Por Andrea Gentil*. La ataxia de Friedreich, una enfermedad neurodegenerativa y progresiva con una incidencia de uno a dos casos por cada cien mil personas, podría tener respuesta en un camélido de América del Sur. En un trabajo interdisciplinario, un equipo argentino de investigación halló que nanoanticuerpos de llamas podrían actuar como escudos microscópicos capaces de estabilizar a la proteína frataxina, responsable del padecimiento, cuando por un error genético escasea en el organismo o no funciona de manera adecuada.
En el corazón de nuestras células, dentro de unas diminutas estructuras llamadas mitocondrias, funcionan pequeñas «centrales eléctricas» que nos permiten respirar, movernos y latir. Sin embargo, para quienes padecen ataxia de Friedreich, estas centrales fallan debido a que una pieza esencial de su maquinaria –la proteína frataxina– es defectuosa.
Ahora, una investigación liderada por científicos argentinos de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (Exactas UBA), que trabajaron en colaboración con colegas del extranjero y de otras instituciones argentinas, encontró un aliado inesperado en las llamas para intentar reparar este engranaje vital.
La ataxia de Friedreich es una enfermedad neurodegenerativa poco frecuente que afecta el sistema nervioso y el corazón. El problema radica en una mutación genética que hace que alrededor del 95 por ciento de los pacientes tengan muy poca frataxina (los dos alelos del gen de esa proteína poseen expansiones, fallas por las cuales la frataxina no se puede expresar de manera correcta). En aproximadamente un 5 por ciento de los pacientes, a esa expansión en uno de los alelos se le suma una mutación puntual en el otro, lo que genera la expresión de una proteína inestable.
«La idea central es poder intervenir con proteínas estables sobre aquellas variantes de la frataxina que sean inestables», explica Florencia Pignataro, investigadora del Conicet que trabaja en el Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional (iB3) en Exactas UBA y primera autora del paper publicado en la revista Communications Biology.
Y agrega: “El objetivo es evitar que esas proteínas se vayan a degradación adentro de la célula y que puedan estar más tiempo disponibles para cumplir su función».
El secreto de la llama
Para solucionar esta fragilidad, los investigadores argentinos recurrieron a un sistema de defensa único en la naturaleza: el de los camélidos.
A diferencia de los humanos, las llamas producen ciertos anticuerpos extremadamente pequeños y resistentes, denominados “nanoanticuerpos” (del inglés, nanobodies). Si un anticuerpo humano es como un pesado escudo medieval, un nanoanticuerpo es como una pequeña y ágil armadura de bolsillo.
Debido a su tamaño diminuto, pueden infiltrarse en lugares a los cuales los anticuerpos normales no llegan. Por ejemplo, el interior de las células y, específicamente, de las mitocondrias, que es donde reside la proteína frataxina afectada en la ataxia de Friedreich.
A diferencia de los seres humanos, que poseemos anticuerpos compuestos por cadenas pesadas y livianas, las llamas producen, además, anticuerpos que solo tienen cadenas pesadas. Esto permite extraer una fracción minúscula de ellos, nanoanticuerpos aproximadamente diez veces más pequeños que un anticuerpo humano convencional (15-17 kDa frente a los 150 kDa de una inmunoglobulina G humana).
“Uno puede desarrollar estos nanoanticuerpos para diagnóstico, y también para utilizarlos como chaperonas moleculares (es decir, como una molécula que estabilice a otra), para cristalizar o hacer otra técnica de detección. O puede desarrollarlos para un uso terapéutico”, describe Pignataro, que también es parte del equipo del Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular.
Una característica fundamental de los anticuerpos de llamas es que poseen una baja probabilidad de ser rechazados por el sistema inmunológico humano. Otra es que al inmunizar a una llama con la proteína de interés, el sistema inmunológico del animal genera naturalmente «nanoescudos» específicos que los científicos luego pueden seleccionar y replicar en el laboratorio.
Es decir que las llamas funcionan como «biofábricas» de herramientas de alta precisión que permiten estabilizar proteínas dañadas y estudiar procesos celulares con una lupa de ultra-resolución, algo que sería imposible de obtener mediante métodos tradicionales.
En el estudio, las llamas fueron inmunizadas con frataxina humana para que su cuerpo generara “nanoescudos”. Y el resultado fue positivo.
En los experimentos realizados, estos nanoanticuerpos lograron unirse a la frataxina defectuosa y aumentar su resistencia, actuando como una «armadura» que evitaría que la proteína se desarme y sea degradada por la célula.
«Demostramos que interaccionan con la frataxina dentro de una célula –señala Pignataro–. El uso de estas herramientas permitió observar el proceso con una precisión inédita». Para dar una idea de la escala, los científicos trabajan con distancias de nanómetros: es como intentar ver una pelota de golf dentro de un contenedor gigante.
En la investigación se seleccionaron más de 20 nanoanticuerpos específicos derivados de las llamas inmunizadas con frataxina humana. De ese conjunto, el equipo de científicos procedió a estudiar en profundidad cuatro de ellos.
“Los nanoanticuerpos testeados demostraron una gran capacidad para estabilizar la frataxina, incluso en sus variantes patológicas más inestables –resume Pignataro–. Y lograron aumentar la resistencia al desplegado por calor de estas proteínas en un rango de entre 15 y 21 grados centígrados. Además -puntualiza la investigadora- pudimos confirmar que pueden ser dirigidos con precisión al interior de las mitocondrias sin alterar el metabolismo energético de las células”.
El nanoanticuerpo NB_4A7 es particularmente relevante porque los investigadores demostraron que puede unirse a la frataxina sin bloquear su función natural ni impedir que interactúe con el supercomplejo mitocondrial necesario para fabricar centros de hierro y azufre (estructuras químicas clave para el funcionamiento de las máquinas moleculares de las mitocondrias, por ejemplo).
Si bien seleccionaron y probaron múltiples candidatos que resultaron exitosos en términos de estabilización térmica, el estudio demostró que el NB_4A7 se destaca por cumplir con el desafío clave de no estorbar la actividad biológica de la proteína, mientras la protege.
¿Una cura en el horizonte?
Aunque los resultados son prometedores, Pignataro es cautelosa. Hasta ahora, los experimentos fueron realizados en líneas celulares de laboratorio, y el siguiente paso es probarlos en células derivadas de pacientes para luego, eventualmente, testearlos en modelos animales.
«No es que se esté trabajando en la cura –aclara con honestidad Pignataro–. Intento todo el tiempo demostrar que estoy equivocada para no vivir con sesgos de confirmación. Si en los próximos meses nuestros experimentos dan algo confiable, entonces podremos pensar en qué ocurre en un ratón».
Para iniciar las pruebas en roedores, los investigadores primero deben consolidar una serie de evidencias sólidas en modelos celulares más complejos que los utilizados hasta ahora. Aunque ya han demostrado que los nanoanticuerpos funcionan en tubos de ensayo y en líneas celulares de laboratorio (como las células HeLa), el salto al modelo animal requiere cumplir con etapas previas.
El paso crítico actual es demostrar que los nanoanticuerpos pueden estabilizar la frataxina y aumentar sus niveles dentro de células derivadas directamente de pacientes con ataxia de Friedreich. Los científicos necesitan confirmar que, en este entorno celular específico, el nanoanticuerpo logra evitar la degradación de la proteína defectuosa.
Además es necesario recolectar más evidencia: se requiere de una gran cantidad de réplicas biológicas con una potencia estadística confiable que permita asegurar, mediante diversas técnicas, que los niveles de frataxina están siendo modificados de manera consistente por los nanoanticuerpos.
Luego, es imprescindible obtener pruebas irrefutables de que esos nanoanticuerpos se expresan correctamente y se dirigen con precisión al interior de las mitocondrias en los modelos de la enfermedad de Friedreich. También realizar estudios en tejidos específicos: debido a que la enfermedad es cardio-neurodegenerativa, los investigadores están realizando pruebas preliminares en células cardíacas (cardiomiocitos derivados de células pluripotentes) para entender si los nanoanticuerpos podrían ingresar y funcionar en las células de los órganos más afectados.
Además es necesario verificar que la presencia de estos nanobodies no interfiera con otras enzimas vitales que dependen de la frataxina ni genere respuestas inmunológicas no deseadas. El camino es complejo y el trabajo, prolongado y pleno de detalles que requieren una atención y un cuidado extremos.
Sin embargo, y aún con las precauciones lógicas de un estudio inicial, el avance representa una «piedra fundacional». No solo abre una posible vía terapéutica para rescatar a la proteína dañada, sino que también funciona como una lupa de alta resolución para que los científicos entiendan, por fin, qué sucede realmente en las células de quienes conviven con la ataxia de Friedreich.
Para esto, la investigación contó hasta ahora con la colaboración de más de 18 investigadores, procedentes de laboratorios de Exactas UBA (del IB3 y el INQUIMAE), del Departamento de Cristalografía y Biología Estructural del Instituto de Química “Blas Cabrera¨ de Madrid, del Centro Nacional Español para la Investigación del Cáncer (también ubicado en Madrid), del Instituto Leloir, y del Incuinta (INTA).
Por ahora, los nanoanticuerpos de llama se perfilan como los pequeños centinelas que podrían, algún día, devolverle la energía a quienes la han ido perdiendo.
* En Nexciencia