LABORATORIO DE URGENCIAS

Avances Biológicos en Enfermedades Neurodegenerativas

                                                                                                Xiabo Mao; Hao Gu; Donghoon Kim; Yasuyoshi Kimura;
                                                                                    Ning Wang; Enquan Xu; Ramhari Kumbhar, Xiaotian Ming;
                                                                                    Haibo Wang; Chan Chen; Senthilkumar Karuppagounder;
                                                                                    Fatih Akkentli, Jun Yang; Ted Dawson et al

                                                                                                   Nature Communications (2024); vol 15; article number 4663

Aproximadamente 8,9 millones de personas en todo el mundo padecían la enfermedad de Parkinson en 2019, mientras que el Alzheimer afecta al 60-70% de los aproximadamente 55 millones de personas que viven con demencia en todo el mundo.
Tres prometedores anticuerpos monoclonales (mAb) para la enfermedad de Alzheimer recibieron la aprobación de la FDA entre 2021 y 2025. Esto representa un cambio notable desde los tratamientos tradicionales, que controlan principalmente los síntomas, hacia fármacos de nueva generación que se dirigen al proceso subyacente de la enfermedad.

Degeneración Neuronal
Las neuronas, con su estructura y función únicas, siguen siendo un foco de atención para los investigadores que abordan las enfermedades neurodegenerativas.
El Alzheimer y el Parkinson se caracterizan por el deterioro gradual de las neuronas debido a la acumulación de proteínas tóxicas. En el Alzheimer, las placas de beta-amiloide y los ovillos de tau alteran la función cerebral, mientras que en el Parkinson, las proteínas alfa-sinucleína mal plegadas dificultan la comunicación y destruyen las neuronas productoras de dopamina, cruciales para el control del movimiento. El daño progresivo al sistema nervioso provoca síntomas graves, desde pérdida de memoria hasta temblores incontrolables. La ciencia está avanzando con tratamientos que no solo abordan los síntomas, sino que también buscan abordar la enfermedad en sí.

El papel de los fármacos biológicos
Los anticuerpos dirigidos a proteínas específicas asociadas con afecciones neurológicas son fundamentales en el desarrollo de tratamientos de nueva generación. Al unirse y neutralizar proteínas patológicas como la beta-amiloide en el Alzheimer o la alfa-sinucleína en el Parkinson, estos anticuerpos podrían ralentizar o incluso detener estos complejos trastornos neurológicos.
Para garantizar una administración eficaz, estos anticuerpos suelen combinarse con sistemas como los conjugados Antibody-Dru (ADCS) y nanopartículas para atravesar la barrera hematoencefálica.

Abordando la enfermedad
Los medicamentos tradicionales para el Alzheimer controlan principalmente los síntomas y son más eficaces cuando se administran de forma temprana. Por ejemplo, los inhibidores de la colinesterasa ayudan con los síntomas cognitivos al prevenir la degradación de la acetilcolina, esencial para la memoria y el aprendizaje.
Sin embargo, estos tratamientos son solo soluciones temporales. Los fármacos biológicos recientemente aprobados ofrecen un enfoque más prometedor al actuar directamente sobre las placas de beta amiloide. En julio de 2024, la FDA aprobó el donanemab (Kisunla), un anticuerpo monoclonal que elimina las placas del cerebro, mostrando una reducción del deterioro cognitivo en ensayos clínicos en comparación con un placebo. De igual manera, el lecanemab (aprobado en 2023) redujo las placas amiloides en un 27 % y ralentizó la progresión de la demencia.
También surgen oportunidades innovadoras al reutilizar fármacos aprobados para otros usos. Un estudio clave reveló cómo dos proteínas, Aplp1 y Lag3, interactúan para permitir que las aglomeraciones de alfa-sinucleína se depositen en el cerebro. Curiosamente, se descubrió que un fármaco contra el melanoma con el anticuerpo anti-Lag3 bloquea esta interacción, deteniendo la propagación de estas aglomeraciones causantes del párkinson en ratones. Aprovechando el sistema inmunitario
Investigaciones recientes en neuroinmunología están allanando el camino para nuevos tratamientos que aprovechan el sistema inmunitario del cerebro para combatir el Alzheimer. Estos tratamientos buscan ajustar la actividad de las células inmunitarias, como la microglía y los linfocitos T, que se ven alteradas por la enfermedad y no logran eliminar las placas amiloides.
La vía PD-1/PD-L1, conocida por su papel en la evasión inmunitaria del cáncer, está siendo atacada por inhibidores de puntos de control inmunitario para mejorar la función de los linfocitos T. ImmunoBrain Checkpoint, una empresa biofarmacéutica, está probando un nuevo anticuerpo monoclonal anti-PD-L1, IBC-Ab002, en un ensayo de fase 1b para el Alzheimer en etapa temprana. IBC-Ab002 activa el sistema inmunitario periférico para reducir la neuroinflamación y la acumulación de proteínas tóxicas, lo que podría ralentizar el deterioro cognitivo. Las α-sinucleinopatías son un subgrupo de enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson (EP), la demencia con cuerpos de Lewy (DCL) y la atrofia multisistémica (AMS). Se caracterizan por la acumulación anormal de α-sinucleína (α-sinucleína) mal plegada en neuronas o células gliales. La α-sinucleína patológica, una proteína similar a un prión, se propaga progresivamente desde los sistemas nerviosos entérico y periférico hacia el sistema nervioso central. La aparición de cuerpos de Lewy (CL) en neuronas dopaminérgicas mesencefálicas fetales trasplantadas en pacientes con EP respalda la transmisión patológica de α-sinucleína. En modelos de transmisión intercelular de α-sin patológica, las fibrillas preformadas (PFF) de α-sin recombinante exógena entran en las neuronas y siembran monómeros de α-sin endógena, lo que provoca una patología y neurotoxicidad significativas de α-sin. La inyección intraestriatal o intestinal de PFF de α-sin induce la propagación patológica de α-sin, lo que resulta en síntomas motores y no motores similares a los de la EP.
La transmisión intercelular de α-sin patológica a través de receptores de superficie celular y su posterior captación se considera un mecanismo fundamental en la patogénesis y diseminación de α-sin patológica. Estos receptores de superficie celular son esenciales para la captación y progresión de especies patológicas de α-sin a través de las redes neuronales. Estudios recientes han identificado varios receptores para la captación patológica de α-sin, incluyendo Lag3 y proteoglicanos de heparán sulfato (HSPG), entre otros. El gen 3 de activación linfocítica (Lag3) es un receptor que
facilita la transmisión de α-sin de neurona a neurona y participa en la captación de α-sin PFF en las células endoteliales microvasculares cerebrales. La depleción de Lag3 reduce significativamente la internalización de α-sin PFF en neuronas, pero no la previene por completo, lo que sugiere la posible existencia de otros receptores y mecanismos para la transmisión de α-sin.
Aunque la proteína similar al precursor β amiloide 1 (Aplp1) es una proteína patológica de unión a α-sin que pertenece a la familia conservada de proteínas precursoras de amiloide (App) y se asocia con trastornos neurodegenerativos, se desconoce su papel en la transmisión patológica de α-sin y su patogénesis.
La investigación muestra que la deleción genética de Aplp1 inhibe significativamente la internalización de la α-sinucleína patológica, la transmisión intercelular, la neurotoxicidad y los déficits conductuales inducidos por la α-sinucleína PFF. Además, Aplp1 y Lag3 actúan como proteínas accesorias que impulsan la transmisión patológica de la α-sinucleína. La deleción tanto de Aplp1 como de Lag3 elimina la pérdida de neuronas dopaminérgicas (DA) y los déficits conductuales acompañantes inducidos por la α-sinucleína PFF. La interrupción de la interacción Aplp1-Lag3 mediante el uso de un anticuerpo anti-Lag3 previene la transmisión patológica de la α-sinucleína y la patogénesis, proporcionando una ruta clave para prevenir el proceso degenerativo desencadenado por la α-sinucleína patológica. Estos hallazgos indican que tanto la interacción Aplp1 como Aplp1-Lag3 desempeñan un papel en la transmisión intercelular de la α-sinucleína patológica y proporcionan una prueba de concepto para la inmunoterapia dirigida a Lag3. Estas observaciones podrían conducir a la optimización de terapias dirigidas al receptor de α-sin patológico.
Los principales hallazgos del artículo son que Aplp1 es un receptor para la α-sin patológica que facilita su transmisión y que, junto con Lag3, contribuye a su transmisión y patogénesis. La doble inactivación de Aplp1 y Lag3, o un anticuerpo anti-Lag3, que interrumpe la interacción entre Aplp1 y Lag3, bloquea casi por completo la neurodegeneración y los déficits conductuales inducidos por PFF de α-sin. Aplp1 y Lag3 funcionan como proteínas accesorias para mediar la captación de α-sin patológica, mientras que Aplp1 y Lag3 pueden mediar dicha captación de forma independiente, pero juntas potencian dicha captación. Evidencias recientes sugieren que la α-sinucleína mal plegada se une a al menos ocho proteínas transmembrana, incluyendo proteoglicanos de heparán sulfato (HSPG), TLR2, neurexinas, subunidad α3 de la Na+/K+-ATPasa, Lag3, Aplp1, FcγRIIb, LRP1 y la proteína priónica celular (PrPc). De estas proteínas de unión a la α-sinucleína, se ha reportado que HSPG, Lag3, TLR2, FcγRIIb y PrPc están directa o indirectamente involucradas en la internalización de la α-sinucleína patológica. Se ha reportado que LRP1 está involucrado en la captación de α-sinucleína monomérica y oligomérica, pero no en fibrillas48, como se reporta aquí para Aplp1 y Lag3. Nuestros hallazgos indican que Aplp1 desempeña un papel en la internalización de la α-sin patológica en neuronas y contribuye a la propagación y neurodegeneración inducida por la α-sin patológica, lo que planteó la pregunta de si Lag3 y Aplp1 podrían interactuar. Aplp1 y Lag3 juntos representan más del 40% de la unión neuronal y el 70% de la captación neuronal. Además, Aplp1-Lag3 representa la mayoría (>90%) de la propagación patológica y la toxicidad inducida por la α-sin patológica. Nuestros hallazgos de que el anticuerpo Lag3, 410C9, interrumpe la interacción de Aplp1 y Lag3 y protege contra el proceso degenerativo puesto en marcha por la α-sin patológica que es equivalente a eliminar tanto Aplp1 como Lag3 respalda la noción de que la interacción Lag3-Aplp1 es importante en un proceso degenerativo inducido por la propagación de célula a célula de la α-sin patológica. Es probable que otras proteínas de unión a α-sinucleína desempeñen funciones accesorias adicionales en la endocitosis y la toxicidad de la α-sinucleína patológica. Por ejemplo, la unión de la α-sinucleína patológica a TLR2 está implicada en la respuesta de la microglía a la α-sinucleína patológica.
Aunque Lag3 es una proteína importante en el sistema inmunitario y su ARNm se encuentra enriquecido en el cerebro y la microglía, confirmamos que Lag3 se expresa en neuronas mediante la comparación entre ratones WT y Lag3, y el uso de la línea de reporteros Loxp con una señal de YFP (proteína fluorescente amarilla) insertada en el locus Lag3 (Lag3L/L−YFP).
Recientemente se ha sugerido que Lag3 no se expresa en neuronas y que no desempeña un papel en la neurodegeneración inducida por la α-sinucleína patológica, ya que la ausencia de Lag3 no tuvo efecto en la neurodegeneración inducida por la sobreexpresión de la α-sinucleína A53T humana. Esto contrasta con otros informes que indican que Lag3 se expresa en neuronas y que su ausencia reduce significativamente la neurodegeneración inducida por la sobreexpresión de la α-sinucleína A53T humana. Además, bases de datos públicas indican que el ARNm de Lag3 es detectable en neuronas de múltiples especies, aunque en niveles bajos. La primera es la base de datos Allen Brain para cerebro de ratón, cerebro humano adulto, cerebro humano en desarrollo y cerebro de no primates54, el portal GTEX, el portal BIOGPS para ratón y humano. Además, según el atlas de expresión unicelular EMBL-EBI, en Mus Musculus, el ARNm de Lag3 se expresa en niveles bajos a medios en células precursoras de oligodendrocitos, oligodendrocitos neoformados, neuronas y microglía, entre otros tipos celulares. Estos datos de expresión, junto con nuestros análisis de inmunohistoquímica e inmunotransferencia,
El ensayo RNAscope en ratones WT comparado con ratones Lag3−/− y el uso de la línea reportera Loxp con una señal de YFP (proteína fluorescente amarilla) insertada en el locus Lag3 (Lag3L/L−YFP) nos proporciona un alto grado de confianza en la expresión de Lag3 en neuronas.
La expresión del ARNm de Aplp1 se encuentra enriquecida en oligodendrocitos, mientras que se ha descrito que la proteína Aplp1 se restringe a la superficie neuronal. La localización de Aplp1 y Lag3 en neuronas respalda la idea de que estas dos proteínas cooperan en la internalización de la α-sinucleína patológica en neuronas. Dado que el mensaje de Lag3 se encuentra enriquecido en la microglía y el ARNm de Aplp1 en los oligodendrocitos, será importante determinar el papel de Lag3 y Aplp1 en la microglía y los oligodendrocitos en la toxicidad patológica de la α-sinucleína. En consonancia con nuestros experimentos de co-inmunoprecipitación, el análisis de RMN confirmó que Aplp1 y Lag3 interactúan entre sí, donde el dominio E1 de Aplp1 se une a Lag3 a través de sus dominios D2 y D3. Tanto Lag3 como Aplp1 muestran una preferencia por unirse a la α-sinucleína en su estado amiloide sobre su forma monomérica, lo que facilita la transmisión intercelular. Estudios previos han destacado que los dominios D1 de Lag3 y E1 de APLP1 se unen a la α-sinucleína a través de su superficie alcalina. Además, ambas proteínas se localizan en la superficie celular, y hallazgos recientes sugieren que APLP1 podría interactuar con las fibrillas de α-sinucleína mediante interacciones electrostáticas similares a las de Lag3. La desviación significativamente alta del desplazamiento químico del dominio D2 de Lag3 y el dominio E1 de Aplp1 indica una interacción directa entre Lag3 y Aplp1. Hemos determinado que tanto Aplp1 como Lag3 utilizan una superficie con carga positiva para unirse directamente al extremo C ácido de la α-sin PFF66. La α-sin PFF se une a un segmento común de siete aminoácidos, contenido en el subdominio E1 y GFLD de Aplp1, y en el dominio D1 de Lag3, lo que plantea la posibilidad de que exista un motivo estructural común que explique la unión de la α-sin patológica a Aplp1 y Lag3. Abordar estas preguntas clave podría facilitar la optimización de las terapias dirigidas a Aplp1 y Lag3, dirigidas a la transmisión intercelular de la α-sin patológica.

Necesidad de una investigación exhaustiva
Los fármacos emergentes dirigidos a la respuesta inmunitaria cerebral están transformando el tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas. La investigación académica desempeña un papel crucial en la profundización de nuestra comprensión de estos mecanismos. Este conocimiento más profundo podría conducir a nuevas inmunoterapias que retrasen los síntomas y mejoren significativamente la calidad de vida de los pacientes. El desarrollo de estos productos biológicos implica técnicas de alto rendimiento para analizar la biología celular de las enfermedades y clasificar eficazmente los anticuerpos candidatos según su unión y mecanismo de acción. Los investigadores académicos que exploran la farmacodinámica garantizan la máxima eficacia y seguridad de estos tratamientos.
Al aprovechar estas herramientas, instituciones de todo el mundo pueden impulsar sus iniciativas de investigación, contribuir al conocimiento científico e impulsar la innovación en el campo del tratamiento de enfermedades neurodegenerativas.