L’ADN mitocondrial en la malaltia de Parkinson

Abstract

[cat] Els mecanismes causals de la malaltia de Parkinson (MP), una de les principals malalties neurodegeneratives, encara no han estat del tot elucidats. A més, no existeixen tractaments capaços de revertir o frenar-ne la progressió, ni biomarcadors efectius que permetin un diagnòstic precoç. Aquesta situació posa de manifest la necessitat urgent de descobrir noves dianes terapèutiques, identificar biomarcadors diagnòstics fiables i comprendre els mecanismes primaris responsables de la neurodegeneració. En aquest context, la disfunció mitocondrial emergeix com un element clau en la patogènesi de l’MP. A favor d’aquesta hipòtesi, els tres estudis que conformen aquesta tesi aporten noves evidències que demostren que la funció mitocondrial està alterada en les fases inicials del procés neurodegeneratiu. En el primer estudi, realitzat en fibroblasts de pacients amb MP, tant en la forma idiopàtica (MPI) com en la familiar causada per la mutació LRRK2-G2019S (MPF), hem identificat alteracions en la replicació i transcripció de l’ADN mitocondrial (ADNmt). Concretament, hem detectat una acumulació de molècules d’ADNmt que contenen el fragment 7S, un element regulador essencial d’aquests processos. Aquesta acumulació comporta una reducció significativa de la taxa de replicació de l’ADNmt i un desequilibri transcripcional entre les seves cadenes, que compromet la funció del complex I mitocondrial, essencial per a la producció energètica cel·lular. Tot i no observar canvis significatius en el nombre total de còpies d’ADNmt intracel·lular, hem detectat una disminució de l’alliberament d’ADNmt lliure de cèl·lules (ADNmt-cf) al medi extracel·lular, probablement a causa de defectes en els mecanismes de control de qualitat mitocondrial. Per determinar si la disminució de l’alliberament d’ADNmt-cf també es produeix en el sistema nerviós central, en el segon estudi hem analitzat el contingut i la integritat de l’ADNmt-cf en el líquid cefalorraquidi (LCR) de pacients amb MP. Per això, hem desenvolupat un innovador assaig de PCR digital que no requereix la purificació prèvia de l’ADN, evitant així possibles errors de processament. Els resultats mostren una proporció més elevada de delecions en l’ADNmt-cf dels pacients amb MPI en comparació amb els controls i els pacients amb MPF. Aquesta diferència suggereix l’existència de mecanismes patogènics diferenciats entre ambdues formes de la malaltia. Finalment, per determinar si els canvis en l’alliberament d’ADNmt-cf són conseqüència de la malaltia o si, per contra, la precedeixen, en el tercer estudi hem investigat el contingut i la integritat de l’ADNmt-cf en pacients amb trastorn idiopàtic de conducta durant el son REM, una condició prodròmica de l’MP. Els resultats mostren que les alteracions en l’alliberament d’ADNmt-cf ja són presents abans de l’aparició dels signes cognitius i motors de l’MP. Hem detectat nivells elevats de molècules d’ADNmt-cf amb delecions en l’LCR, tant en els pacients que posteriorment van convertir a una sinucleïnopatia com en aquells que no van convertir durant el període d’estudi. A més, una part d’aquest ADNmt-cf es trobava encapsulat en vesícules extracel·lulars, fet que suggereix un mecanisme d’alliberament vinculat a la disfunció del sistema endolisosòmic. En canvi, en el sèrum, només els pacients que van evolucionar cap a una sinucleïnopatia mostraven un augment del contingut d’ADNmt-cf, però sense variacions en la proporció de delecions. Aquests resultats suggereixen que el contingut d’ADNmt-cf en el sèrum podria ser un biomarcador útil per monitoritzar la progressió de l’MP. Les troballes d’aquesta tesi proporcionen nova evidència i confirmen la hipòtesi que la disfunció mitocondrial i les alteracions en l’ADNmt són esdeveniments inicials en la seqüència etiopatogènica de l’MP. Aquestes alteracions constitueixen un biomarcador clau per a la detecció precoç de la malaltia i obren la porta al desenvolupament de tractaments neuroprotectors dirigits a frenar la progressió de la neurodegeneració abans de l’aparició dels símptomes clínics.

[spa] Los mecanismos causales de la enfermedad de Parkinson (EP), una de las principales enfermedades neurodegenerativas, aún no han sido completamente esclarecidos. Además, no existen tratamientos capaces de revertir o frenar su progresión, ni biomarcadores efectivos que permitan un diagnóstico precoz. Esta situación pone de manifiesto la necesidad urgente de descubrir nuevas dianas terapéuticas, identificar biomarcadores diagnósticos fiables y comprender los mecanismos primarios responsables de la neurodegeneración. En este contexto, la disfunción mitocondrial emerge como un elemento clave en la patogénesis de la EP. A favor de esta hipótesis, los tres estudios que conforman esta tesis aportan nuevas evidencias que demuestran que la función mitocondrial está alterada en las fases iniciales del proceso neurodegenerativo. En el primer estudio, realizado en fibroblastos de pacientes con EP, tanto en su forma idiopática (EPI) como en la forma familiar causada por la mutación LRRK2-G2019S (EPF), hemos identificado alteraciones en la replicación y transcripción del ADN mitocondrial (ADNmt). Concretamente, hemos detectado una acumulación de moléculas de ADNmt que contienen el fragmento 7S, un elemento regulador esencial de estos procesos. Esta acumulación conlleva una reducción significativa en la tasa de replicación del ADNmt y un desequilibrio transcripcional entre sus cadenas, lo que compromete la función del complejo I mitocondrial, esencial para la producción energética celular. Aunque no se observaron cambios significativos en el número total de copias intracelulares de ADNmt, sí detectamos una disminución en la liberación de ADNmt libre de células (ADNmt-cf) al medio extracelular, probablemente debido a defectos en los mecanismos de control de calidad mitocondrial. Para determinar si la disminución en la liberación de ADNmt-cf también se produce en el sistema nervioso central, en el segundo estudio analizamos el contenido y la integridad del ADNmt-cf en el líquido cefalorraquídeo (LCR) de pacientes con EP. Para ello, desarrollamos un innovador ensayo de PCR digital que no requiere la purificación previa del ADN, evitando así posibles errores de procesamiento. Los resultados muestran una proporción más elevada de deleciones en el ADNmt-cf de los pacientes con EPI en comparación con los controles y los pacientes con EPF. Esta diferencia sugiere la existencia de mecanismos patogénicos diferenciados entre ambas formas de la enfermedad. Finalmente, para determinar si los cambios en la liberación de ADNmt-cf son consecuencia de la enfermedad o si, por el contrario, la preceden, en el tercer estudio investigamos el contenido e integridad del ADNmt-cf en pacientes con trastorno de conducta durante el sueño REM idiopático, una condición prodrómica de la EP. Los resultados muestran que las alteraciones en la liberación de ADNmt-cf ya están presentes antes de la aparición de los signos cognitivos y motores de la EP. Detectamos niveles elevados de moléculas de ADNmt-cf con deleciones en el LCR, tanto en los pacientes que posteriormente desarrollaron una sinucleinopatía como en aquellos que no lo hicieron durante el período de estudio. Además, una parte de este ADNmt-cf se encontraba encapsulado en vesículas extracelulares, lo que sugiere un mecanismo de liberación vinculado a la disfunción del sistema endolisosómico. En cambio, en el suero, solo los pacientes que evolucionaron hacia una sinucleinopatía mostraron un aumento en el contenido de ADNmt-cf, pero sin variaciones en la proporción de deleciones. Estos resultados sugieren que el contenido de ADNmt-cf en el suero podría ser un biomarcador útil para monitorizar la progresión de la EP. Los hallazgos de esta tesis proporcionan nueva evidencia y confirman la hipótesis de que la disfunción mitocondrial y las alteraciones en el ADNmt son eventos iniciales en la secuencia etiopatogénica de la EP. Estas alteraciones constituyen un biomarcador clave para la detección precoz de la enfermedad y abren la puerta al desarrollo de tratamientos neuroprotectores dirigidos a frenar la progresión de la neurodegeneración antes de la aparición de los síntomas clínicos.