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Aporte de científicos argentinos al conocimiento del Alzheimer
Investigadores del Conicet han descubierto un mecanismo en el transporte axonal de la neurona que sería clave para entender las enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y Parkinson.

• n Dr. Tomás Falzone, investigador adjunto del Conicet. Director del Laboratorio de Transporte Axonal y Enfermedades Neurodegenerativas del IBCN-UBA

Se trata de un equipo de jóvenes biólogos y bioquímicos que trabajan en el Laboratorio de Transporte Axonal y Enfermedades Neurodegenerativas del Instituto de Biología Celular y Neurociencias (IBCN) que funciona en la Facultad de Medicina de la UBA, bajo la dirección del Dr. Tomás Falzone.
FABAINFORMA entrevistó al Dr. Tomás Falzone, investigador adjunto del Conicet y docente de la cátedra de Histología de la Facultad de Medicina de la UBA, quien se mostró entusiasta ante el resultado del trabajo que acaban de publicar en la revista científica Journal of Cell Science en colaboración con el Departamento de Física de la UBA y la Universidad de California, San Diego (EEUU).
El investigador señaló: “ Somos el primer laboratorio que ha demostrado que existe un transporte específico del sistema de degradación (en la neurona) y hemos descripto tres modos de movimiento para un complejo soluble (el proteasoma) en el axón”. Y –agregó–nuestro objetivo es entender primero el sistema y luego proponer que ciertos defectos en distintas partes del mismo puedan dar inicio a las enfermedades neurodegenerativas”.
Se han cumplido ya más de 100 años desde que se describiera la enfermedad de Alzheimer y más de 30 que la investigación básica viene desarrollándose en este tema con la disposición de gran cantidad de recursos humanos y económicos en todo el mundo destinados a su estudio. Sin embargo –según Falzone– no ha habido muchos avances concretos en drogas y terapias y los que existen son solo paliativos. “Tal vez es que no nos estamos enfocando bien en el problema”, dijo.
Para Falzone,” hay que conocer al detalle cómo funciona el sistema y cuáles son los requerimientos de la neurona, una célula muy compleja que no se divide desde la infancia, y a eso apunta nuestro trabajo”.
Las neuronas son las células más polarizadas del organismo porque constan de una arborización dendrítica cercana al cuerpo central de la célula por donde recibe las señales y de una prolongación – el axón– que conduce el estímulo hacia la sinapsis con otras neuronas y trasmite las señales. La transmisión del impulso nervioso entre las neuronas depende en gran parte del correcto transporte a lo largo del axón de vesículas que contienen diferentes moléculas, que luego de ejercer su efecto deben ser degradadas para prevenir su acumulación.

El grupo de científicos que lidera Falzone ha focalizado su campo de investigación en los mecanismos de transporte de los sistemas de degradación que funcionan en el interior del axón de la neurona. Y han descripto tres modos bien definidos del movimiento del proteasoma en el axón.
El proteasoma está formado por un complejo proteico y se encarga de degradar proteínas dañadas o innecesarias. Tiene una forma similar a un barril con un poro u orificio superior por donde ingresan las proteínas que previamente han sido marcadas con una cadena de moléculas de ubiquitina para que así puedan ser reconocidas por otras proteínas que las acercan a ese barril, las desarman y las introducen en él para ser degradadas. Esto constituye el sistema de degradación por excelencia de la célula dirigido por las ligasas de ubiquitina que son las que deciden qué proteínas tendrán por destino la degradación dentro del proteasoma.
“Se ha visto que el sistema de degradación está muy relacionado con las enfermedades neurodegenerativas”, dijo Falzone y –explicó– en la enfermedad de Parkinson ciertas mutaciones en proteínas que ponen ubiquitina en ciertos targets son responsables del Parkinson juvenil o prematuro.

Un complejo sistema de transporte

La compleja red de trasmisión de impulsos y señales se realiza a través de los axones que conectan zonas muy distantes. “En la corteza cerebral las neuronas de los centros motores proyectan axones hasta las neuronas que se encuentran en la médula espinal, por ejemplo, y eso significa un desafío enorme para la célula que produce toda la maquinaria de funcionamiento sináptico en el cuerpo celular y la envía por una tubería (axón) a la sinapsis. La señal eléctrica depende de las membranas y de las cargas y va tan rápido que necesita de un proceso de transporte muy desarrollado, controlado y regulado a través de diferentes moléculas, vesículas, sensores y neurotransmisores”, explicó Falzone.
Ese sistema de transporte está compuesto por los microtúbulos, estructuras celulares largas en forma de tubos que forman el citoesqueleto, son como carriles por donde se desplazan vesículas de secreción, organellas y el proteasoma y que cuentan con proteínas adaptadoras. Además están los motores o proteínas motoras o transportadoras de una carga que montan y llevan a un sitio determinado.
“La sinapsis necesita de este sistema de transporte”, señaló el investigador.
Hay varios mecanismos que explican el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer tales como la formación extracelular de la placa amiloide a partir de un precursor de la proteína beta amiloide mal plegada, el depósito intracelular de ovillos de proteína tau y la pérdida sináptica. “La pérdida sináptica es el mejor marcador para saber que un cerebro se está deteriorando, se retraen los axones, y el cerebro se contrae, disminuyendo tanto la materia gris como la blanca”, puntualizó el investigador. Y –agregó–hay agregados de proteínas anómalas y no pueden ser limpiadas apropiadamente y entonces se van sumando eventos: pérdida sináptica, posibles defectos de transporte por presencia de proteínas agregadas, entonces planteamos que si bien la hipótesis amiloide es la que ha ganado el campo en la explicación de la enfermedad de Alzheimer, necesita de otros componentes.
Debido a que esas proteínas se agregan y producen el daño, los investigadores del IBCN se plantearon este interrogante: ¿ Se necesita que haya localmente en la sinapsis un sistema que se encargue de degradar lo que se acumula para que la sinapsis sea funcionalmente activa? “Nos dimos cuenta que así planteado nunca había sido estudiado, entonces nos propusimos ver si podíamos demostrar la existencia de un sistema de transporte específico relacionado con este mecanismo mediado por ubiquitina y proteasoma”, confió Falzone.

Proyectos futuros

Los investigadores del IBCN aspirar a proseguir sus trabajos utilizando células madre humanas que diferenciadas en neuronas les posibiliten cultivarlas para estudiarlas en modelos más representativos. ”El objetivo a futuro de mi laboratorio es generar un modelo neuronal humano a partir de la diferenciación de células madre humanas para poder estudiar las propiedades de transporte axonal en condiciones normales y en modelos de enfermedad.”, señaló Falzone.
“Tratamos de ir un paso más allá y obtener células madre a partir de células epiteliales mediante la aplicación de plásmidos que las transformen en células pluripotentes para luego diferenciarlas en neuronas como una alternativa de terapia celular”.
Falzone recalcó el trabajo de su equipo en el Laboratorio que está integrado por dos biólogos posdoctorandos: Victorio Pozo Devoto y Trinidad Sáez, dos estudiantes de doctorado Maria Gabriela Otero, bioquímica, y Lucas Eneas Cromberg, biólogo, y un estudiante de licenciatura Matías Alloatti, genetista por la Universidad de Misiones.

Biología molecular, microscopía y algoritmos

Para desarrollar la hipótesis planteada, los investigadores utilizaron técnicas de la biología molecular trabajando con modelos de ratones transgénicos que expresan una proteína precursora de amiloide humana y otros modificados para que expresen proteína tau humana que forman ovillos dentro de las neuronas. Generaron proteasomas fluorescentes y mediante técnicas de microscopía de alta resolución espacio-temporal lograron observar el movimiento de los proteasomas en el axón. “Marcamos subunidades del proteasoma con fluoróforos y así veíamos cómo se desplazaban dentro de la red de axones. Trabajamos con un microscopio especial de fluorescencia invertido adosado a una cámara de video para observar las células vivas y en movimiento en sus placas de cultivo”, contó el científico.
Para interpretar los gráficos e imágenes necesitaron la colaboración de una especialista de la Facultad de Física de la UBA, la doctora Luciana Bruno . “Mediante el estudio de la biofísica de los motores moleculares, Luciana Bruno desarrolló algortimos que permiten entender la dinámica, la fuerza y los movimientos de los motores”, señaló Falzone.

• Estructura del proteasoma

Aumentando la resolución de las imágenes obtuvieron películas de las partículas en movimiento. “Pudimos observar tres tipos de movimientos del proteasoma: partículas moviéndose en transporte activo rápido porque se asocian a cargas que dependen de proteínas motoras, otras con movimiento difusivo y otras en movimiento vibratorio más confinado”, explicó Falzone.
Considerando que el proteasoma tiene que trasladarse para eliminar proteínas que están asociadas con las enfermedades neurodegenerativas porque son tóxicas o dañinas en el sitio de la sinapsis, y observando que de los tres movimientos el más importante sería el del transporte activo porque es el que justifica el traslado a grandes distancias dentro del axón, los científicos van más allá y proponen intervenir activando esta dinámica del transporte de los proteasomas para poder solucionar los problemas que generan las enfermedades neurodegenerativas. Esta hipótesis plantea la sobreexpresión de ciertas proteínas involucradas en el transporte activo del proteasoma.
Los científicos proponen desde la ciencia básica aumentar la velocidad de transporte de la maquinaria que limpia de proteínas dañinas que dificultan la sinapsis y por ende la trasmisión de la señal nerviosa.
Sin embargo –Falzona aclara– cuando una persona envejece se da un conjunto de eventos perjudiciales para la neurona tales como el aumentos del estrés oxidativo, aumento de proteínas tóxicas y disminución de los sistemas de transporte. Son defectos que se suman y mejorar el transporte del sistema de degradación puede ayudar.