El camino hacia el tratamiento 23
Entrevista con Tom Schwarz de Harvard
Estuvimos en contacto con Thomas Schwarz, profesor de Neurobiología en la Facultad de Medicina de Harvard y profesor de Neurología en el Centro de Neurobiología FM Kirby del Boston Children's Hospital. Thomas Schwarz y su laboratorio participan en la investigación de ADOA y están desarrollando no uno, sino dos tratamientos potenciales.
¿Puede darnos una idea de cómo investiga ADOA?
Responderé explicando lo que ha hecho el equipo del Boston Children's Hospital con respecto a ADOA y lo que estamos tratando de hacer mediante el desarrollo de direcciones terapéuticas. Nuestro trabajo sobre ADOA surgió de conversaciones con una familia que tenía un interés muy personal en esta enfermedad y estaba ansiosa por promover e incluso patrocinar la investigación sobre ADOA. Aquí, en el Boston Children's Hospital, existe una comunidad de neurociencia básica muy sólida, que incluye a varios científicos que estudian las células ganglionares de la retina, el tipo de célula más propensa a la degeneración en ADOA. Y también está mi laboratorio, que desde hace mucho tiempo se interesa por la biología celular de las mitocondrias neurales. Esto incluye las mitocondrias de las células ganglionares de la retina, que mueren debido a ADOA. Por lo tanto, formamos un consorcio de colaboración que incluía mi laboratorio y el de los Dres. Michael Do, Larry Benowitz y Chinfei Chen. También tenemos una excelente asociación continua con el Dr. Marni Falk y sus colegas del Hospital Infantil de Filadelfia (CHoP). Debo decir que la mayor parte del trabajo fue realizado por un fantástico postdoctorado en mi laboratorio, el Dr. Chen Ding, PhD, con la ayuda y orientación de nuestros colegas y de las instalaciones centrales aquí en Boston Children's.
Nuestro plan era crear un nuevo modelo de ratón de ADOA que portara la mutación R290Q que se encuentra en varias familias. Muchas mutaciones de ADOA causan lo que los genetistas llaman “haploinsuficiencia”, lo que significa que la mutación simplemente impide que una de las dos copias del gen OPA1 produzca una proteína funcional, y las células tienen que conformarse con la mitad de la cantidad de OPA1 que normalmente deberían tener. . Otras mutaciones de ADOA, especialmente aquellas que se encuentran en la parte de OPA1 con actividad enzimática, son peores que simplemente producir una proteína que no funciona. En cambio, producen una proteína que interfiere activamente e impide que la copia buena de OPA1 también funcione. Éstas se denominan mutaciones “dominantes negativas” y los pacientes con estas mutaciones a veces se denominan pacientes ADOA+. La mutación R290Q se encuentra justo en el borde de esta parte enzimática, por lo que no sabíamos si sería una simple mutación de pérdida de función o una mutación dominante negativa, pero esperábamos que proporcionara un fenotipo lo suficientemente fuerte en el ratón como para Podríamos utilizarlo para estudiar la degeneración de las células ganglionares de la retina.
¿Cómo lograste cambiar los genes del ratón, qué tecnología usaste?
Usamos tecnología CRISPR para introducir esta mutación R290Q, ¡lo cual resultó ser sorprendentemente difícil! Creemos que esto se debe a que el método CRISPR funcionó demasiado bien y mutó ambas copias del gen OPA1, y las células con ambas copias mutadas no producirán un ratón viable. Pero finalmente logramos crear la línea de ratones mutantes R290Q y hemos estado estudiando ese ratón durante los últimos 2 años. También obtuvimos del CHoP una línea de células madre que proviene de un paciente y tiene la misma mutación, y un grupo de control con esa mutación corregida mediante CRISPR. Esto significa que podemos realizar experimentos en paralelo en el modelo de ratón y en neuronas humanas que podemos generar a partir de esas células madre. El trabajo con el ratón R290Q va bien. Las funciones normales del gen OPA1 incluyen permitir que las membranas internas de las mitocondrias se fusionen cuando dos mitocondrias se encuentran. En las células sanas, incluidas las neuronas sanas, muchas mitocondrias están fusionadas en una red. Sin embargo, en las neuronas del ratón R290Q, las mitocondrias están fragmentadas, como se esperaba en una mutación OPA1. Las retinas de estos ratones son sorprendentemente normales y funcionales cuando son jóvenes, pero a medida que crecen vemos muchos defectos que son paralelos a los observados en los pacientes con ADOA. Recuerde que la pérdida de células ganglionares de la retina en pacientes con ADOA puede tardar décadas, pero los ratones suelen vivir unos 2 años. Así que tenemos suerte de que en nuestro modelo de ratón podemos ver que algunas de esas células ganglionares de la retina mueren después de sólo 9 a 12 meses.
En ratones sanos, existe una capa aislante normal alrededor de los axones (la parte larga del nervio óptico que transmite información al cerebro) de las células ganglionares de la retina. El ratón R290Q también muestra desmielinización de las fibras nerviosas (axones) en el nervio óptico; en otras palabras, una pérdida de la capa aislante normal que ayuda con la conducción nerviosa en la parte de las células ganglionares de la retina que transportan señales desde el ojo al cerebro. . También realizamos registros electrofisiológicos (electrorretinogramas y potenciales evocados visuales) que pueden detectar la capacidad de las células ganglionares de la retina para dispararse y enviar señales al cerebro. Estas grabaciones muestran profundos defectos a medida que los animales envejecen. Además, el laboratorio de Michael Do ha realizado un notable ensayo en el que pueden cortar la retina con el nervio óptico adherido a ella, presentar patrones de luz precisos a la retina y registrar la actividad eléctrica resultante en el nervio óptico, de una manera hermosamente directa. investigar la función de las poblaciones de células ganglionares de la retina. Esto nuevamente sugiere un cambio en la función en el ratón mutante R290Q y comienza a revelar dónde ocurre ese cambio.
¿Puede contarnos un poco más sobre cómo esto podría conducir a una terapia para ADOA?
Con nuestros sistemas modelo a mano, probamos dos estrategias terapéuticas. Uno de ellos es la terapia de reemplazo genético. En pocas palabras, esta es una forma de devolver una buena copia de OPA1 a las células ganglionares de la retina. Por un lado, ADOA es un buen candidato para este enfoque porque es relativamente fácil introducir copias de un gen en las células ganglionares de la retina mediante inyección en el humor vítreo del ojo, con un virus seguro y no reproductivo que expresa el gen. . Esta es una forma de terapia génica aprobada para uso clínico en la retina para otras afecciones. Además, debido a que la degeneración es lenta, existe una buena ventana de tiempo para intentar interrumpir la degeneración agregando el espécimen bueno. Pero hay un problema: la proteína humana OPA1 se produce en 8 variantes diferentes (mediante un proceso llamado empalme alternativo de ARN) y no es posible volver a agregarlas todas. Estamos averiguando si agregar solo una de esas variantes será suficiente y, de ser así, qué variante usar.
Nuestro segundo enfoque consiste en inhibir una proteína neuronal llamada SARM1. SARM1 es una enzima que se activa en neuronas estresadas o dañadas y hace que las neuronas mueran; parece no tener otro propósito que el de servir como un interruptor de suicidio celular. Muchas personas en el mundo académico y en las empresas farmacéuticas y de biotecnología están invirtiendo tiempo y dinero en desarrollar la inhibición de SARM1 como estrategia para prevenir la neurodegeneración. Si la degeneración de las células ganglionares de la retina en ADOA procede mediante la activación de SARM1, los pacientes de ADOA pueden beneficiarse de estos desarrollos.
¿Espera que el tratamiento en desarrollo sea aplicable a un grupo más amplio de pacientes con ADOA o será específico para una mutación?
A diferencia de algunas estrategias basadas en CRISPR que se dirigen solo a una mutación específica, tanto la restauración de una copia funcional de OPA1 como la prevención de la activación de SARM1 deberían funcionar igualmente bien para la mayoría, quizás para todos, los pacientes que albergan mutaciones en OPA1. La excepción al enfoque de reemplazo de genes podría ser las formas negativas dominantes graves que se encuentran en ADOA+; habría algún tipo de competencia entre las copias mutadas y las copias normales y la mutación negativa dominante aún podría causar problemas. La otra advertencia es que estas estrategias, si funcionan, serían relativamente fáciles de aplicar en el ojo, pero la terapia génica es más difícil para los otros tipos de neuronas afectadas en ADOA+.
¿Podrían utilizarse los dos enfoques terapéuticos en combinación o la atención se centraría en uno u otro?
Esperamos que al menos una de estas estrategias dé sus frutos. Si ambas funcionan, no veo ninguna razón por la que las estrategias, si funcionan, no puedan combinarse si eso aumentaría su eficacia. No hay nada a priori incompatible en ellos.
Finalmente, me gustaría resaltar lo crucial que ha sido contar con un equipo de colaboradores expertos. Esta es la fortaleza de muchos: ninguno de nosotros habría tenido el coraje de asumir este desafío sin nuestra experiencia combinada y nada de esto habría sucedido sin la iniciativa de la familia que impulsó y apoyó el proyecto.
