RCAN1, un gen del cromosoma 21, participa en la muerte celular (apoptosis) en el síndrome de Down y en la enfermedad de Alzheimer

Redacción de Salud-Biomedicina
Canal Down21

Autores: Xiulian Sun,Yili Wu, Bin Chen, Zhuohua Zhang, Weihui Zhou, Yigang Ton, Junying Yuan, Hinrich Gronemeyer, Richard A. Flavell, Weihong Son. 
Trabajo original: Regulator of calcineurin 1 (RCAN1) facilitates neuronal apoptosis through vaspase 3 activation.
Revista: Journal of Biological Chemistry (January 7, 2011), Manuscript M110.177519, última versión en Http://www.jbc.org/cgi/doi/10.1074/jbc.M110.177519 

El gen RCAN1 se encuentra en el cromosoma 21 humano dentro de una región llamada “Down Syndrome Critical Region” (DSCR). De hecho, ese gen que fue caracterizado y ampliamente estudiado por el equipo español de investigación genética dirigida por X. Estivill, fue inicialmente denominado DSCR1. El gen codifica la proteína RCAN1, cuya función es la de interactuar con otra proteína llamada calcineurina A, e inhibir su importante función: hidrolizar y separar grupos fosfato (función fosfatasa) de moléculas críticas para el desarrollo de una serie de funciones biológicas en distintos órganos. En el cerebro participa en la liberación de neurotransmisores, el crecimiento de prolongaciones neuríticas y la muerte ce células neuronales. Se considera que RCAN1, al inhibir a la calcineurina A, ejerce un papel regulador en su actividad para mantener el equilibrio adecuado de su función.

Al estar presente el gen RCAN1 en el cromosoma 21, los autores del presente trabajo analizan el papel que puede desempeñar la proteína RCAN1 en la degeneración neuronal observada  en el síndrome de Down y en la enfermedad de Alzheimer.

Los resultados obtenidos han sido los siguientes:

1. En cerebros de pacientes con enfermedad de Alzheimer y de fetos con síndrome de Down se apreció un incremento de expresión de RCAN1. Mediante inmunohistoquímica se comprobó el aumento de expresión de RCAN1 en la capa de células granulares del hipocampo y en las capas de neuronas piramidales de la corteza cerebral. El aumento en el síndrome de Down puede ser debido a la triplicación del cromosoma 21; el aumento en la EA es de causa hasta ahora desconocida.

2. El aumento en la expresión de RCAN1 exige la presencia de un promotor de la transcripción del gen. Este promotor ha sido identificado y contiene un “elemento de respuesta glucocorticoides” (GRE); de hecho, responde a la aplicación de dexametasona. Es decir, las hormonas glucocrticoides incrementan la actividad del promotor y de ese modo incrementan la expresión de la proteína RCAN1 y, concretamente, de una de sus isoformas (la RCAN1-1).

3. En cultivos de neuronas de rata infectadas con RCAN1 para conseguir sobreexpresión de la proteína, se comprobó una exacerbación de la muerte neuronal por apoptosis en respuesta al producto portador de oxígeno reactivo H2O2, a la proteína β-amiloide que se encuentra de forma incrementada en el cerebro del síndrome de Down, y al producto glucocorticoide dexametasona.

4. La sobreexpresión de RCAN1 es capaz de activar la vía de señalización apoptótica de la caspasa 3, que induce la apoptosis neuronal, activar la caspasa 9, y alterar la situación del citocromo c en la mitocondria. De este modo, favorece la apoptosis. De hecho, en cultivos de neuronas privados de la posibilidad de generar caspasa 3, la sobreexpresión de RCAN1 no produjo apoptosis ni la dexametasona fue capaz de originarla.

En resumen, este estudio ofrece un nuevo mecanismo por el que la proteína RCAN1 derivada del gen RCAN1 situado en el cromosoma 21 funciona como mediadora en la muerte neuronal provocada por el estrés (que genera glucocorticoides) y por la acumulación de β-amiloide. De este modo, la sobreexpresión del gen RCAN1 (como consecuencia de la triplicación cromosómica propia del síndrome de Down) contribuye a la patogenia de la enfermedad de Alzheimer en el síndrome de Down.

COMENTARIO

El estudio muestra cómo diversos factores que se encuentran presentes en el síndrome de Down pueden promover la apoptosis neuronal propia de la enfermedad de Alzheimer, a través de la actividad de la proteína RCAN1 que se encuentra sobreexpresada como consecuencia de la presencia del gen RCAN1 en el cromosoma 21 triplicado. En efecto, el estrés generador de hormonas glucocorticoides favorecerá la actividad del factor promotor de la síntesis de esta proteína inhibidora de la calcineurina A, y la subsiguiente puesta en marcha de la vía de las caspasas 3 y 9 que termina por provocar la apoptosis o muerte neuronal programada. De igual modo, la proteína β-amiloide que se encuentra incrementada en el síndrome de Down debido a la triplicación del gen APP (presente también en el cromosoma 21), incrementa su actividad neurotóxica en presencia de sobreexpresión de RCAN1.

La mayor tendencia a la muerte neuronal que vemos en el síndrome de Down a lo largo de toda la vida puede ser explicada, al menos parcialmente, por el incremento de actividad de la RCAN1 y su influencia sobre los mecanismos que favorecen la apoptosis.

Se trata, pues, de un gen que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar productos que hayan de limitar o contener la hiperactividad de los genes presentes en el cromosoma 21.

Fluoxetina y memantina: ¿serán útiles en el síndrome de Down?

Han aparecido recientemente dos trabajos que demuestran la eficacia de dos fármacos, la fluoxetina y la memantina, en la memoria y otros rasgos fenotípicos de ratonesTs65Dn que son modelo de síndrome de Down. La fluoxetina, estudiada en la Universidad de Bolonia (Italia), en los primeros días de vida. La memantina, estudiad en la Universidad de Cantabria (España), en etapas ya avanzadas de la vida de estos animales. Exponemos y comentamos los resultados y sus consecuencias en PROGRESOS EN LA INVESTIGACIÓN TERAPÉUTICA   

CERMI: EL VALOR DE LA UNIDAD

Comité Español de Representantes de Personas con Discapacidad

"3,8 millones de personas con discapacidad, más de 4.500 asociaciones luchando por sus derechos" 

El CERMI (www.cermi.es) ha publicado el siguiente informe de la Prof. Agustina Palacios, en el que afirma que la nueva ley española del aborto es contraria a la Convención Internacional sobre Derechos de las Personas con Discapacidad.

El presente artículo es un resumen adaptado para Canal Down21, del original Green tea polyphenoles rescue of brain defects induced by overexpression of DYRK1A, elaborado por Fayçcal Guedj, Catherine Sébrie, Isabelle Rivals, Aurelie Ledru, Evelyne Paly, Jean C. Bizot, Desmond Smith, edward Rubin, Brigitte Gillet, Mariona Arbones, Jean M. Delabar, y publicado en PlosOne, vol 4, Issue 2, 1-8, Febrero 2009.

Las hojas de té verde contienen, entre otras sustancias, cafeína en cantidad baja y altas dosis de unos polifenoles, las catequinas, entre las que se encuentra el galato de epigalocatequina (GEGC) en una proporción del 40-50%. Este producto tiene la capacidad de inhibir una enzima: la DYRK1A [Dual specificity Tyrosine (Y) Regulated Kinase A]. Esta enzima es una cinasa que fosforila (incorpora radicales fosfato) a sí misma y a otras proteínas (dinamina 1, amfifisina, proteína tau, FKHR). El gen que codifica esta enzima está en el cromosoma 21 humano y en el 16 del ratón. Por consiguiente, en el síndrome de Down hay una triple copia de este gen, la cual se manifiesta en un aumento de alrededor de 1,5 veces en la cantidad de proteína Dyrk1A en los órganos de las personas con síndrome de Down, concretamente en su cerebro.

Se conoce bastante bien la participación de esta cinasa en diversas funciones y actividades. Tanto el exceso de expresión del gen y de su proteína como el defecto de expresión repercuten en el desarrollo del sistema nervioso central y provocan alteraciones de su funcionamiento, incluidos test de memoria. 

¿Contribuye la trisomía del gen DYRK1A a la discapacidad intelectual? Es posible pero no se conoce con seguridad en qué grado pueda contribuir. Recientemente se ha descrito el caso de una madre y sus dos hijos con fenotipo de síndrome de Down que poseían una duplicación pequeña de sólo 10 genes del cromosoma 21, entre ellos el DYRK1A. Ratones transgénicos para DYRK1A muestran alteraciones del desarrollo cerebral y de la conducta. Pero, por otra parte, personas con síndrome de Down por trisomía parcial del cromosoma 21 en las que no había duplicación del gen DYRK1A también mostraban discapacidad intelectual; lo cual quiere decir que para que se manifieste esta discapacidad no es esencial que haya tres copias de de este gen. Lo más probable es que la triplicación del gen DYRK1A sea un factor más, junto con la triplicación de otros genes, en la instauración de la discapacidad.

¿Qué pasa si reducimos la actividad de la cinasa DYRK1A mediante la administración de un producto que inhiba esta actividad, en animales que genéticamente sobreexpresan su gen correspondiente? Esto es lo que han hecho los investigadores de este estudio que aquí presentamos: han administrado infusión de té verde (1 g en 100 ml de agua durante 5 min a 100 ºC, correspondiente a 0,6-1 mg del polifenol GEGC por día), a ratones hechos transgénicos para el gen DYRK1A; la administración se mantuvo desde la concepción hasta la edad adulta. En otro grupo de animales, administraron sólo una solución de polifenoles purificados, polifenon 60 (0,8 g/l, equivalente a 1,2 mg de GEGC por día).

En los animales transgénicos que recibieron tratamiento se apreciaron los siguientes resultados:

• Menor grado de alteraciones morfológicas cerebrales que en los animales no tratados, pero no una completa remisión.
• En el test de reconocimiento de objetos, que evalúa memoria a largo plazo, la administración de la infusión de hojas de té mejoró la puntuación de la memoria. También lo hizo la administración de polifenoles purificados (polifenon 60).
• En los ratones transgénicos para DYRK1A, hay una disminución del factor neurotrófico BDNF que interviene en procesos sinápticos; la administración de la solución de té verde corrigió el déficit de BDNF.

Los autores sugieren que la administración de estas catequinas del té verde, que frenan la acción de la cinasa DYRK1A, podría mejorar algunos aspectos de la cognición en las personas con síndrome de Down. Estos extractos se están ya utilizando como suplementos dietéticos en otro tipo de alteraciones, y al parecer son bien tolerados.

Comentario

Los datos son sugestivos. Vista la participación del gen DYRK1A en el desarrollo y funciones del sistema nervioso central, y conocidas las alteraciones que la sobreexpresión de dicho gen provoca, parece adecuado pensar que la inhibición de su actividad puede mejorar el funcionamiento cerebral.

Nos parece, sin embargo, que faltan algunos estudios experimentales previos para asegurar una posible utilización humana. En primer lugar, se han de analizar pruebas de cognición más variadas que las descritas en este trabajo. En segundo lugar, estos datos se han obtenido sólo en ratones transgénicos en los que únicamente está sobreexpresado el gen DYRK1A; pero en el síndrome de Down hay muchos más cuya sobreexpresión contribuye a la discapacidad. ¿Qué conseguiría en tal caso frenar sólo la actividad del gen DYRK1A? Para saberlo, sería mucho más congruente estudiar primero la acción de la infusión de las hojas de té verde sobre la conducta de ratones trisómicos como el Ts65Dn que, al tener sobreexpresados muchos más genes homólogos a los del cromosoma 21 humano, son un modelo mucho más cercano al síndrome de Down. Es cierto, sin embargo, que otros investigadores demostraron que la presencia de GEGC mejoró la potenciación a largo plazo analizada en cortes de hipocampo de ratones Ts65Dn. La potenciación a largo plazo es una propiedad muy importante de la transmisión sináptica.

El hecho de que la cinasa DYRK1A fosforile también la proteína tau cuya presencia participa en la patogenia de la enfermedad de Alzheimer, hace pensar que la acción inhibidora de estas catequinas podría resultar también beneficiosa en la evolución que algunas personas con síndrome de Down muestran hacia el desarrollo de dicha enfermedad. Se ha visto también que modula el procesamiento de la proteína APP y reduce la amiloidogénesis en modelos experimentales de enfermedad de Alzheimer.

QR Pharma, una compañía farmacéutica de Estados Unidos, ha recibido patente oficial No. 7.625.942 para que su producto posiphen pueda ser probado y analizado en las personas con síndrome de Down.

Posiphen (phenserina) es un nuevo producto que ha demostrado en experimentación animal tener la capacidad de reducir la síntesis de la proteína APP, que es la proteína precursora de una serie de péptidos tóxicos, entre ellos la proteína β-amiloide. Esta proteína participa de forma muy importante en la patogenia de la enfermedad de Alzheimer. El gen de la proteína APP se encuentra en el cromosoma 21, y por esta razón las personas con síndrome de Down poseen en su organismo mayor cantidad de proteína APP y de sus derivados tóxicos, lo que hace que tengan mayor riesgo de desarrollar enfermedad de Alzheimer.

En estudios previos experimentales se ha comprobado que la administración oral de posiphen a ratones transgénicos (modelo de enfermedad de Alzheimer) y ratones trisómicos (modelo de síndrome de Down) reduce la síntesis de APP, normaliza sus niveles en cerebro y preserva las neuronas frente al ataque de los péptidos tóxicos.

Hasta ahora posiphen ha empezado a ser ensayado en pruebas clínicas en pacientes con enfermedad de Alzheimer (no se conocen todavía los resultados). La patente otorgada a QR Pharma le permite ampliar estas pruebas clínicas a personas con síndrome de Down. Puesto en contacto Canal Down21 con la compañía farmacéutica, nos informa que calculan que aún tardarán entre 18 y 24 meses para organizar un estudio clínico en esta población.

Más información sobre posiphen en:

1. Klein J. Phenserine. Expert Opin Investig Drugs. 2007 Jul;16(7):1087-97. Review
2. Lahiri DK, Chen D, Maloney B, Holloway HW, Yu QS, Utsuki T, Giordano T, Sambamurti K, Greig NH. The experimental Alzheimer's disease drug posiphen [(+)-phenserine] lowers amyloid-beta peptide levels in cell culture and mice. J Pharmacol Exp Ther. 2007 Jan;320(1):386-96. Epub 2006 Sep 26.