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Estudio de asociación del genoma completo han permitido identificar zonas en las que determinados cambios en la secuencia del ADN se relacionan con una tendencia anormal  al desarrollo de alteraciones, como la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, estas secuencias de ADN típicamente contienen muchas variantes estrechamente vinculadas, que son heredadas en conjunto de una generación a otra, y la mayoría de ellas, no están comprometidas en el estado patológico. Por lo tanto, identificar a los verdaderos culpables de una enfermedad es una tarea casi imposible de realizar utilizando solamente estudios genéticos de asociación. Por esta razón, aunque múltiples variantes de SNCA, gen codificante de la proteína α-sinucleína (involucrada en el desarrollo normal de procesos cognitivos), se han vinculado con un mayor riesgo de parkinson, los mecanismos por los que se promueve la enfermedad aún no han podido ser esclarecidos. Para descubrir los efectos de dos de estas variantes de SNCA, Frank Soldner y colaboradores (Nature. 2016 May 5;533(7601):95-9) utilizaron la sofisticada técnica de edición génica: CRISPR-Cas9. Lo que reportaron tuvo relación con una variante del gen SNCA que se expresa en mayores cantidades en neuronas de humano, lo cual es promovido por una menor unión al ADN de proteínas inhibidoras de la transcripción. 

Las modificaciones en la secuencia de ADN que afectan a una sola base y que son variables entre individuos, se denominan polimorfismos de nucleótido único (SNP, del inglés single nucleotide polymorphism). Las variantes SNP de SNCA que se han asociado con mayor fuerza a la enfermedad de Parkinson esporádica, incrementan la duración de la patología en alrededor de un 30%. Una proporción superior a la mitad de la población mundial es portadora de este riesgo asociado a las variantes de SNCA, lo que hace que la comprensión de sus efectos sea de suma importancia para la salud pública.

Ninguno de los SNP comúnmente relacionados con la enfermedad de Parkinson esporádica altera la secuencia de aminoácidos de la proteína α-sinucleína - en contraste con las formas familiares raras de la patología, las que son causadas por cambios en regiones génicas codificantes para la proteína.

Por lo tanto, en lugar de promover estos cambios a nivel proteico, se ha propuesto que las variantes comunes podrían modificar la expresión génica. De acuerdo con esta hipótesis, niveles altos de α-sinucleína se acumulan en los tejidos del cerebro de personas con parkinson, en agregados neuronales anormales llamados inclusiones de Lewy, inclusiones citoplasmáticas característicos del trastorno. Además, algunas formas familiares de la enfermedad son causadas por duplicaciones del gen SNCA completo, lo que conduce a niveles de expresión enormemente elevados.

En la búsqueda de variantes SNP que subyacen a un aumento del riesgo de la enfermedad de Parkinson, los investigadores se centraron en una región no codificante sospechosa dentro de SNCA. Un análisis previo que investigó el tejido cerebral de humanos indagó en las modificaciones moleculares de proteínas de unión al ADN que podrían alterar la expresión génica y se encontró que esta región contenía marcas (DNA footprints) características de elementos regulatorios denominados enhancers, los que potencian la expresión génica. Los autores investigaron esta región tal como la más precisa de las reconstrucciones criminalísticas forenses, haciendo uso de la tecnología CRISPR-Cas9. Esto permitió la eliminación precisa y el reemplazo de secuencias específicas de ADN. 

Los investigadores inicialmente utilizaron células madre embrionarias (que pueden dar lugar a todos los tipos de células del cuerpo) obtenidas a partir individuos que se presumía que no eran afectados por parkinson. El uso de la técnica de edición génica, permitió escindir precisamente una secuencia de 500 pares de bases que contiene la región enhancer sospechosa presente en ambas variantes de SNCA, las que a su vez se alojan en el cromosoma 4. Se conocen 2 SNP asociados a la enfermedad en esta región, denominados rs356168 y rs3756054. En cada SNP, una variante parece estar asociada con un mayor riesgo de parkinson, mientras que una base diferente se relaciona con un menor riesgo. Soldner y sus colegas reintrodujeron cualquier de las cuatro posibles combinaciones de SNP en una de las dos copias del gen SNCA, antes de inducir la diferenciación de células madre embrionarias humanos en los precursores neurales o neuronas.

Figura 1. Una examinación genética mediada por CRISPR.

En un nucleótido, dentro de la región no codificante del gen SNCA, la presencia de la base adenina (A) es protectora contra la enfermedad de Parkinson, mientras que la presencia de otra base, una guanina (G), confiere un riesgo elevado. Los investigadores han reportado que esta región regula los niveles de expresión de SNCA. Si cada una de las dos copias del cromosoma en las células humanas contiene una base diferente en este sitio, la expresión génica es significativamente mayor a partir del cromosoma que lleva la variante de riesgo debido en parte a una reducción en el acoplamiento de proteínas de unión al ADN que inhiben su transcripción. Utilizando la técnica de edición génica, CRISPR-Cas9, se logró eliminar la G y reemplazarla con una A, reduciendo de esta forma la expresión de SNCA. 

A continuación, estudiaron las células modificadas genéticamente, por medio de un innovador enfoque que cuantifica con precisión el nivel relativo del ARN mensajero (ARNm) del gen SNCA transcrito en cada cromosoma. La variante rs3756054 no tuvo ningún efecto sobre la expresión. Pero, sorprendentemente, la expresión fue un 10 - 20% mayor en los cromosomas que albergan la variante de alto riesgo rs356168, en comparación con cromosomas que portan la variante de bajo riesgo o en los que el enhancer se ha eliminado (fig. 1). Dos factores inhibidores de la transcripción, EMX2 y NKX6-1, normalmente se unen al ADN en torno a este SNP, y los investigadores reportaron pruebas que sugieren que el aumento de la expresión de SNCA podría ser una directa consecuencia de menores niveles de acoplamiento de estas proteínas inhibitorias a la variante asociada a la enfermedad.

En conjunto, estos hallazgos apoyan un modelo en el que los niveles de expresión de SNCA -aumentados sutilmente por la presencia de la variante de riesgo rs356168 o drásticamente por duplicaciones del gen- se correlacionan estrechamente con el peligro de parkinson. Otro aspecto interesante del estudio es que ofrece un marco general para el análisis de los mecanismos subyacentes a la enfermedad ligada a variantes genéticas en los seres humanos. 

El trabajo ofrece varias vías para una investigación exhaustiva. Por ejemplo, hay muchas variantes SNP en SNCA que están fuertemente asociadas con la enfermedad de Parkinson, pero que no fueron abordadas en el estudio actual. Por ende, no se puede descartar la posibilidad de que la variante de riesgo rs356168 sea simplemente un inocente espectador. Este SNP por sí solo no explica totalmente el peligro de sufrir la enfermedad y su vínculo con SNCA, y probablemente existen cómplices que incluso podrían tener efectos más notorios sobre la expresión génica.

Otra limitación es que no se analiza si estos SNP asociados a parkinson pueden modular la expresión de SNCA a través de mecanismos no transcripcionales, por ejemplo a través del procesamiento y traducción del ARNm. Por último, una interrogante fundamental es si la regulación de la transcripción de SNCA dependiente de SNP funciona de esa forma en el cerebro, dado que los hallazgos corresponden a un modelo celular diferente. Esto podría ser investigado mediante el análisis de tejido cerebral obtenido en autopsias de individuos no afectados que son portadores de las variantes protectoras o de riesgo.

Adicionalmente, aún siguen siendo desconocidos los niveles de expresión de SNCA que en última instancia pueden conducir a la enfermedad de Parkinson. No obstante, estos resultados apoyan la búsqueda de estrategias terapéuticas que supriman la expresión de este gen. Tales esfuerzos complementan los actuales enfoques centrados en gran medida en la eliminación de agregados proteicos de α-sinucleína, por medio del uso de anticuerpos.