Toxicidad mediada por repeticiones CUG vs CCUG en tejido muscular y cardiaco en modelos en Drosophila de distrofia miotónica

Estefanía Cerro-Herreros1,2,3, Mouli Chakraborty1,2,3, Rubén Artero1,2,3 y Beatriz Llamusí1,2,3

1 Departamento de Genetica e Instituto de Investigación Interdisciplinar en Biotecnología y Biomedicina (ERI BIOTECMED). Universidad de Valencia. Valencia. España.

2 Grupo de Genómica Traslacional. Instituto de investigación Sanitaria INCLIVA. Valencia, España.

3 Unidad Mixta CIPF‐INCLIVA, Valencia, España.

 

Investigadores del grupo de Genómica Traslacional de la Universidad de Valencia-INCLIVA caracterizan dos nuevos modelos de distrofia miotónica tipo 1 (DM1) y 2 (DM2) en Drosophila, demostrando que existe una gran semejanza entre ambos en mosca, a diferencia de la presentación clínica significativamente más leve de DM2 respecto de DM1. La investigación, realizada en Drosophila y publicada en la revista científica Scientific Reports, sugiere la existencia de factores específicos aún no conocidos en humanos que inhiben parcialmente los efectos de la mutación causante de la enfermedad en pacientes con DM2, donde la enfermedad es menos grave.

Las distrofias miotónicas tipo 1 y 2 (DM1-2) son trastornos genéticos neuromusculares causados ​​por la expansión patológica de microsatélites en regiones no traducidas del genoma. DM1 y DM2, son causadas por expansiones CTG en el 3′-UTR del gen DMPK y expansiones CCTG en el primer intrón del gen CNBP, respectivamente. Los transcritos que contienen estas expansiones mutantes se retienen en el núcleo celular, donde secuestran proteínas de unión al RNA tales como las proteínas Muscleblind-like (MBNL). Estos acúmulos nucleares son visibles microscópicamente y se conocen como foci. El secuestro de MBNL desencadena alteraciones en el metabolismo del RNA y particularmente en el control del splicing alternativo de subconjuntos de transcritos musculares, cardiacos y neuronales. Por sus efectos sobre proteínas nucleares los RNAs portadores de expansiones CUG o CCUG también se conocen como RNAs tóxicos.

Aunque se ha descrito un origen similar para ambas enfermedades, por razones aún desconocidas, clínicamente, los pacientes con DM2 experimentan de forma general síntomas más leves de la enfermedad en comparación con los pacientes con DM1. Sin embargo, son múltiples los estudios moleculares que sugieren que los síntomas de DM2 deberían ser más graves que los de DM1, en vez de al contrario (Liquori 2001; Wu 2016; Kino 2004). Por ejemplo, las proteínas MBNL se unen con mayor afinidad a las expansiones CCUG que a las CUG de modo que, en igualdad de condiciones, se esperaría mayor secuestro de las proteínas en DM2 que en DM1.

Con la finalidad de investigar tal paradoja, los investigadores estudiaron los fenotipos provocados por ambos tipos de expansiones en Drosophila. En el presente artículo se describen por primera vez, de forma comparativa, los fenotipos musculares y cardiacos debidos a las mutaciones humanas responsables de la DM1 y DM2. En particular se esperaban fenotipos más leves para las expansiones CCUG (DM2) si eran intrínsecamente menos toxicas que las repeticiones CUG (DM1); mientras que por el contrario se esperan fenotipos similares si la toxicidad es modulada en humanos por factores específicos de CCUG.

Para estudiar las diferencias y las similitudes en la patogénesis de DM1 y DM2, se generaron moscas modelo que portaban en el genoma las repeticiones expandidas CUG ([250]x) o -CCUG ([1100]x), respectivamente, y se las comparó con moscas control que solo contenía 20 repeticiones o la proteína GFP. Dichas repeticiones CTG y CCTG fueron sobreexpresadas en músculo y tejido cardiaco de la mosca, gracias al sistema de expresión UAS/Gal4 en el cual se cruzan moscas que expresan el factor de levaduras Gal4 en un determinado patrón (ej. muscular, myosin heavy chain o Mhc-Gal4; o cardiaco, GMH5-Gal4) por moscas que tienen la construcción de interés bajo el control de las secuencias UAS, las cuales son reconocidas por Gal4 para activar la transcripción.

Como resultado, y a diferencia de lo que ocurre en humanos, los investigadores observaron una atrofia muscular (reducción en el tamaño de los músculos; Fig. 1), supervivencia disminuida y defectos en la contracción cardiaca sorprendentemente graves en moscas modelo que expresaban las expansiones CCUG en musculo y corazón, de forma similar a lo que ocurre en moscas DM1.  Las moscas modelo DM2 mostraron a nivel molecular fenotipos de tipo DM1 incluyendo la sobreexpresión de genes relacionados con autofagia, alteraciones en el splicing alternativo y la agregación de Muscleblind en foci ribonucleares. Por tanto, ambos modelos de mosca DM1 y DM2 presentan fenotipos similares en un contexto no humano, proporcionando este hecho evidencias de la elevada toxicidad potencial que tienen las repeticiones CCUG en tejidos afectados en la enfermedad. Además, se describe el primer modelo animal de DM2 que reproduce defectos musculares y cardiacos semejantes a los presentes en los pacientes.

 

distrofia miotónica

Fig. 1. Secciones transversales de tórax de moscas normales (A) o que expresan la mutación responsable de DM1 (B) o DM2 (C) en los que se ha visualizado el área muscular con una tinción azul. Los músculos que se observan, conocidos como músculos indirectos del vuelo, están fuertemente reducidos en las moscas modelo para DM1 y DM2.

 

Todos estos resultados revelan, por primera vez, que las expansiones CCUG tiene un potencial de toxicidad in vivo similar al de la expansiones CUG en tejidos musculares y cardiacos. Esto sugiere la existencia de factores específicos, aún no conocidos en humanos, que inhiben la toxicidad de dichas repeticiones en pacientes con DM2, convirtiendo esto a Drosophila en un modelo adecuado en el que investigar dichos factores moduladores de la toxicidad. Identificar estos moduladores humanos específicos de DM2 es el próximo objetivo del grupo ya que entender cómo, de forma natural, es posible bloquear la toxicidad de las expansiones CCUG ofrecería opciones sobre cómo abordar una modulación semejante en DM1.

Referencia: Cerro-Herreros E, et al. Expanded CCUG repeat RNA expression in Drosophila heart and muscle trigger Myotonic Dystrophy type 1-like phenotypes and activate autophagocytosis genes. Sci Rep. 2017 Jun 6;7(1):2843. doi: 10.1038/s41598-017-02829-3.

Bibliografía:

Liquori CL, et al. Myotonic dystrophy type 2 caused by a CCTG expansion in intron 1 of ZNF9. Science. 2001 Aug 3;293(5531):864-7.

Wu C, et al. BioGPS: building your own mash-up of gene annotations and expression profiles. Nucleic Acids Res. 2016 Jan 4;44(D1):D313-6. doi: 10.1093/nar/gkv1104.

Kino Y, et al. Muscleblind protein, MBNL1/EXP, binds specifically to CHHG repeats. Hum Mol Genet. 2004 Mar 1;13(5):495-507.

 

 

 

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