Hemos encontrado un rasgo secreto de las plantas que puede ayudar a prevenir y tratar varias enfermedades cerebrales

Un nuevo estudio revela un enfoque poco convencional para encontrar fármacos potenciales para tratar enfermedades neurodegenerativas humanas, también conocidas como enfermedades de poliglutamina (polyQ).

Puede reducir la acumulación de proteínas responsables de las enfermedades neurodegenerativas humanas.

Los científicos han encontrado un enfoque prometedor de biología vegetal sintética para el desarrollo de una terapia para tratar trastornos neurodegenerativos en humanos, especialmente la enfermedad de Huntington.

Científicos del Grupo de Excelencia para la Investigación del Envejecimiento CECAD de la Universidad de Colonia y del Grupo de Excelencia para Ciencias Vegetales CEPLAS han descubierto una estrategia innovadora basada en plantas que es prometedora para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas humanas, en particular la enfermedad de Huntington. En su reciente artículo titulado «Examen de la expresión en plantas del fragmento de Huntingtina expandido con PolyQ humano para comprender los mecanismos de agregación de proteínas relacionados con enfermedades» en Nature Aging, el equipo destacó el potencial de una enzima sintética de origen vegetal, la peptidasa de procesamiento del estroma (SPP). , para mitigar la aglomeración de proteínas, un sello distintivo de la enfermedad de Huntington, tanto en células humanas como en la especie de gusano Caenorhabditis elegans.

La enfermedad de Huntington se clasifica dentro de las enfermedades de poliglutamina (polyQ), que son un conjunto de afecciones neurodegenerativas provocadas por una repetición excesiva de aminoácidos de glutamina en ciertas proteínas. Un número inusualmente alto de estas repeticiones de poliQ puede provocar grupos de proteínas dañinos, lo que culmina en un mal funcionamiento y muerte celular. Actualmente, existen nueve afecciones poliQ conocidas en humanos, y todas ellas carecen de cura. Entre ellas, destaca la enfermedad de Huntington como una dolencia hereditaria que causa una severa degeneración cerebral y afecta los procesos cognitivos, las emociones y los movimientos físicos.

Las plantas muestran una resistencia única a los grupos de proteínas dañinos

En su nueva investigación, el Profesor Dr. David Vilchez del CECAD y el Dr. Ernesto Llamas del CEPLAS tomaron una ruta novedosa para identificar tratamientos potenciales para enfermedades poliQ como la de Huntington.

Las plantas, a pesar de estar constantemente expuestas a diversos desafíos ambientales y de no poder reubicarse, demuestran una resiliencia y longevidad increíbles. A diferencia de los humanos, que enfrentan condiciones causadas por grupos de proteínas tóxicas, las plantas no se ven afectadas por tales dolencias. Aunque producen cientos de proteínas con repeticiones poliQ, no se han observado enfermedades relacionadas. Para profundizar en este fenómeno, el Dr. Ernesto Llamas y su equipo introdujeron en plantas la dañina proteína mutante, lahuntina, que induce la muerte celular en las neuronas humanas. Sorprendentemente, cuando se probaron en plantas de Arabidopsis thaliana, estos organismos lograron descomponer las agregaciones de la proteínahuntina, evitando posibles daños.

Aprovechando la biología sintética, el equipo de investigación tradujo este rasgo único de plantas a cultivos de células humanas y modelos animales de la enfermedad de Huntington. Creen que aprovechar el poder de las proteínas vegetales podría allanar el camino para estrategias de tratamiento innovadoras para la enfermedad de Huntington y otras afecciones neurodegenerativas similares.

“Nos sorprendió ver plantas completamente sanas, a pesar de que genéticamente estaban produciendo la proteína humana tóxica. La expresión de lahuntingtina mutante en otros modelos de investigación como células cultivadas humanas, ratones y gusanos nematodos induce efectos perjudiciales y síntomas de enfermedad”, comentó David Vilchez.

Cómo las proteínas vegetales podrían abordar las enfermedades humanas

Los investigadores intentaron desentrañar el misterio de la resistencia de las plantas a la acumulación tóxica de la Huntingtina mutante. Sorprendentemente, descubrieron que los cloroplastos, las células vegetales responsables de la fotosíntesis, eran clave en este proceso.

Llamas comentó: «A diferencia de los humanos, las plantas tienen cloroplastos, un tipo de orgánulo extracelular que podría proporcionar una maquinaria molecular ampliada para deshacerse de los agregados de proteínas tóxicas».

El equipo identificó la proteína vegetal específica, SPP, en los cloroplastos como el escudo protector contra la perjudicial proteína humana. Cuando introdujeron esta proteína vegetal en modelos de la enfermedad de Huntington, es decir, cultivos de células humanas y el gusano C. elegans, hubo una marcada reducción en la agregación de proteínas y los síntomas de la enfermedad.

El Dr. Hyun Ju Lee, investigador postdoctoral del equipo, señaló: «Nos complació observar que la expresión de la proteína vegetal SPP mejoraba la motilidad de C. elegans Los gusanos se ven afectados por la Huntingtina incluso en etapas posteriores de envejecimiento, donde los síntomas son aún peores”.

Estos hallazgos resaltan el potencial del SPP como solución terapéutica para la enfermedad de Huntington.

El poder de las plantas en el envejecimiento y la investigación de enfermedades

Llamas cree que el estudio de las plantas podría revolucionar el tratamiento de las enfermedades humanas.

“Mucha gente no se da cuenta de que las plantas pueden persistir en condiciones ambientales extremas y variables que provocan la agregación de proteínas. Creo que los mecanismos moleculares de las plantas son la clave para descubrir nuevos fármacos que puedan prevenir enfermedades humanas. Generalmente olvidamos que algunas plantas pueden vivir miles de años y deberían estudiarse como modelos de investigación sobre el envejecimiento”.

El Dr. Seda Koyuncu, otro colaborador de la investigación, añadió: “En los últimos años, hemos visto fracasar varios enfoques prometedores para tratar enfermedades hereditarias como la enfermedad de Huntington. Estamos seguros de que nuestro enfoque de plantas sintéticas conducirá a avances significativos en este campo”.

Impulsado por una subvención del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (Bundesministerium für Bildung und Forschung – BMBF) en el marco de la iniciativa GO-Bio, el equipo está listo para llevar su descubrimiento al siguiente nivel.

Llamas añadió: “Queremos llevar nuestra idea a una aplicación. Nuestro plan es fundar una nueva empresa para producir proteínas terapéuticas de origen vegetal y probarlas como terapias potenciales para tratar enfermedades neurodegenerativas en humanos”.

Fuente: 10.1038/s43587-023-00502-1

Crédito de la imagen: JANA BAUCH, UNIVERSIDAD DE COLONIA