Controlar el uso de energía de las neuronas podría tratar la neurodegeneración

Controlar el uso de energía de las neuronas podría tratar la neurodegeneración

Científicos de Salk encuentran un fármaco que ralentiza la producción de proteínas, ayudando a las neuronas afectadas por una enfermedad genética

LA JOLLA—Los científicos del Instituto Salk demostraron cómo un medicamento aprobado por la FDA mejora la salud de las células cerebrales al limitar su uso de energía. Al igual que eliminar la iluminación innecesaria de un hogar con problemas financieros para ahorrar en las facturas de electricidad, la droga, llamada rapamicina, prolonga la supervivencia de las neuronas enfermas al obligarlas a reducir la producción de proteínas para conservar la energía celular.

Se ha demostrado que la rapamicina prolonga la vida útil y reduce los síntomas en una amplia gama de enfermedades y, a nivel celular, se sabe que reduce la velocidad a la que se producen las proteínas. Pero la nueva investigación de Salk, publicada en la revista ELIFE, sugiere que la rapamicina también podría atacar el daño neuronal asociado con el síndrome de Leigh, una enfermedad genética rara, y potencialmente otras formas de neurodegeneración .

"Nuestro estudio muestra que la producción de proteínas en las neuronas es uno de los principales usuarios de energía y que las neuronas del síndrome de Leigh degeneran porque no pueden mantener un nivel de energía lo suficientemente alto", dice. Tony Hunter, el presidente Renato Dulbecco y profesor de la Sociedad Estadounidense del Cáncer en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Salk, quien dirigió la investigación.

Estudios previos sobre la rapamicina, que bloquea un sensor de energía clave en las células, encontraron que puede alterar el sistema inmunológico, prolongar la vida útil y tratar trastornos, como el lupus y la enfermedad de Alzheimer. Los investigadores supusieron que el fármaco prevenía la neurodegeneración que se observa en la enfermedad de Alzheimer al alentar a las células a degradar los componentes dañados y las proteínas agregadas. Pero datos recientes insinuaron que la droga también podría tener un efecto sobre las mitocondrias, orgánulos que actúan como centrales eléctricas de las células, produciendo energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).

Xinde Zheng, investigador asociado en el laboratorio de Hunter, ya estaba estudiando las propiedades de las células afectadas por el síndrome de Leigh, cuya neurodegeneración hereditaria es causada por una mutación en el ADN mitocondrial que reduce la producción de ATP. Zheng se preguntó cómo afectaría la rapamicina a las neuronas plagadas de mitocondrias enfermas. Él y Hunter se asociaron con el laboratorio de Calibrador oxidado, profesor en el Laboratorio de Genética de Salk y titular de la Cátedra Vi and John Adler para la Investigación de Enfermedades Neurodegenerativas Relacionadas con la Edad. Zheng, junto con Leah Boyer, entonces investigadora en el laboratorio de Gage y ahora directora de Stem Cell Core de Salk, generó neuronas enfermas al tomar células de la piel de pacientes con síndrome de Leigh, reprogramarlas en células madre en cultivo y luego persuadirlas para que se conviertan en cerebro. células en un plato.

Aunque las células deben producir proteínas para sobrevivir, la producción de proteínas es un proceso que consume mucha energía y, para las células enfermas, el proceso deja muy pocas reservas de energía para hacer frente al estrés celular u otras demandas.

"La reducción de la producción de proteínas en las neuronas envejecidas permite que la célula utilice más energía para doblar las proteínas correctamente y manejar el estrés", dice Zheng, el primer autor del nuevo artículo. “El impacto de nuestro hallazgo es que la modulación de la síntesis de proteínas podría ser un enfoque general para tratar la neurodegeneración”.

En su estudio, el equipo descubrió que las neuronas del síndrome de Leigh se descomponían en el plato y mostraban signos claros de agotamiento de la energía. Mientras tanto, las neuronas del síndrome de Leigh expuestas a la rapamicina tenían más ATP y mostraban menos degeneración. Al bajar el nivel de la producción de proteínas, las neuronas enfermas y dañadas pudieron sobrevivir más tiempo.

"Estamos sorprendidos y encantados de que el efecto de la rapamicina para reducir la síntesis de proteínas como un enfoque de austeridad energética pueda conducir a un tratamiento potencial para las enfermedades neurodegenerativas relacionadas con las mitocondrias", dice Gage.

Este es un buen ejemplo del valor de estudiar una enfermedad en un plato, según Hunter. “Ha llevado a una gran cantidad de nuevos conocimientos sobre la biología subyacente de esta condición rara y poco estudiada”, agrega.

Se necesita más trabajo para determinar si los hallazgos sobre la rapamicina son ciertos en modelos animales del síndrome de Leigh y otras enfermedades neurodegenerativas, y para determinar cómo la rapamicina altera exactamente el metabolismo de las células.

Otros investigadores del estudio fueron Mingji Jin, Youngsung Kim, Weiwei Fan, Cedric Bardy, Travis Berggren y ronald m evans, todos del Instituto Salk.

El trabajo y los investigadores involucrados fueron apoyados por subvenciones de la Los Institutos Nacionales de Salud, la Instituto Médico Howard Hughes, Fundación Calouste Gulbenkian Hermandad, un Instituto de California para la medicina regenerativa Premio a la Formación Postdoctoral, y el Centro Helmsley de Medicina Genómica.