INTRUCCIÓN

La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) se define como una alteración neurodegenerativa y progresiva que afecta a las motoneuronas superior e inferior interfiriendo en la actividad voluntaria. Nosológicamente se ubica dentro de las enfermedades con compromiso de la primera y segunda neurona motora que incluyen, aparte de la ELA, a la parálisis bulbar progresiva, la amiotrofia muscular progresiva y la esclerosis lateral primaria. De todas ellas, la que se observa con mayor prevalencia es la ELA. No existe una clasificación satisfactoria, si bien la Federación Mundial de Neurología propuso una que, en realidad, se basa en una enumeración de dolencias agrupadas por un orden determinado, factores causales o herencia.

La clínica es variable desde su comienzo. Algunos pacientes debutan con debilidad muscular, manifestación observada en el 99% de ellos. Otros lo hacen con fasciculaciones, que se ven en el 97% de los casos. También los calambres en los miembros inferiores pueden presentarse como manifestación inicial. Muy pocos pacientes notan en forma temprana alteraciones de la fonación y la deglución. Por lo tanto se cree que el comienzo de la enfermedad es solapado, ya que no existe un síntoma inicial característico. El examen neurológico metódico y preciso es de gran ayuda para el correcto diagnóstico.

Hace más de una década se descubrió un gen que influía de manera notable en el inicio de la enfermedad. Concretamente, en 1993 se observó que una mutación en el cromosoma 21, en el gen que codifica la enzima superóxido dismutasa (SOD1), desencadenaba la esclerosis lateral de amiotrófica. De esta forma la alteración de SOD1 en las neuronas motoras gatilla la ELA al provocar daños irreparables en esas células. También se ha descrito que la patología progresa mucho más rápido si la enzima mutada se encuentra también en las células inflamatorias (microglia) situadas alrededor de las neuronas motoras de la médula espinal.

¿Cuáles son las causas de la muerte de las motoneuronas en el caso de la ELA y por qué se produce atrofia muscular en las enfermedades citadas? Estas dos interrogantes son la base del siguiente análisis realizado por el doctor David R. Borchelt, investigador que principalmente se ha dedicado a mejorar la comprensión de los mecanismos moleculares de la enfermedad de Alzheimer y de los desórdenes relacionados.

ELA, SOD1, MOTONEURONA y MICROGLÍA

La esclerosis lateral amiotrófica es una enfermedad caracterizada por la degeneración selectiva y progresiva de las neuronas motoras. La única causa genética conocida de la enfermedad, que considera al 2% de los casos, es una mutación en el gen que codifica la proteína superóxido dismutasa-1 (SOD1). Por lo tanto, se ha estudiado intensamente el efecto de los cambios en la enzima, con énfasis sobre la cuestión de si la causa es promovida por la degeneración de las motoneuronas o, en parte, compromete la función de otros tipos celulares en la médula espinal (astrocitos y microglía), que, alternadamente, también dañaría a las neuronas.

La SOD1 elimina los radicales superóxido en el citoplasma. El efecto de la mutación varía fuertemente, de poco o nada hasta la total disfunción. Aunque la proteína mutada se expresa en cada tejido y tipo celular dentro del organismo, parece dañar sólo a las motoneuronas. En modelos de ratones transgénicos para la enfermedad, por ejemplo, la expresión de la proteína mutante en todos los tejidos se puede elevar por un factor de 10, pero la degeneración sólo se confina en las neuronas motoras espinales.

Para examinar la función de algunas líneas celulares en la ELA provocada por la alteración del gen SOD1, Severine Boillée y colaboradores (Universidad de California, San Diego, Estados Unidos) manipularon la expresión de la versión mutada de SOD1 en motoneuronas de la microglía (macrófagos especializados que protegen el sistema nervioso central contra la lesión, figura 1). Los investigadores generaron ratones que expresaban una versión mutante de SOD1 de una manera "turn down" en tipos específicos de células. Primero, generaron los ratones en los cuales el gen mutante era flanqueado por pequeñas secuencias cortas de ADN que son reconocidas por una enzima bacteriana (llamada Cre recombinasa), la que cataliza la supresión de las secuencias cortas junto con todo el ADN que interviene (en este caso, el gen SOD1 transformado). Se establecieron varias líneas de ratones con múltiples copias del gen insertado en tándem en el ADN de las células germinales. Entonces determinaron la edad de inicio de la patología y el tiempo de progresión en los ratones, estableciendo una base para la comparación. Trabajos previos habían demostrado que cuanto más mutados estuviesen los genes SOD1 en un ratón, mayor sería el nivel de la proteína SOD1 alterada y más corta sería la vida de los animales.

En rojo, células de microglia rodeando a las neuronas motoras (en verde) procedentes de la médula espinal de ratones con la mutación en el gen SOD1, que provoca la esclerosis lateral amiotrófica. (Foto: S. Boillée)

Los ratones entonces fueron cruzados con otros que expresaban la recombinasa Cre en un tipo particular de células (es decir, en las motoneuronas o en la microglía), lo que dio lugar a una progenie con niveles reprimidos de SOD1 en el tipo celular respectivo. (La versión mutada se expresó en todas las células, pero la expresión de la recombinasa Cre, por ejemplo en la microglía, suprimió el gen alterado y por lo tanto disminuyó la síntesis de proteína SOD1 anómala). Los investigadores observaron que los ratones que llevaban una baja carga de la mutación SOD1 en sus motoneuronas, el inicio y la progresión de la enfermedad se retrasaba notoriamente. Estos resultados son consistentes con un inicio retrasado de la enfermedad en los ratones transgénicos tratados con ARNs que interfieren específicamente la expresión de la SOD1 mutada. Los estudios han observado que la disminución selectiva de la proteína anómala en la microglía retrasa la progresión de la enfermedad en su etapa tardía, un período caracterizado por la degeneración axonal y pérdida de las neuronas motoras. Esto implica que la actividad de la proteína SOD1 mutada en la microglía inicia los acontecimientos que aceleran la muerte de las motoneuronas.

Por otra parte, la activación de la microglía está acompañada por la creciente expresión de las proteínas de membrana que forman uniones entre las células. Además, los macrófagos infiltrados, los cuales llenan las poblaciones microgliales, pueden llegar a ser fusogénicos cuando están activados. En condiciones neurodegenerativas, se ha observado una íntima ubicación de la microglía con las motoneuronas, pero si realmente existen estas conexiones, se desconoce la existencia del paso de moléculas a través de un puente citoplásmico. Si la recombinasa Cre se pudiese transferir a las neuronas motoras, cualquier disminución resultante de la expresión del mutante SOD1 podría retrasar la progresión de la ELA. El hecho de que en estos ratones solamente la última etapa de la enfermedad se ve afectada, la activación de la microglía podría ocurrir durante las fases más posteriores de la patología. Otra posibilidad, mucho más interesante respecto al mecanismo de la enfermedad, es que las toxinas de la microglía activada pasen hacia las motoneuronas induciendo la degeneración neuronal (figura 2). O quizás las toxinas (o alguna otra característica de la SOD1 mutada) dañen la microglía, perdiendo su función protectora. La pregunta es si la microglía que expresa la mutación daña directamente las motoneuronas o si una función protectora de la microglía está disminuida. Se ha demostrado que la microglía activada, presente en modelos murinos de ELA y típicamente en los pacientes con la enfermedad, poseen tanto características neurotóxicas como neuroprotectivas para otras enfermedades.

El estudio de Boillée y colaboradores sugiere que la expresión del gen mutado de la SOD1 en la microglía acelera la muerte de las neuronas motoras en modelos de ratón. La causa podría deberse a la producción de toxinas o la transferencia de toxinas a las motoneuronas próximas o los astrocitos por la microglía mutada, o la proteína mutante podría dañar la microglía y evitar que se produzcan los factores protectores aún a ser identificados. Existen otras posibilidades, incluyendo la producción de toxinas difusibles (tales como iones o citoquinas) por la microglía dañada .

Aunque el estudio realizado por Boillée sugiere una función específica de la microglía en la modificación de la progresión de la enfermedad, no es realmente cierto que el SOD1 mutado en la microglía sea crítico para la patogenia de la esclerosis lateral amiotrófica. Estudios en ratones demuestran que una enfermedad fatal parecida a la ELA genera mutantes variables de SOD1; la proteína inestable es rápidamente degradada y no se acumula en otras células con excepción de las motoneuronas anómalas. Aún permanecen interrogantes sobre el mecanismo por el cual la alteración de la proteína SOD1 en la microglía contribuye a la degeneración de las neuronas motoras, pero el estudio de Boillée y colaboradores proporciona la evidencia que incluso una reducción modesta en el nivel de expresión de la versión mutada de SOD1 en las motoneuronas, y quizás en otras células no neuronales, puede alterar substancialmente el curso de la enfermedad.

Finalmente, las implicaciones terapéuticas para un acercamiento que permitan disminuir la expresión de la proteína mutante puedan extenderse a otras enfermedades neurodegenerativas dominantes autosómicas, tales como la enfermedad de Huntington.