Mutaciones en el transportador de ácidos grasos omega-3 en el cerebro, MFSD2A, causan un síndrome de microcefalia letal

 

Alicia Guemez-Gamboa

Laboratory of Pediatric Brain Disease, The Rockefeller University

Representación de la estructura tridimensional del ácido docosahexaenoico. Imagen: Ben Mills.

Representación de la estructura tridimensional del ácido docosahexaenoico. Imagen: Ben Mills.

El ácido docosahexoico (DHA) es el ácido graso poliinsaturado de la serie omega-3 más abundante en el cerebro. Sin embargo, aunque considerado esencial, hasta la fecha no se había descrito ninguna enfermedad genética vinculada con la deficiencia del mismo. A pesar de la gran cantidad de DHA presente en el cerebro, las neuronas no son las que lo sintetizan, sino que tiene que ser transportado a través de la barrera hemato-encefálica (BHE) por el transportador MFSD2A, que puede transportar tanto DHA como otros ácidos grasos poliinsaturados en forma de lisofosfatidilcolina (LPC). En el trabajo publicado recientemente en la revista Nature Genetics, en el que participan los grupos de Joseph Gleeson (University of California, San Diego) y David Silver (Duke-National University of Singapore), se caracterizaron dos mutaciones en el gen que codifica para el transportador de lípidos MFSD2A. Los individuos que presentan estas mutaciones exhiben un síndrome de microcefalia letal vinculado a la absorción inadecuada de lípidos en forma de LPC. Los resultados de este trabajo establecen un enlace entre el transporte de lípidos LPC por MFSD2A y la función y crecimiento del cerebro, presentando la primera evidencia de enfermedad monogénica relacionada con el transporte de DHA.

Las mutaciones en el gen MFSD2A fueron identificadas en dos familias, en las cuales los individuos afectados presentaban microcefalia y discapacidad intelectual. Las imágenes de resonancia magnética del cerebro mostraron hidrocefalia grave con ventrículos dilatados y adelgazamiento de la superficie cortical, así como hipoplasia cerebelar. Estos individuos también presentaban hipotonía muscular, hiperreflexia, convulsiones y finalmente, la muerte en los primeros años de vida. La secuenciación del exoma de ambas familias identificó dos variantes para el gen MFSD2A (NM_032793.4). La familia 1825 presentó una variante en el cromosoma 1, g.40431005C> T, que lleva a un cambio en la secuencia de nucleótidos del DNA codificante, c.476C>T y a un aminoácido diferente en la proteína resultante, p.Thr159Met. La familia 1422 albergaba la variante g.40431162C> T, lo que lleva a c.497C>T en la secuencia de nucleótidos y un cambio de p.Ser166Leu en la proteína. Con el uso de programas estándar se predijo que ambas variantes serían altamente perjudiciales y se confirmó que los residuos alterados se han conservado durante la evolución de vertebrados. Para comprender el efecto de las mutaciones en el funcionamiento de la proteína, se utilizó un ensayo en células HEK293 a las que se les aplicaron diferentes concentraciones de lípidos en forma LPC. Las células fueron transfectadas con cDNA MFSD2A humano, además de con cDNA MFSD2A en el que se introdujeron las mutaciones que codifican p.Thr159Met y p.Ser166Leu. Ambas mutaciones causaron la disminución del transporte para todos LPC examinados, lo que indica alteración de la actividad del transportador.

Embriones de pez zebra. By Adam Amsterdam, Massachusetts Institute of Technology, Boston, Massachusetts, United States. [CC-BY-2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5) or CC-BY-2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

Embriones de pez zebra. Imagen: Adam Amsterdam, Massachusetts Institute of Technology, Boston, Massachusetts, United States. [CC-BY-2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5) or CC-BY-2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)].

Para validar el impacto funcional de las mutaciones in vivo, se desarrolló un modelo de deficiencia de MFSD2A en pez cebra. MFSD2A tiene dos genes parálogos en el pez cebra, mfsd2aa y mfsd2ab, que codifican proteínas con 58% y 62% de identidad con la secuencia de aminoácidos humana, respectivamente. Se examinaron las consecuencias genéticas de las mutaciones humanas utilizando oligonucleótidos morfolino para mfsd2aa y mfsd2ab. Se observó letalidad con ambos morfolinos, mfsd2aa y mfsd2ab, lo que indica que los transportadores codificados tienen papeles no redundantes y son necesarios para la supervivencia. La letalidad observada en el modelo de pez cebra es consistente con la letalidad postnatal en los seres humanos y los ratones con deficiencia de MFSD2A (40% de los ratones knockout para Mfsd2a mueren postnatalmente). Asimismo, la eliminación de mfsd2aa en pez cebra también da lugar a microcefalia, de manera similar a los humanos con mutaciones en MFSD2A y a los ratones knockout para Mfsd2a. Para corroborar la patogenicidad de las mutaciones humanas, se inyectó ARN mensajero (ARNm) silvestre o mutado del gen MFSD2A humano o ARNm silvestre de pez cebra mfsd2aa en embriones de pez cebra junto con el morfolino para mfsd2aa. Tanto el ARNm silvestre de pez cebra como el de humano rescataron en gran parte tanto el fenotipo letal como la microcefalia, mientras que la coinyección con mRNA MFSD2A humano que codifica los mutantes Thr159Met o Ser166Leu no revertió los fenotipos.

Debido a que los ratones knockout para Mfsd2a exhiben una reducción del transporte de LPC en el cerebro, se formuló la hipótesis de que la captación de LPC mediante MFSD2A afecta los niveles de LPC sanguíneo. Por lo tanto, la pérdida de la función del transportador MFSD2A debería traducirse en un aumento de LPC en la sangre. Así, los niveles plasmáticos de LPC fueron cuantificados en ratones knockout para Mfsd2a, y se observó un incremento de 40% en comparación con los controles. Teniendo en cuenta estos resultados, se examinó si los pacientes con mutaciones en MFSD2A también tenían incrementados los niveles plasmáticos de LPC en relación con sus padres heterocigotos y controles. La respuesta fue la esperada y se confirmó que los niveles sanguíneos de LPC están incrementados en los pacientes en relación con sus padres y los controles heterocigotos. Debido a que MFSD2A puede transportar tanto DHA como otros ácidos grasos de cadena larga vinculados a LPC, los defectos en el transporte de varios LPC podrían contribuir al fenotipo en los seres humanos.

Imagen: cortesía de Marta Yerca

Los lípidos en forma de LPC tienen un papel esencial en el desarrollo y función del cerebro en los seres humanos. Imagen: cortesía de Marta Yerca

Las funciones específicas para LPC en el crecimiento del cerebro no han sido completamente caracterizadas, pero su abundancia en la sangre y la conversión eficiente en las membranas celulares sugieren que tienen un papel clave en la homeostasis celular y en el crecimiento, incluyendo otras funciones como en la proliferación de los progenitores neurales y en la elongación de las neuritas. Este trabajo confirma el papel esencial de los lípidos en forma de LPC en el desarrollo y la función del cerebro en los seres humanos, e indica que la captación cerebral de los lípidos en forma de LPC es importante durante el desarrollo fetal y en la vida adulta. Elucidar las funciones de los LPC en el cerebro, así como sus implicaciones podría tener aplicaciones clínicas. Por ejemplo, se podrían desarrollar terapias que ayudaran a prevenir y tratar trastornos neurológicos así como a mejorar el crecimiento y la función cerebral. Incluso, se podría desarrollar una mejor nutrición cerebral dirigida a las etapas críticas de la vida, incluyendo dietas especializadas para infantes, madres y ancianos.

Referencia:

Guemez-Gamboa et al. Inactivating mutations in MFSD2A, required for omega-3 fatty acid transport in brain, cause a lethal microcephaly syndrome. Nat Genet. 2015 May 25. doi: 10.1038/ng.3311.

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