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Combatiendo las enfermedades mitocondriales: estrategias para el desarrollo de terapias génicas y estrategias de prevención
Ongoing strategies against mitochondrial diseases: prevention and development of genetic therapies
Diego González Halphen
Instituto de Fisiología Celular, UNAM
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estableci&#233;ndose una relaci&#243;n simbi&#243;tica entre ambos microorganismos&#46; Con el tiempo&#44; las alfa-proteobacterias intracelulares fueron transfiriendo su material gen&#233;tico al n&#250;cleo del hospedero&#44; convirti&#233;ndose eventualmente en organelos de la c&#233;lula eucarionte&#46; Por eso&#44; las mitocondrias actuales conservan remanentes de su origen bacteriano&#44; entre otros&#44; la presencia de un peque&#241;o genoma que en el humano es una mol&#233;cula circular de 16&#44;600 pares de bases que aqu&#237; denominaremos DNA mitocondrial &#40;DNAmt&#41;&#46; La informaci&#243;n que contiene este material gen&#233;tico representa menos del 0&#46;2&#37; de la informaci&#243;n gen&#233;tica total que tiene una c&#233;lula&#59; el restante 99&#46;8&#37; se encuentra en los cromosomas nucleares &#40;alrededor de 19&#44;000 genes que codifi can prote&#237;nas&#41;&#46; El DNAmt humano contiene 37 genes que codifi can RNAs ribosomales&#44; RNAs de transferencia y 13 prote&#237;nas que participan en la fosforilaci&#243;n oxidativa&#46; Estas prote&#237;nas membranales&#44; todas altamente hidrof&#243;bicas&#44; se sintetizan en ribosomas mitocondriales&#44; se integran a la membrana interna mitocondrial y se ensamblan en alguno de los complejos de la fosforilaci&#243;n oxidativa&#46; El resto de las 1&#44;500 a 2&#44;000 prote&#237;nas que se pueden encontrar en una mitocondria est&#225;n codifi cadas en el genoma nuclear&#44; se sintetizan en el citosol y se introducen a la mitocondria a trav&#233;s de una maquinaria constituida por receptores y transportadores proteicos ubicados en las membranas mitocondriales&#46; As&#237;&#44; la mitocondria importa m&#225;s del 99&#37; de las prote&#237;nas que requiere para funcionar&#44; sintetizando por s&#237; misma &#250;nicamente una docena de prote&#237;nas&#44; que sin embargo&#44; juegan un papel esencial en la fosforilaci&#243;n oxidativa&#46; En este sentido&#44; me gusta asemejar a la mitocondria con un pa&#237;s petrolero&#44; ya que este &#250;ltimo tiene que importar todos sus insumos a cambio de exportar energ&#237;a &#40;petr&#243;leo o ATP&#41;&#46;</p><p id="par0010" class="elsevierStylePara elsevierViewall">Como todo material gen&#233;tico&#44; el DNAmt est&#225; sujeto a sufrir mutaciones&#44; algunas de las cuales pueden dar lugar a una gama heterog&#233;nea de enfermedades humanas denominadas s&#237;ndromes mitocondriales o enc&#233;falo-miopat&#237;as mitocondriales&#46; Estas enfermedades afectan principalmente a &#243;rganos y tejidos con una alta demanda energ&#233;tica&#44; como es el cerebro&#44; los m&#250;sculos y el sistema endocrino&#46; Entre sus manifestaciones cl&#237;nicas se incluyen debilidad muscular&#44; intolerancia al ejercicio&#44; ceguera&#44; retraso mental&#44; demencia&#44; epilepsia progresiva&#44; neuropat&#237;as sensoriales&#44; ataxia y disfunci&#243;n renal&#46; Las alteraciones mitocondriales tambi&#233;n se han relacionado con otros defectos metab&#243;licos como la diabetes&#44; la obesidad&#44; enfermedades cardiovasculares&#44; enfermedades neurodegenerativas y el c&#225;ncer&#46; Las enfermedades mitocondriales no se limitan a la presencia de mutaciones en el DNAmt&#44; tambi&#233;n pueden ser causadas por mutaciones en el DNA nuclear&#44; sobre todo aquellas que afectan la estructura y funci&#243;n de prote&#237;nas que eventualmente se internalizar&#225;n en la mitocondria&#46; Aqu&#237; nos enfocaremos &#250;nicamente en los defectos en el DNAmt&#46;</p><p id="par0015" class="elsevierStylePara elsevierViewall">El DNAmt se hereda por v&#237;a materna&#46; As&#237;&#44; los humanos tenemos el mismo DNAmt que nuestra madre&#44; que nuestra abuela&#44; que nuestra bisabuela&#8230; Esto se debe a que las mitocondrias se encuentran acomodadas solamente en el cuello del espermatozoide y son destruidas selectivamente en el interior del &#243;vulo&#44; por lo que en general&#44; no existe una contribuci&#243;n gen&#233;tica del DNAmt paterno durante la fecundaci&#243;n&#46; As&#237;&#44; se han descrito varios linajes familiares con alteraciones mitocondriales que presentan un claro patr&#243;n de herencia materna&#46;</p><p id="par0020" class="elsevierStylePara elsevierViewall">Hasta la fecha se han reportado m&#225;s de 500 mutaciones puntuales en genes mitocondriales y varias ablaciones y duplicaciones del DNAmt que se han relacionado con padecimientos en humanos&#46; Estudios epidemiol&#243;gicos han demostrado que alrededor de 1 de cada 6&#44;500 individuos presenta mutaciones patog&#233;nicas en el DNAmt&#46; Las mitocondrias no se forman nuevamente en la c&#233;lula&#44; s&#243;lo pueden formarse por el crecimiento y divisi&#243;n de estos mismos organelos ya preexistentes&#46; Aunque en la c&#233;lula en realidad existe un ret&#237;culo mitocondrial que se est&#225; fusionando y fisionando continuamente&#44; se estima que hay alrededor de 10 copias de DNAmt en cada mitocondria y que existen entre 100 y 1&#44;000 mitocondrias por c&#233;lula &#40;es por esto que el DNAmt tambi&#233;n es &#250;til en las ciencias forenses&#44; ya que hay m&#225;s copias de DNAmt que del DNA nuclear y por lo tanto&#44; es posible identificar material gen&#233;tico en muestras que se encuentran en peque&#241;as cantidades&#44; como un bulbo de cabello&#41;&#46; Para que una enfermedad mitocondrial se manifieste&#44; la mutaci&#243;n en un gen mitocondrial debe estar presente en al menos el 90&#37; de la poblaci&#243;n de DNAmt&#46; A pesar de que ya existen las herramientas para transformar el DNA nuclear y existen m&#250;ltiples protocolos de terapias g&#233;nicas en marcha&#44; hoy por hoy no existen t&#233;cnicas que permitan transformar el DNAmt de organismos multicelulares&#44; por lo que no es posible corregir directamente mutaciones en el DNAmt humano&#46; La transformaci&#243;n del DNAmt en organismos multicelulares sigue siendo un reto tanto para la investigaci&#243;n b&#225;sica como para la cl&#237;nica&#46; Por lo mismo&#44; tampoco existen tratamientos para las enfermedades mitocondriales&#44; excepto en aquellos casos raros en los que la mutaci&#243;n en el DNAmt se encuentra solamente en un &#243;rgano en particular y que sea posible llevar a cabo un trasplante del mismo&#46; El resto de las medidas terap&#233;uticas utilizadas&#44; como el ejercicio f&#237;sico y diversos tratamientos farmacol&#243;gicos&#44; son &#250;nicamente paliativas&#44; ya que solamente mitigan algunos de los s&#237;ntomas&#46; La ausencia de tratamientos efectivos para las enfermedades mitocondriales&#44; han llevado a explorar diversas estrategias para desarrollar futuras terapias g&#233;nicas&#58;<ul class="elsevierStyleList" id="lis0005"><li class="elsevierStyleListItem" id="lsti0005"><span class="elsevierStyleLabel">1&#46;</span><p id="par0025" class="elsevierStylePara elsevierViewall"><span class="elsevierStyleItalic">Inhibici&#243;n selectiva de la propagaci&#243;n del DNAmt mutante</span>&#46; Este enfoque intenta introducir a la mitocondria enzimas capaces de reconocer y cortar espec&#237;ficamente al DNAmt mutante&#46; Se espera que as&#237;&#44; solamente se siga propagando el DNAmt sin mutaciones&#46;</p></li><li class="elsevierStyleListItem" id="lsti0010"><span class="elsevierStyleLabel">2&#46;</span><p id="par0030" class="elsevierStylePara elsevierViewall"><span class="elsevierStyleItalic">Vectores de expresi&#243;n mitocondriales</span>&#46; Consistir&#237;a en introducir DNAmt recombinante en el organelo&#44; ya sea completo o en fragmentos&#44; que contenga una copia silvestre del gen cuya expresi&#243;n sea controlada por promotores de genes mitocondriales&#46; &#201;sta es una opci&#243;n puramente te&#243;rica&#44; ya que como se dijo anteriormente&#44; a la fecha no es posible transformar mitocondrias en organismos multicelulares vivos&#46;</p></li><li class="elsevierStyleListItem" id="lsti0015"><span class="elsevierStyleLabel">3&#46;</span><p id="par0035" class="elsevierStylePara elsevierViewall"><span class="elsevierStyleItalic">Expresi&#243;n alot&#243;pica</span>&#46; Expresar los genes mitocondriales desde el n&#250;cleo y que la prote&#237;na silvestre sintetizada en el citosol se internalice en la mitocondria aprovechando la maquinaria natural de importaci&#243;n de prote&#237;nas&#46;</p></li></ul></p><p id="par0040" class="elsevierStylePara elsevierViewall">La expresi&#243;n alot&#243;pica se considera una de las opciones m&#225;s viables para el tratamiento gen&#233;tico de las enfermedades causadas por mutaciones en el DNAmt&#59; existen ya t&#233;cnicas establecidas para introducir material gen&#233;tico en el n&#250;cleo celular &#40;utilizando diversos vectores adenovirales&#41;&#44; por lo que en principio&#44; la prote&#237;na resultante llegar&#237;a a todas las mitocondrias presentes en la c&#233;lula afectada&#46; El gen que se pretende expresar alot&#243;picamente debe ser modificado de tal manera que sea capaz de expresarse desde el n&#250;cleo&#46; Debe tomarse en cuenta que en los humanos el c&#243;digo gen&#233;tico y el uso de codones mitocondriales son diferentes a los nucleares&#44; por ejemplo&#44; el cod&#243;n UAG que codifica para tript&#243;fano de acuerdo con el c&#243;digo gen&#233;tico mitocondrial es interpretado como un cod&#243;n de paro en el c&#243;digo gen&#233;tico nuclear&#46; Por lo tanto&#44; el gen mitocondrial debe redise&#241;arse para que el RNA mensajero correspondiente sea traducido correctamente por los ribosomas citos&#243;licos&#46; Despu&#233;s de ser sintetizada&#44; la prote&#237;na deber&#225; dirigirse a la mitocondria&#59; para ello&#44; requiere de una secuencia se&#241;al en el extremo amino terminal&#44; denominada se&#241;al de direccionamiento a la mitocondria&#46; Estas se&#241;ales est&#225;n constituidas por una cadena polipept&#237;dica de 20 a 30 amino&#225;cidos que funciona como un c&#243;digo postal&#44; asegurando el env&#237;o de la prote&#237;na sintetizada en el citosol a la mitocondria y no a alg&#250;n otro organelo en la c&#233;lula&#46; La se&#241;al es reconocida por el complejo transportador de prote&#237;nas ubicado en las membranas externa e interna de las mitocondrias&#46; Despu&#233;s de atravesar las dos membranas mitocondriales y llegar a la matriz mitocondrial&#44; la se&#241;al es removida por una proteasa espec&#237;fica&#44; dando lugar a la prote&#237;na madura&#46; Una estrategia alternativa&#44; que se ha desarrollado en los &#250;ltimos a&#241;os&#44; es permitir que ingresen a la mitocondria RNAs mensajeros&#44; los cuales parecen importarse a trav&#233;s de la misma maquinaria con la que se transportan a las prote&#237;nas cuyo destino final es la mitocondria&#46; Estos RNAs mensajeros tambi&#233;n cuentan con se&#241;ales espec&#237;ficas que los dirigen a la mitocondria&#46; Una vez en la matriz mitocondrial&#44; el RNA mensajero podr&#237;a traducirse y sintetizar a la prote&#237;na correspondiente en los propios ribosomas mitocondriales&#46; As&#237;&#44; la prote&#237;na podr&#225; integrarse directamente a la membrana interna mitocondrial e incorporarse al complejo de la fosforilaci&#243;n oxidativa que le corresponda&#46;</p><p id="par0045" class="elsevierStylePara elsevierViewall">Hasta el momento&#44; no existe entonces una terapia efectiva para las enfermedades mitocondriales&#46; Sin embargo&#44; en los &#250;ltimos a&#241;os han surgido alternativas interesantes de prevenci&#243;n&#46; El primero es simplemente un diagn&#243;stico prenatal&#44; que le permitir&#225; a una pareja decidir si tiene o no hijos&#46; La segunda es la transferencia del complejo huso-acrom&#225;tico&#44; una tecnolog&#237;a basada en el intercambio de material gen&#233;tico y en t&#233;cnicas de fertilizaci&#243;n <span class="elsevierStyleItalic">in vitro</span>&#46; Cuando existe evidencia clara de una mutaci&#243;n mitocondrial asociada con una enfermedad mitocondrial en una mujer&#44; hoy por hoy existe la tecnolog&#237;a para evitar que la mutaci&#243;n se herede&#46; Esta tecnolog&#237;a se basa en los trabajos pioneros de Tachibana<a class="elsevierStyleCrossRefs" href="#bib0005"><span class="elsevierStyleSup">1&#44;2</span></a> y colaboradores&#44; primero con primates y luego con c&#233;lulas humanas&#44; realizados en instituciones de Oreg&#243;n&#44; EUA &#40;Tachibana y col&#46;&#44; 2009&#59; 2013&#41;&#46;<a class="elsevierStyleCrossRef" href="#bib0010"><span class="elsevierStyleSup">2</span></a> Esencialmente&#44; se toman &#243;vulos de una mujer donante &#40;con mitocondrias sanas&#44; sin mutaciones&#41; y de la mujer con mutaciones en el DNAmt &#40;la madre que desea tener un hijo sano&#41;&#46; Se retira el huso acrom&#225;tico &#40;el conjunto de microt&#250;bulos que van desde los centr&#243;meros de los cromosomas hacia los centriolos en los polos durante la meiosis&#41; del &#243;vulo de la donante&#44; es decir&#44; se elimina todo el material gen&#233;tico nuclear presente en el &#243;vulo&#46; Por otra parte&#44; tambi&#233;n se retira el huso acrom&#225;tico de la futura madre con mutaciones mitocondriales y se transfiere al &#243;vulo de la donante&#46; De tal manera que se generan &#243;vulos &#171;reconstruidos&#187; que tendr&#225;n el material gen&#233;tico nuclear de la madre &#40;intacto&#41; y el material gen&#233;tico mitocondrial de la donante &#40;intacto&#41;&#46; El &#243;vulo reconstruido se fertiliza <span class="elsevierStyleItalic">in vitro</span> y se permite el desarrollo de la embriog&#233;nesis hasta el momento en que pueda implantarse en el &#250;tero materno&#46; De ah&#237; procede un embarazo normal que dar&#225; lugar a un beb&#233; sano&#44; que tendr&#225; el 49&#46;9&#37; del material gen&#233;tico cromos&#243;mico del padre&#44; el 49&#46;9&#37; del material gen&#233;tico cromos&#243;mico de la madre y &#250;nicamente el 0&#46;2&#37; del material gen&#233;tico &#40;el DNA mitocondrial&#41; de la donante&#46; Por lo tanto no es estrictamente cierto que el beb&#233; sea producto de &#171;tres padres&#187;&#44; aunque si representa un mosaico gen&#233;tico de tres personas&#46; El 3 de febrero de este a&#241;o&#44; la C&#225;mara de los Comunes del Reino Unido&#44; ha dado la luz verde para que esta t&#233;cnica se utilice en la cl&#237;nica&#44; d&#225;ndoles la oportunidad a mujeres con mutaciones mitocondriales a tener progenie sana&#46; As&#237;&#44; Gran Breta&#241;a se ha convertido en el primer pa&#237;s que permite que las t&#233;cnicas de fertilizaci&#243;n <span class="elsevierStyleItalic">in vitro</span>&#44; utilicen el material gen&#233;tico de una &#171;segunda madre&#187; para reparar DNA mitocondrial mutado&#46; Sin duda&#44; esto es otro ejemplo en el cual la prevenci&#243;n avanza m&#225;s r&#225;pido que la curaci&#243;n&#46; Gran Breta&#241;a tambi&#233;n es un ejemplo para muchos pa&#237;ses&#44; incluido el nuestro&#44; al legislar de forma expedita para poner los avances cient&#237;ficos y tecnol&#243;gicos al servicio de sus ciudadanos a la brevedad posible y no con un rezago que puede ser de d&#233;cadas&#46;</p><p id="par0050" class="elsevierStylePara elsevierViewall">A pesar de los avances espectaculares en la prevenci&#243;n de las enfermedades mitocondriales&#44; la expresi&#243;n alot&#243;pica sigue siendo un reto intelectual y experimental que amerita seguir estudi&#225;ndose&#44; para eventualmente sentar las bases para desarrollar una terapia g&#233;nica que pueda dar esperanza a los pacientes que sufren un s&#237;ndrome mitocondrial&#46;</p></span>"
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Información del artículo
ISSN: 1870199X
Idioma original: Español
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año/Mes Html Pdf Total
2024 Noviembre 18 0 18
2024 Octubre 120 16 136
2024 Septiembre 146 0 146
2024 Agosto 85 5 90
2024 Julio 93 2 95
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2024 Mayo 180 5 185
2024 Abril 113 8 121
2024 Marzo 112 6 118
2024 Febrero 78 7 85
2024 Enero 136 7 143
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2020 Noviembre 133 7 140
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2020 Julio 63 13 76
2020 Junio 55 10 65
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