El uso de oligonucleótidos antisentido dirigidos hacia la ataxina-3 mutante puede mejorar la disfunción de las neuronas de Purkinje

Comprender qué tipos de células son importantes para la aparición de la enfermedad es vital para el desarrollo de terapias y opciones de tratamiento para los pacientes. Si un tipo de célula no se ve afectado, no es necesario abordarlo con terapias. Para ayudar a nuestra comprensión de los tipos de células relevantes en SCA3, este estudio se propuso entender el papel que desempeñan las anomalías de las neuronas de Purkinje en las enfermedades. 

Curiosamente, en la SCA3 las neuronas de Purkinje no se degeneran, ni mueren, en la misma medida que se observa en otras ataxias. Esto podría sugerir un rol menos importante de estas células en el deterioro motor de la SCA3. Para investigar si esto es cierto, los autores se preguntaron si el tratamiento con oligonucleótidos antisentido (ASO) podría remediar los cambios en la disfunción de las neuronas de Purkinje y mejorar el comportamiento motor en la SCA3. El resultado: El tratamiento con ASO sí mejora la disfunción de las neuronas de Purkinje en la SCA3, hasta cierto punto.  

La ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3), también conocida como enfermedad de Machado-Joseph o MJD, es una forma de ataxia de herencia dominante. Causada por la expansión de las repeticiones CAG en el gen denominado ATXN3, esta expansión da lugar a una secuencia de poliglutamina más larga en la proteína ATXN3. La SCA3 se caracteriza por la pérdida progresiva de neuronas en múltiples áreas del encéfalo. Una de estas regiones es el cerebelo. Se sabe que el cerebelo controla nuestra coordinación y equilibrio, y el correcto funcionamiento de las células de Purkinje es esencial para la ejecución de estos comportamientos. 

Las neuronas sanas utilizan impulsos eléctricos que les permiten comunicarse entre sí. Este proceso se conoce como disparo neuronal o spiking. El trabajo coordinado de los distintos canales iónicos favorece el normal y consistente spiking en las neuronas de Purkinje. En los modelos de ratón con SCA3 en fase inicial, las neuronas de Purkinje pierden su spiking espontáneo y hay una actividad reducida de ciertos canales iónicos que permiten que los iones de potasio entren y salgan de la neurona. 

Las alteraciones en el funcionamiento de estos canales iónicos de potasio contribuyen a los cambios en la función de las neuronas de Purkinje y a los problemas de movimiento. Sin embargo, el rol exacto del spiking neuronal en los problemas de movimiento todavía no está claro. Los autores de este estudio se plantearon la siguiente pregunta: ¿puede el tratamiento con ASO recuperar la función de los canales iónicos, el disparo neuronal y el movimiento? Para ello, los investigadores analizaron las fases temprana, media y tardía de la enfermedad en un modelo de ratón SCA3 con, o sin tratamiento con ASO. 

Observaron seis canales de potasio diferentes en cada una de estas fases de la enfermedad en un modelo de ratón SCA3.En la fase temprana de la enfermedad, uno de estos canales iónicos mostró cambios en la cantidad de proteína del canal producida por el organismo (también denominada “expresión” por los científicos). En la fase media de la enfermedad, dos de los canales iónicos mostraron cambios en su expresión. 

Para cinco de los canales, hubo cambios entre los ratones no afectados y los ratones SCA3 en la fase tardía de la enfermedad. Sin embargo, la magnitud de los cambios en la expresión no aumentó de la etapa media a tardía de la enfermedad para los canales afectados en ambos puntos temporales. Debido a que la cantidad de estos canales de iones de potasio cambia en las SCAs, esto podría afectar al rol de las neuronas de Purkinje, o más específicamente, al spiking de las neuronas de Purkinje. 

Para entender si estos cambios en la expresión de los canales iónicos de potasio provocaban cambios en el picoteo de las neuronas de Purkinje, los autores midieron la actividad de las neuronas. En los ratones en fase media de la enfermedad, en dos regiones diferentes del cerebelo, los investigadores descubrieron que las neuronas se disparaban con más frecuencia en los ratones SCA3 que en los no afectados. Este aumento de la frecuencia de disparo, o aumento de los picos, indica que las neuronas de Purkinje tienen una mayor excitabilidad. 

Para entender si estos cambios en la expresión de los canales iónicos de potasio provocaban cambios en el spiking de las neuronas de Purkinje, los autores evaluaron la actividad de las neuronas. En los ratones en fase media de la enfermedad, en dos regiones diferentes del cerebelo, los investigadores descubrieron que las neuronas se disparaban con más frecuencia en los ratones SCA3 que en los no afectados. Este aumento de la frecuencia de disparo, o aumento del spiking, indica que las neuronas de Purkinje tienen una mayor excitabilidad. 

Esta hiperexcitabilidad (aumento de la excitabilidad) de las neuronas de Purkinje puede ser problemática. Dado que los cambios en la expresión de los canales iónicos persisten más adelante en la enfermedad, el grupo de investigación quería saber si los cambios en la excitabilidad de las neuronas también se mantenían. La respuesta, sí. En la fase avanzada de la enfermedad, los investigadores descubrieron que las neuronas de Purkinje de una de estas regiones cerebelosas también eran hiperexcitables. 

En conjunto, estos datos sugieren que, aunque existen cambios en las actividades de las neuronas de Purkinje en los ratones más viejos, no difieren de los ratones más jóvenes. Esto significa que el empeoramiento progresivo de la función motora que se produce en los ratones SCA3 con el paso del tiempo no se debe a un empeoramiento progresivo de la función de las neuronas de Purkinje. La ausencia de cambios adicionales en las neuronas de Purkinje en estos estadios tardíos de la enfermedad podría sugerir que las alteraciones de la función neuronal en otras regiones cerebrales contribuyen a la disfunción motora progresiva en estadios tardíos de la enfermedad en ratones SCA3. 

Los autores querían saber si la reducción de la expresión del gen ATXN3 basada en ASO podría recuperar el aumento de la actividad neuronal y los niveles de expresión de los canales iónicos de potasio en ratones SCA3. Los ratones fueron tratados con ASO durante ocho semanas y se analizó su comportamiento, función neuronal y expresión de canales iónicos en la misma fase media de la enfermedad. 

Los ratones SCA3 no tratados eran menos activos que los no afectados. Sin embargo, los ratones SCA3 tratados con ASO mostraron niveles de movimiento similares a los de los ratones no afectados. El tratamiento con ASO también restauró la expresión de los canales de iones de potasio y revertió la hiperexcitabilidad. Estos datos, en conjunto, muestran que el tratamiento con ASO puede remediar eficazmente el deterioro en las actividades motoras al mismo tiempo en que la disfunción de los canales de potasio en los ratones SCA3 es observada. 

El objetivo de este estudio era comprender la implicación de las neuronas de Purkinje en la SCA3 y explorar estrategias de supresión de genes como blancos potenciales para el desarrollo de terapias. El tratamiento con ASO utilizado fue capaz de recuperar la expresión de varios canales iónicos clave, restaurar la frecuencia de los picos de las neuronas de Purkinje y aumentar el movimiento de los ratones con SCA3 hasta el nivel de los ratones no afectados. Estos datos sobre el tratamiento con ASO sugieren que la alteración de la función de las neuronas de Purkinje contribuye significativamente a los problemas de movimiento durante el proceso de la enfermedad de SCA3. 

No obstante, aunque estos datos son prometedores, también plantean varias interrogantes. Los investigadores identificaron que los cambios en la función de las neuronas de Purkinje no progresan a medida que los problemas de movimiento empeoran con el tiempo durante la enfermedad de SCA3. Por ello, los investigadores sugieren que los cambios en el cerebelo no son los únicos causantes de los problemas de movimiento progresivos en la SCA3. Se sugiere que otras regiones en el encéfalo podrían estar implicadas además del cerebelo. Entonces, ¿cuándo y dónde estas regiones del encéfalo se vuelven importantes en la enfermedad de SCA3? Mayores investigaciones son necesarias para comprender mejor, no solo la función de las neuronas de Purkinje en la SCA3, sino también para comprender la contribución de las diferentes regiones del encéfalo, y la interacción entre estas regiones, al proceso de la enfermedad en la SCA3.