enfermedad, será necesario un estudio longitudinal de estos biomarcadores y características clínicas a lo largo del tiempo en los mismos individuos para evaluarse a profundidad.

Luego, el grupo quiso evaluar la habilidad de su inmunoensayo de poliQ ATXN3 para detectar cambios en los niveles de proteínas siguiendo una estrategia de reducción de ATXN3. Para llevarse a cabo, el grupo usó fibroblastos derivados de los pacientes SCA3 y controles sanos de los individuos en su estudio. Inicialmente, el grupo confirmó que los niveles de poliQ ATXN3 fueron mayores en fibroblastos de los pacientes SCA3 comparados a los fibroblastos de los controles sanos y de los pacientes con otras ataxias cerebelosas. También identificaron que los niveles de poliQ ATXN3 en fibroblastos SCA3 se correlacionaron significativamente con los niveles de poliQ ATXN3 en las muestras de LCR de los pacientes, pero no en las muestras de plasma. El grupo entonces trató a las líneas de fibroblastos SCA3 y control con ARNs pequeños de interferencia (ARNpi) direccionado a ATXN3 o con un ARNpi control. Los inmunoensayos de poliQ ATXN3 detectaron una reducción selectiva de los niveles de la proteína ATXN3 en un 48% a 72% en las líneas de fibroblastos SCA3 siguiendo el tratamiento con el ARNpi direccionado a ATXN3. Esto demuestra que el inmunoensayo de poliQ ATXN3 puede detectar cambios en los niveles de la proteína ATXN3 en respuesta a las terapias modificadores de enfermedades y puede medir la variable respuesta en los pacientes SCA3 frente a estos tratamientos.

El grupo de investigación tuvo una pregunta final que quisieron adjuntar al estudio: ¿es posible elegir selectivamente como diana al alelo ATXN3 que contiene la expansión de repeticiones? Elegir selectivamente como diana al alelo expandido minimizaría los efectos perjudiciales de la alteración del alelo normal. El grupo encontró que un particular polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) ubicado a 132 bases después del final de la expansión CAG de ATXN3, era mucho más frecuente en portadores de la expansión ATXN3 que en controles sanos. En el 87% de los portadores de la expansión SCA3 estudiados, un SNP que resultó en una proteína ATXN3 más corta y propensa a agregarse estuvo presente en dicha ubicación. Solo 47.7% de los controles sanos tuvieron este mismo SNP. En el 90% de los pacientes SCA3 con el SNP, este se encontró ubicado en la misma copia del gen ATXN3 que presentaba la expansión de la repetición CAG. El grupo concluyó que este SNP podría ser usado para distinguir entre el alelo ATXN3 no expandido y el alelo ATXN3 expandido que causa la SCA3 en los pacientes SCA3.

Los medios actuales para medir el éxito de las terapias en ensayos clínicos se basan en medidas clínicas, tales como el puntaje de SARA y la imagen por resonancia magnética (RMI). Sin embargo, hay limitaciones al usar estas medidas. Los puntajes de SARA son afectados por el sesgo del examinador y requiere cooperación del paciente; mientras que, los RMIs son costosos, y usualmente es difícil recapitular los resultados entre diferentes centros hospitalarios. A medida que las terapias potenciales para SCA3 se dirigen hacia los ensayos clínicos, se ha vuelto increíblemente importante desarrollar métodos confiables para evaluar y monitorear la eficacia del tratamiento. El desarrollo de inmunoensayos para medir biomarcadores terapéuticamente relevantes a partir de biofluidos de pacientes ayudará a mejorar el diseño del ensayo clínico para SCA3 y pavimentará el camino para desarrollar pruebas similares para otras SCAs causadas por expansión de repeticiones CAG.

Declaración de conflicto de interés
El autor y el editor declaran no tener conflicto de interés

Citación del artículo revisado
Prudencio, M., Garcia-Moreno, H., Jansen-West, K. R., Al-Shaikh, R. H., Gendron, T. F., Heckman, M. G., … & Petrucelli, L. (2020). Toward allele-specific targeting therapy and pharmacodynamic marker for spinocerebellar ataxia type 3. Science translational medicine, 12(566), eabb7086. https:/doi.org/10.1126/scitranslmed.abb7086

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