La pentamidina rescata la contractilidad y la ritmicidad cardiaca en un modelo de distrofia miotónica en Drosophila

 

Estela Selma Soriano, Mouli Chakraborty, Rubén Artero Allepuz, Beatriz Llamusí Troisi

Grupo de Genómica Traslacional. Departamento de Genética. Universidad de Valencia-INCLIVA. Valencia

La Distrofia Miotónica (DM) a pesar de ser una enfermedad rara, constituye el tipo de distrofia muscular más común en adultos. Su origen está en una mutación en el gen DMPK, la cual provoca un aumento en el número de repeticiones del triplete CTG que pasa de 5-34 copias a varios centenares, produciéndose la aparición y el desarrollo de la enfermedad. Aparte de los síntomas musculares, también es común una afectación multiorgánica que implica problemas cardíacos, endocrinos y del sistema nervioso. Los trascritos que contienen las repeticiones patogénicas resultan tóxicos debido a la formación de horquillas (foci ribonucleares).Estos transcritos tienen como efecto la alteración en la función de proteínas de unión al RNA, como MBNL1 y CELF1, las cuales regulan múltiples eventos de procesamiento del RNA, como el procesamiento alternativo, la traducción, la poliadenilación, la biogénesis de miRNAs, la estabilidad del mRNA y la localización intracelular de éste. Mientras que MBNL1 está secuestrado por las repeticiones CUG formando foci ribonucleares, hay un aumento de los niveles de proteína CELF1.

En general, los problemas cardíacos, que normalmente preceden a los musculares, ocurren en el 80% de los individuos con DM1 y representan la segunda causa de muerte, después del fallo respiratorio. En estos enfermos, se han observado tres fenotipos cardíacos: defectos en la conducción, arritmias y disfunción mecánica diastólica y/o sistólica. Hasta la fecha, sólo se había observado el efecto de la expresión de las repeticiones CTG en músculo esquelético por lo que los investigadores se preguntaron: ¿Qué pasará al expresar repeticiones patogénicas en el corazón? Para responder a esto, el grupo de Genómica Traslacional generó un modelo en Drosophila capaz de reproducir aspectos cardíacos de DM y así abordar el estudio in vivo de los tres fenotipos alterados.

La mosca Drosophila adulta posee un sistema circulatorio abierto en el que se encuentra un corazón tubular de 1 mm de longitud y una aorta que se extiende a través del tórax hasta la cabeza. La estructura simple y la fisiología del corazón de Drosophila, junto con su genética, proporcionan un sistema idóneo in vivo para el estudio de las disfunciones cardiacas. En este trabajo, se muestra el primer modelo de disfunción cardíaca en DM1 en Drosophila, generado mediante la sobre-expresión de 250 repeticiones CUG en el contexto de un RNA no traducible.

En el estudio, se detectaron foci ribonucleares y secuestro de Muscleblind (las principales características moleculares de la enfermedad) en el núcleo de los cardiomiocitos de Drosophila. Se observó que Muscleblind mostraba una expresión difusa tanto en el núcleo como en el citoplasma de los cardiomiocitos en las moscas control. En contraste, se encontró Muscleblind secuestrado en foci ribonucleares en el núcleo de cardiomiocitos con expresión de repeticiones patogénicas. Además, no se observaron anormalidades estructurales grandes en el tubo cardíaco pero se encontraron pequeñas diferencias entre las moscas con la enfermedad y los controles en algunas áreas. Las miofibrillas cardiacas estaban bien organizadas y bien alineadas en las moscas control. No obstante, las moscas enfermas mostraron anormalidades en el alineamiento paralelo de las miofibrillas transversales, las cuales mostraron una disposición espiral y una disposición menos compacta y organizada. Sorprendentemente, se observó que la expresión de las repeticiones patogénicas causaba una reducción significativa en la supervivencia media. Esto animó a que los investigadores se preguntaran: ¿qué parámetros cardiacos pueden explicar estos fenotipos? Para tratar de responder a la pregunta se abordó el estudio de la fisiología cardiaca.

Corazón de Drosophila "wild type" teñido con faloídina. La faloídina tiñe los filamentos de actina de las células musculares cardiacas. Imagen cortesía del Grupo de Genómica Traslacional. Departamento de Genética. Universidad de Valencia-INCLIVA.

Los investigades utilizaron un modelo de distrofia miotónica en drosophila para estudiar la función cardiaca en la enfermedad. La imagen muestra un corazón de Drosophila “wild type” teñido con faloídina. La faloídina tiñe los filamentos de actina de las células musculares cardiacas. Imagen cortesía del Grupo de Genómica Traslacional, Departamento de Genética, Universidad de Valencia-INCLIVA.

Para estudiar la función cardíaca, los corazones de las moscas adultas se diseccionaron en hemolinfa artificial y fueron grabados con una videocámara de alta velocidad. Las contracciones cardiacas fueron analizadas usando un método de análisis semi-automático (SOHA) del latido. El corazón de las moscas control mostró contracciones rítmicas. Sin embargo, las contracciones fueron claramente arrítmicas en corazones de moscas enfermas. Esta variabilidad en la periodicidad cardiaca permitió a los investigadores analizar la arritmicidad o el índice de arritmia (AI); con esto, observaron que las moscas enfermas mostraban aproximadamente un 50% de incremento en el AI comparado con las mocas control. La cuantificación del periodo de longitud del latido del corazón (HP, definido como el intervalo diastólico más el sistólico) mostró que las moscas enfermas exhibían un incremento significativo del HP comparado con moscas control.

Por lo que respecta al estudio de las alteraciones de la función sistólica y diastólica, se midió el ritmo cardiaco (HR), los intervalos diastólicos (DI) y sistólicos (SI). Se encontró que el incremento de la media de HP, y el HR reducido (HP=1/HR) observado en las moscas enfermas, era causado por una disfunción sistólica y diastólica, porque tanto el SI y como el DI (periodo de contracción y de relajación, respectivamente) estaban significativamente prolongados en comparación con las moscas control. También se analizaron los diámetros del final diastólico (EDD) y sistólico (ESD) y se calculó el porcentaje resultante de la fracción de acortamiento (%FS). En moscas enfermas, se observó una disminución significativa en el EDD, y también una FS reducida. Estos resultados revelaron que el volumen del corazón está reducido y hay una disfunción de las propiedades contráctiles en los corazones de las moscas modelo.

Para comprobar si el modelo de la mosca podría ser usado como una herramienta in vivo para evaluar compuestos terapéuticos potenciales contra la disfunción cardiaca en DM1, se probó el efecto de un compuesto anti-DM1 (pentamidina) ya testado en cultivos. En las moscas modelo alimentadas con pentamidina, no se encontraron foci ribonucleares en el núcleo de cardiomiocitos y Muscleblind se distribuyó por el núcleo. Hubo una reducción significativa en la arritmicidad y se observó una importante recuperación de las propiedades contráctiles del corazón en las moscas tratadas. Sin embargo, el HR, el SI y el DI no se rescataron, aunque se observó una tendencia hacia parámetros normales. Por último, la supervivencia media de las moscas modelo alimentadas con pentamidina aumentó hasta aproximarse a la supervivencia de las moscas control.

En conclusión, en este estudio se han descrito, por primera vez, los efectos de la mutación causante de la DM1 en la función cardíaca en el sistema modelo. Las moscas con expresión de repeticiones patogénicas recapitulan muchas de las características patológicas y moleculares de DM1 Esto facilita el camino para futuros estudios con el fin de elucidar las alteraciones moleculares que subyacen en la enfermedad. El rescate obtenido por el tratamiento de la pentamidina confirma que el modelo de DM1 descrito tiene un fenotipo sensibilizado que es idóneo para probar posibles enfoques terapéuticos en estudios futuros. Además, el modelo también puede ser usado para el testeado de la eficacia de diferentes aproximaciones terapéuticas que hasta el momento sólo se han probado en el músculo esquelético.

Referencia: Chakraborty M, et al. Pentamidine rescues contractility and rhythmicity in a Drosophila model of myotonic dystrophy heart dysfunction. Dis Model Mech. 2015 Dec 1;8(12):1569-78. doi: 10.1242/dmm.021428. Epub 2015 Oct 29. http://dmm.biologists.org/content/8/12/1569.long

 

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