Autor: Jesús R. Requena

“Conoce a tu enemigo”. Esto aconseja Sun Tzu en “El arte de la guerra”. En las enfermedades priónicas el enemigo es, obviamente, el prion, una proteína de nuestro cerebro que “se ha rebelado”, adquiriendo una forma (“conformación”, según la terminología utilizada por los bioquímicos) diferente de la habitual. Esta forma, denominada PrP^Sc por el “scrapie”, la primera enfermedad priónica que se conoció, es dañina. Pero además, es capaz de actuar como un molde y forzar la conversión de proteínas PrP normales en la conformación anormal priónica. Siguiendo con el símil bélico, la proteína rebelde arrastra por la fuerza a otras proteínas a la rebelión, creando un ejército que, además de sembrar el caos, va ganando adeptos a medida que avanza por nuestro cerebro. ¿Cómo podremos vencer a este despiadado enemigo si no lo conocemos? ¿Y, por qué no lo conocemos? ¿Es que acaso se disfraza o se oculta? No. Se trata de algo más sencillo.

El prion tiene una forma complicada. Para empezar, no es soluble. Cuando se intenta purificar, extrayéndolo de su medio natural, las membranas de las neuronas, tiene una gran tendencia a formar agregados insolubles, “pegotes” que aparecen como grumos en el tubo de ensayo. Esto dificulta mucho su análisis y hace que las técnicas más potentes y habitualmente utilizadas para desentrañar la estructura de las proteínas, como la difracción de rayos X, no se puedan aplicar. Podría decirse que el prion es una pesadilla para los bioquímicos que llevamos décadas intentando resolver su estructura.

Hace algunos años, un consorcio de laboratorios de Canadá (los dirigidos por Holger Wille y Howard Young), Holanda (Matthijn Vos) y España, entre los que se encontraba el nuestro, publicó los resultados de varios años de esfuerzos de investigación basados en la utilización de una técnica denominada criomicroscopía electrónica. Esta técnica se basa en la obtención de imágenes de una muestra de priones congelados en nitrógeno líquido usando un microscopio electrónico de alta potencia. De la misma forma que la alta cocina consigue helados de delicada textura mediante el uso de las bajísimas temperaturas del nitrógeno líquido, la técnica criomicroscópica nos permitió obtener en Eindhoven, Holanda, imágenes de priones purificados en Santiago de Compostela de una calidad extraordinaria, nunca antes alcanzada. A partir de ellas pudimos concluir que un prion tiene el aspecto general de un cilindro, y que los priones se apilan unos encima de otros formando una especie de columna. Fue un resultado emocionante, pero a la vez frustrante, ya que el nivel de detalle alcanzado era pobre. Sí, un cilindro (una especie de bote de conserva), permite comprender el apilamiento de los priones, y sugiere que la base o la tapa del bote de algún modo son la clave del proceso de conversión forzada. ¿Pero cómo puede la tapa de un bote actuar como un molde? Este conocimiento parcial de nuestro enemigo no era, ni mucho menos, suficiente. Es como si hubiésemos vislumbrado su armamento, pero sin llegar a saber cómo funciona.

Ocurrió entonces un acontecimiento casual que nos abrió nuevas posibilidades. Visitó nuestro laboratorio un investigador predoctoral italiano, Giovanni Spagnolli, interesado en realizar ciertos experimentos para completar un estudio que el grupo al que pertenece, liderado por Emiliano Biasini, estaba llevando a cabo en la Universidad de Trento. Pero en realidad Giovanni, más que un bioquímico habitual, resultó ser es un experto entusiasta en las técnicas computacionales de modelización molecular. Estas técnicas permiten el uso de la enorme potencia de cálculo de los supercomputadores para elaborar modelos moleculares.

Las proteínas están compuestas por piezas más pequeñas denominadas aminoácidos. Cuando se fabrica una proteína en nuestras células, la maquinaria celular especializada une aminoácidos uno detrás de otro siguiendo las instrucciones del ADN. El resultado es una especie de rosario de cuentas que podemos imaginar de diferentes tamaños y formas que, una vez formado, se pliega de un modo aparentemente caprichoso pero en realidad muy preciso, adquiriendo una conformación determinada. Si la conformación aberrante del prion tiene el aspecto de un bote de fabada, lo más lógico es pensar que consista en una especie de muelle de varias vueltas, que es la manera en que una cadena lineal puede convertirse en un cilindro. A partir de esta idea, y teniendo en cuenta muchos resultados experimentales previos, habíamos generado un “mapa” de cómo pensábamos que podría ser ese muelle, invisible para nuestro microscopio electrónico que solo había podido vislumbrar su contorno. Casi en broma, reté a Giovanni a construir un modelo tridimensional del prion a partir de ese mapa aproximado. Para mi asombro, tras unos pocos días de intenso trabajo, el modelo estaba finalizado.

Lo primero que hicimos a continuación fue comprobar si la estructura diseñada por Giovanni era estable o no. Para ello Giovanni sometió el modelo a una prueba de estabilidad utilizando el supercomputador Finis Terrae II de la Universidad de Santiago de Compostela. Ese gigantesco ordenador se utiliza entre otras muchas cosas para los complicadísimos cálculos que permiten predecir el tiempo en Galicia. Aunque bien mirado eso no es tan difícil: siempre llueve… Mediante un complejo programa de dinámica molecular, se somete el modelo a las leyes de la física y se deja “a su aire” durante un periodo de tiempo para ver qué ocurre. Hay que computar miles de ecuaciones con una potencia equivalente a la de 2000 ordenadores domésticos durante varios días. Para nuestra satisfacción, el modelo fluctuó un poco, como si fuese un flan, pero se mantuvo estable. Publicamos nuestras conclusiones hace un año, y desde entonces nuestro modelo se ha convertido en una referencia entre nuestros colegas prionólogos, hasta el punto de que en un reciente artículo de comentario de la prestigiosa revista Science ha sido mencionado como uno de los 14 hitos más significativos en la historia de la investigación sobre los priones.

Disponer de un modelo tan detallado nos permitió de golpe entender cómo funciona el moldeado, como nuestro enemigo realiza su reclutamiento forzoso. Utilizando también técnicas computacionales, nuestros colegas italianos, liderados por el físico Pietro Faccioli, desarrollaron un modelo de dicho proceso, que puede verse aquí.

Sin embargo, a pesar de todas sus bondades y ventajas no podemos olvidar que nuestro modelo es…eso mismo: un modelo. No tenemos la total certeza de que el prion sea exactamente como nuestro modelo indica que es. Para estar seguros tendremos que obtener datos de una mayor resolución, esto es, tendremos que obtener detalles mediante alguna técnica experimental más potente que la criomicroscopía.

Una vez más, cuando parecía que estábamos ante un callejón sin salida, un avance inesperado vino a cambiar totalmente las cosas. Concretamente, la posibilidad de crear priones completamente artificiales en el laboratorio (priones recombinantes). Este avance fue logrado por Jiyan Ma, investigador a la sazón del Van Andel Institute de Michigan. Sin embargo, su método permitía únicamente la producción de cantidades muy pequeñas de prion artificial. Este problema fue poco después resuelto por Joaquín Castilla y su equipo en el CIC bioGUNE, quienes diseñaron una versión modificada del método, que denominaron PMSA, capaz de producir grandes cantidades de estos priones (ver en este blog: “Un nuevo método para conseguir grandes cantidades de priones para su estudio en el laboratorio”, por Rafa de la Rosa, 29 de Diciembre del 2019). La PMSA permite producir priones artificiales “a la carta” y nos ha abierto la puerta a utilizar una técnica analítica vedada hasta ahora: la Resonancia Magnética Nuclear de Estado Sólido. Como su nombre indica, los “pegotes” sólidos formados por los priones no se resistirán a esta potente metodología. Los estudios ya están en marcha en nuestro laboratorio de Santiago y en otros en Alemania y Estados Unidos.

¿Qué esperamos conseguir en el ámbito de la terapia cuando por fin tengamos no ya un modelo aproximado, sino un conocimiento detallado y definitivo del prion? Muy sencillo: identificar fármacos que se unan al borde de moldeado del prion, bloqueándolo. Sabiendo cómo es exactamente dicho borde, esto se podrá hacer fácilmente, no como hasta ahora, que se ha intentado a ciegas, probando miles de candidatos potenciales para ver si alguno funcionaba. Pero mientras llegamos a ese punto, ya podemos utilizar nuestro modelo aproximado como un punto de partida para la búsqueda de fármacos antipriónicos. Ese es el objetivo de nuestro proyecto para desarrollar un tipo de agentes bloqueantes del prion que hemos denominado teraloides, y que estamos desarrollando gracias a una Ayuda a la Investigación Sergio Rubio Muñoz de la Asociación CJD Española. La pandemia de Covid-19 nos ha retrasado, pero contamos con comenzar en breve experimentos con ratones. Espero tener pronto noticias para un nuevo artículo en este blog. No obstante, los teraloides son proteínas amiloides basadas en un conocimiento genérico, falto de detalle, de la superficie de moldeado, y es muy improbable que tengan una gran potencia, aunque podrían ser un punto de partida para el desarrollo de fármacos.

Nuestro colega Holger Wille, de la Universidad de Alberta, Canadá, un investigador que ha hecho importantes aportaciones a nuestro conocimiento actual de la estructura de la PrP^Sc, ha emprendido por su parte un camino distinto aunque basado también en nuestro modelo. Holger trasplantó un pedazo del modelo a una proteína transportadora inocua. De ese modo ha creado una vacuna antipriónica. Nótese que no se puede utilizar el propio prion como vacuna porque al ser inoculado se propagaría en el receptor. El investigador germano-canadiense ha administrado la vacuna a dos tipos de ratones transgénicos que son modelos animales de dos enfermedades priónicas genéticas humanas: las causadas por la mutación P102L y la mutación D178N. Estos ratones transgénicos se caracterizan por haber sufrido una manipulación genética: se les ha eliminado su gen de la PrP y se ha reemplazado por uno humano con la mutación correspondiente. Hay que señalar que ninguno de los dos tipos de ratón transgénico modela perfectamente la enfermedad humana. Hay que pensar que los ratones viven solo unos dos años, mientras que las enfermedades priónicas familiares humanas tardan décadas en manifestarse. En cualquier caso, estos modelos transgénicos son lo mejor que tenemos en estos momentos. En este contexto, los resultados obtenidos por Holger son extraordinarios: los ratones P102L vacunados casi triplicaron su supervivencia a la enfermedad espontánea, mientras que los D178N, que no sucumben a ella pero desarrollan importantes déficits neurológicos, manifestaron una protección muy notable al ser vacunados. Estos resultados pueden verse con detalle aquí: (minutos 4:45 al 19:48, en inglés).

En estos momentos Holger continua sus experimentos, que en breve extenderá a un tercer modelo transgénico de enfermedad familiar: el que posee la mutación E200K, desarrollado por Ruth Gabizon en Israel.

¿Cómo funciona esta vacuna? Como todas las vacunas, provoca la aparición de anticuerpos. El hecho de que los anticuerpos generados frente a un “pedazo” de nuestro modelo reconozcan y bloqueen la PrP^Sc a medida que se desarrolla en los cerebros de los animales inoculados sugiere que el modelo es bueno. ¿Podría una versión mejorada de esta vacuna proteger a los portadores de mutaciones e impedir que desarrollen la enfermedad? Es posible, aunque queda mucho trabajo por hacer. ¿Y qué ocurre con quienes desarrollan la forma esporádica de la enfermedad priónica? ¿Habría que vacunar a toda la población? No es realista. En cambio, sí se puede investigar si dosis elevadas de los anticuerpos generados por la vacuna y utilizados como inmunoterapia pasiva (el mismo método utilizado recientemente para tratar a Donald Trump frente al virus causante de la Covid-19). Nuestro grupo, en colaboración con Holger, está a punto de iniciar dichos experimentos.

Todas estas iniciativas encaminadas a bloquear la PrP^Sc son complementarias a la estrategia basada en bloquear (o más bien reducir drásticamente) la otra “parte” del proceso de conversión forzada que da lugar a la propagación de los priones, es decir, la forma normal de la proteína priónica, PrP^C, (ver en este blog: “La terapia de los protagonistas de una historia de amor y priones es efectiva en distintas fases de la enfermedad y frente a distintas cepas priónicas”, por Tomás Barrio, 14 de Septiembre del 2020).

La cita completa de Sun Tzu con la que se abre este breve artículo es: “Conoce a tu enemigo y conócete a ti mismo; en cien batallas, nunca saldrás derrotado”. Paso a paso vamos conociendo completamente a nuestro enemigo; pero también debemos conocernos a nosotros mismos: con humildad reconocer nuestras limitaciones, pero a la vez, con confianza, saber que estamos decididos a derrotar a esta terrible enfermedad.