Antecedentes

Las enfermedades genéticas como la enfermedad de Huntington o la ataxia espinocerebelosa se desarrollan debido al alargamiento anormal de secuencias específicas de bases en el genoma. Esto ocurre porque las secuencias repetidas de trinucleótidos (TNR), representadas por citosina-adenina-guanina (CAG), aumentan progresivamente durante el proceso de división celular somática, formando proteínas tóxicas que destruyen las neuronas. Cuadro de agravamiento progresivo de los síntomas debido a la acumulación de daño en las células cerebrales.

Aquí se observa una contradicción molecular interesante. El sistema de reparación de desajustes (MMR) del ADN, que originalmente protege la estabilidad genómica, es considerado el principal culpable de impulsar la expansión de estas secuencias repetitivas. Esto ocurre porque el complejo, que debería corregir normalmente los errores de replicación, malinterpreta la estructura de bucle anómala característica de las secuencias repetidas y opera en la dirección de aumentar continuamente la longitud de la secuencia.

Por ello, los investigadores han buscado estrategias terapéuticas que reduzcan la actividad del MMR para bloquear la expansión de las secuencias. Sin embargo, dado que el MMR constituye una barrera defensiva clave contra las mutaciones, bloquear indiscriminadamente todo el complejo provoca un aumento drástico del riesgo de cáncer. El conflicto entre dos objetivos: mantener la función normal y tratar la enfermedad.

Para desarrollar tratamientos seguros, es necesario preservar la vía de corrección de bases individuales general e inhibir con precisión únicamente los complejos específicos que participan en la expansión patológica. Sin embargo, la ausencia de técnicas analíticas capaces de aislar y medir únicamente las subvías mínimas dentro de células vivas ha sido un desafío durante mucho tiempo.

Hallazgos clave

El equipo de investigación abrió un camino al aprovechar la tecnología de edición genética de próxima generación, la edición por primers (prime editing, PE), desde una perspectiva inversa. La PE es una herramienta precisa que permite sustituir secuencias deseadas sin cortar las doble hebras del ADN. El ingenio del equipo radica en prestar atención a los intermedios de desajuste de ADN que surgen inevitablemente durante el proceso de funcionamiento de la PE.

En células vivas, se manipuló con precisión el sistema PE para inducir miles de pares de desajustes de ADN programados. Se realizó un estudio a gran escala para medir cómo los genes MMR clave procesan estas estructuras artificiales de desajuste.

Los resultados del análisis revelaron claramente las rutas detalladas que previamente no estaban bien diferenciadas dentro del sistema MMR. El logro más destacado fue la especificación de un mecanismo de recuperación orientado a bucles (loop-directed) diseñado para reconocer y procesar específicamente estructuras de bucle no convencionales.

Sobre la base de este principio, el equipo de investigación construyó una plataforma de reporte expandida capaz de detectar con precisión la pérdida de función en las distintas subvías de MMR. Se trata de un sistema de detección original que mide selectivamente únicamente la actividad de la vía del complejo MutSβ, responsable de la expansión de las repeticiones de trinucleótidos.

El equipo de investigación aplicó un sistema de repurposing para realizar un cribado de alto rendimiento de una biblioteca de aproximadamente 72.000 compuestos de pequeñas moléculas. El resultado fue el descubrimiento de una nueva serie de compuestos que inhiben selectivamente únicamente la vía de reparación dependiente de MutSβ.

Se demostró que los inhibidores de bajo peso molecular descubiertos tienen eficacia para inhibir claramente la expansión de las repeticiones (CAG)n en modelos de enfermedades celulares. Se ha evaluado que se ha obtenido una sustancia que selecciona e inhibe únicamente la expansión de la secuencia causante de la enfermedad, manteniendo la función general de reparación del ADN.

Significado y perspectivas

Este estudio amplió el horizonte de aplicaciones de la edición prima a nuevas áreas. Un logro que consiste en aplicar la edición prima (PE) más allá de las herramientas de edición genética, para elucidar los mecanismos moleculares intracelulares y establecer plataformas de cribado de nuevos fármacos.

Se analiza que ha presentado una nueva vía para la identificación de candidatos terapéuticos en el ámbito de las enfermedades neurodegenerativas con repeticiones de trinucleótidos, anteriormente clasificadas como incurables. Ha abierto la posibilidad práctica del desarrollo de nuevos fármacos de bajo peso molecular capaces de controlar selectivamente únicamente la expansión de secuencias patológicas, evitando así el escollo del riesgo de mutaciones sistémicas. Un nuevo horizonte para la medicina de precisión personalizada.

Por supuesto, también hay claros obstáculos que deben superarse hasta la comercialización. Es necesario verificar meticulosamente si las series de compuestos descubiertos mantienen la misma selectividad en modelos animales y si pueden atravesar la barrera hematoencefálica (BHE) para llegar a los sitios diana del sistema nervioso central. Se trata de desafíos prácticos como garantizar la administración in vivo del fármaco y su estabilidad metabólica.

La toxicidad potencial que la inhibición a largo plazo de MutSβ podría tener en todo el genoma también debe aclararse mediante investigaciones adicionales. La metodología que descompone con precisión la compleja red de reparación del ADN para vincularla al cribado de fármacos se perfila como un recurso valioso para futuras investigaciones sobre diversas enfermedades genéticas.