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Aug 23, 2023

Un nuevo modelo de enfermedad en ratones imita mejor las características de la FA en humanos: estudio

Modelo creado mediante la supresión adicional de la proteína frataxina en un modelo de ratón estándar por Steve Bryson, PhD | 29 de agosto de 2023 Los investigadores han desarrollado un nuevo modelo de ratón de la ataxia de Friedreich (FA) que

Modelo creado mediante la supresión adicional de la proteína frataxina en un modelo de ratón estándar

por Steve Bryson, PhD | 29 de agosto de 2023

Los investigadores han desarrollado un nuevo modelo de ratón de la ataxia de Friedreich (FA) que captura el deterioro de la coordinación y la fuerza muscular observado en los pacientes, informa un estudio.

El modelo se creó empeorando los síntomas de un modelo de ratón estándar al suprimir aún más la producción de la proteína frataxina, que es deficiente en pacientes con AF.

El estudio, "Encontrar un modelo de ratón apropiado para estudiar el impacto de un tratamiento para la ataxia de Friedreich en el fenotipo conductual", se publicó en la revista Genes.

La FA es causada por repeticiones excesivas de tres componentes básicos del ADN (nucleótidos), una guanina (G) y dos adeninas (A), llamadas GAA, en la secuencia del gen FXN.

Normalmente, GAA se repite entre cinco y 68 veces, pero en pacientes con FA, GAA se puede repetir entre 66 y 1700 veces. Esto provoca una deficiencia en la producción de frataxina, una proteína esencial para el funcionamiento de las mitocondrias productoras de energía, y su pérdida tiene un grave impacto en el sistema nervioso y los músculos.

Generalmente, más repeticiones GAA corresponden a una edad más temprana en el momento de inicio de los síntomas de FA, con síntomas más graves y que progresan rápidamente.

Se necesitan modelos animales que reflejen con precisión las enfermedades humanas para comprender los mecanismos biológicos subyacentes y monitorear el efecto de posibles terapias.

Los modelos de ratón a los que se les ha eliminado todo el gen FXN desarrollan complicaciones graves y mueren demasiado pronto. La cepa YG8sR, que porta una versión humana de FXN con 300 repeticiones GAA, tiene niveles más bajos de frataxina pero síntomas leves.

Recientemente, un equipo de científicos de la Universidad Laval, en Canadá, caracterizó una nueva cepa de ratones FA con 800 repeticiones GAA, llamada YG8-800, y demostró que capturaba muchas características de la enfermedad, como disfunción neurológica y enfermedad cardíaca.

Ahora, el equipo ha probado un modelo de ratón FA derivado de la cepa YG8sR, pero su producción de frataxina se redujo aún más mediante pequeños ARN en horquilla (shRNA) diseñados para reducir la actividad del gen FXN. La cepa YG8-800 también se incluyó como comparación, así como la Y47, una cepa que albergaba el gen FXN humano pero sin ningún defecto genético relacionado con la enfermedad.

En comparación con la cepa Y47, la concentración de frataxina en los tejidos de los ratones YG8sR osciló entre el 13% y el 20%, y en los ratones YG8-800, entre el 0,9% y el 16,3%. Los ratones YG8-800 también tenían un peso corporal significativamente menor a los 5 y 8 meses que los ratones de control.

La función motora de los ratones Y47 y YG8sR fue similar en muchas pruebas entre los 2 y los 11 meses de edad. Mientras que los ratones YG8sR tenían una coordinación de movimiento levemente deteriorada, los ratones YG8-800 tenían problemas de coordinación más graves.

El equipo diseñó y probó cuatro shRNA en células y encontró dos que suprimían la producción de frataxina a una concentración del 28% de los controles. Luego, estos shRNA se administraron a ratones YG8sR utilizando un virus inofensivo (AAV) mediante infusión intravenosa (en la vena).

Un shRNA, llamado shRNA3, empeoró significativamente la coordinación de los ratones YG8sR cinco semanas después de la infusión de AAV, como lo indica el mayor tiempo para cruzar barras de equilibrio con más pasos defectuosos. shRNA3 también redujo significativamente la fuerza muscular de YG8sR con un menor tiempo colgado en una rejilla invertida.

En comparación, 3-4 meses después de la infusión, los ratones YG8sR más shRNA3 necesitaron un promedio de 35 segundos para cruzar la barra de equilibrio y realizar fallas de 12 pies. Esto fue más severo que el de los ratones YG8-800, con 20 segundos necesarios para cruzar la viga y siete fallas en los pies a los cinco meses.

El análisis de tejido encontró una reducción del 60% en los niveles de ARN mensajero (ARNm) de FXN, la molécula derivada del ADN que guía la producción de frataxina, en el hígado con shRNA3. El ARNm de FXN se redujo en un 29,3% en el cerebelo, una región del cerebro importante para coordinar los movimientos. No se observaron efectos en el cerebro, la parte más grande del cerebro.

Finalmente, la coinyección de shRNA3 y uno que codifica frataxina revirtió los déficits de coordinación y mejoró la fuerza muscular.

"En nuestro estudio, pudimos aumentar rápidamente la gravedad del fenotipo YG8sR con un AAV que codifica un sh-RNA contra la frataxina", concluyeron los investigadores. "De hecho, sólo 5 semanas después de esta inyección de AAV, los ratones demostraron síntomas de locomoción y equilibrio significativamente más graves".

“La caracterización completa de este modelo se ha llevado a cabo en nuestro laboratorio, lo que demuestra que el fenotipo de los ratones YG8-800 es comparable al de los pacientes humanos”, señalaron los investigadores. "En comparación, los ratones YG8sR inyectados con shRNA3 tienen un fenotipo comparable al de los ratones YG8-800".