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Ataxia Espinocerebelosa Tipo 8: Riesgo de por vida e interrupciones en las repeticiones

Escrito por la Dra. Hannah K Shorrock
Editado por la Dra. Larissa Nitschke

Las diferencias en el riesgo de por vida en desarrollar la SCA8 están asociados con la presencia de interrupciones en la expansión de repeticiones de ATXN8

En la mayoría de ataxias espinocerebelosas causadas por expansiones de repeticiones, todo el que porta dicha expansión por encima de un cierto umbral desarrollará la enfermedad. Además, generalmente los individuos con una mayor cantidad repeticiones tienen más probabilidades de tener una edad de inicio más temprana. Este no es el caso de la ataxia espinocerebelosa tipo 8 o SCA8. Los investigadores del laboratorio de la Dra. Laura Ranum querían saber por qué algunos individuos que portan la expansión de repeticiones de la SCA8 desarrollan la enfermedad, pero otros no. Al tratar de responder a esta interrogante, los investigadores encontraron que las personas que poseen un particular tipo de interrupción dentro de la expansión de repeticiones tienen una mayor probabilidad de desarrollar SCA8 que aquellos que no la poseen.

El riesgo de por vida de la SCA8

La SCA8 es causada por una expansión de repeticiones ubicada dentro de los genes superpuestos ATXN8OS y ATXN8. En ATXN8OS, la expansión es de repeticiones CTG; mientras que, en el gen superpuesto ATXN8, codificado por la hebra de ADN opuesta, la expansión es de repeticiones CAG. Debido a esto, se dice que la SCA8 es causada por una expansión de repeticiones CTG·CAG en los genes ATXN8OS/ATXN8. A pesar de la clara evidencia de asociación de la expansión de repeticiones y la SCA8, no todos los individuos que portan la expansión de repeticiones manifiestan la enfermedad a lo largo de su vida.

Para entender más sobre cómo se manifiesta la SCA8, el equipo del laboratorio de la Dra. Ranum estudió la cohorte de pacientes con SCA8 más grande hasta la fecha. Se encontró que los pacientes presentaron una edad de inicio que iba desde el nacimiento hasta los 79 años. También encontraron que, a pesar de que la expansión de repeticiones se herede de manera dominante, solo el 13% de las familias presentaron un patrón de herencia dominante de los síntomas: al menos un progenitor afectado y el 50% de sus hijos afectados por la enfermedad. Para la mayoría de las familias (82%), solo hubo un individuo afectado con los síntomas de la SCA8 aun cuando otros familiares también tenían la expansión. Se podría decir que estos casos tienen una esporádica presentación de la enfermedad. Un último grupo de familias, que representa el 5% del total, no tenía padres afectados, pero sí varios hijos afectados por SCA8, a pesar de que la expansión estaba presente en al menos uno de los padres de cada una de estas familias. En conjunto, estas observaciones indican que otros factores además de la presencia de la expansión de repeticiones CTG·CAG en los genes ATXN8OS/ATXN8 influyen en si un individuo desarrollará síntomas de la SCA8 a lo largo de su vida. Entonces, ¿cuáles son estos factores?

Para tratar de comprender qué influye en que los individuos desarrollen la SCA8, se secuenció la expansión de repeticiones de ATXN8OS/ATXN8 en pacientes con SCA8 e individuos asintomáticos -personas que tienen la expansión repetida pero no manifiestan síntomas de la enfermedad. Descubrieron que casi la mitad de la cohorte tenía distintos tipos de interrupciones en la expansión de repeticiones CTG·CAG. De ellas, las interrupciones CCG·CGG fueron, de lejos, las más comunes. Los investigadores evidenciaron que las interrupciones CCG·CGG eran más comunes en pacientes con SCA8 y familias con múltiples individuos afectados que en individuos asintomáticos o pacientes con SCA8 sin antecedentes familiares de la enfermedad. Entre los individuos con interrupciones CCG·CGG, hubo una correlación entre una edad más temprana de inicio de la enfermedad y un mayor número de interrupciones CCG·CGG.

Estos hallazgos sugieren que las interrupciones CCG·CGG se asocian con un mayor riesgo de por vida de desarrollar síntomas de la SCA8 o una mayor penetrancia de la enfermedad, en comparación con alguien con una expansión pura de repeticiones CTG·CAG en los genes ATXN8OS/ATXN8. Los investigadores utilizan este hallazgo para sugerir un modelo de riesgo de por vida para la SCA8:

  • Los individuos con una expansión pura de repeticiones CTG·CAG en los genes ATXN8OS/ATXN8 podrían tener riesgo de desarrollar SCA8.
  • Los individuos con una expansión de repeticiones CTG·CAG interrumpida por CCG·CGG en los genes ATXN8OS/ATXN8 podrían tener un mayor riesgo de desarrollar SCA8 a lo largo de su vida.
  • Los individuos con síntomas de ataxia acordes con la SCA8, que no cumplen con los criterios genéticos para otras ataxias y tienen una expansión pura CTG·CAG o interrumpidas por CCG·CGG en los genes ATXN8OS/ATXN8 probablemente tengan SCA8.

Esta guía no debe ser usada por los médicos como criterio de diagnóstico porque estos hallazgos aún no han sido replicados en estudios independientes ni en distintas poblaciones de pacientes. Más bien, este novedoso modelo es un punto de partida para una mayor investigación en el diagnóstico de la SCA8.

Aquí radica la esencia del método científico. Un estudio por sí solo no tiene suficiente peso. La comunidad científica debe replicar los estudios de forma independiente numerosas veces antes de que la comunidad científica confíe en la teoría propuesta respaldada por la evidencia presentada. Solo entonces este nuevo modelo tendría el potencial de traducirse en información clínicamente relevante para los pacientes. Y aún entonces, con el tiempo, esa teoría podría cambiar a medida que se presenten nuevas evidencias.

¿Por qué las interrupciones CCG·CGG son relevantes para la SCA8?

El grupo de investigación propuso que la expansión de repeticiones CTG·CAG interrumpida por CCG·CGG en los genes ATXN8OS/ATXN8 está asociada con una mayor penetrancia de la enfermedad. Los investigadores se preguntaron por qué. ¿Por qué una interrupción CGG en un tracto de repeticiones CAG haría que un individuo tuviera más probabilidades de desarrollar la enfermedad? Para responder a esta pregunta, los investigadores recurrieron a experimentos de cultivos celulares simples y se centraron en la expansión CAG en ATXN8, ya que se expresa aproximadamente 7.5 veces más que la expansión CTG en ATXN8OS.

Si expresas una expansión pura de repeticiones CAG en células cultivadas, provocarás que algunas de las células mueran – en otras palabras, es tóxico para las células. Cuando los investigadores compararon la toxicidad de la expansión pura de repeticiones CAG con las expansiones de CAG interrumpidas por CGG de una misma longitud, descubrieron que las secuencias interrumpidas por CGG eran más tóxicas para las células. Esto condujo a los investigadores a plantearse otra pregunta: ¿cómo las interrupciones de CGG hacen que la expansión de repeticiones CAG sean más tóxicas para las células? La respuesta, bueno, encontraron dos posibles explicaciones.

Explicación número 1: cambios en la secuencia de aminoácidos. Cuando se encuentran expansiones de repeticiones CAG dentro de una región codificante de proteínas, conducen a la producción de un tracto de poliglutamina en la proteína. Las interrupciones CGG codifican un aminoácido diferente: la arginina. Esto significa que las expansiones de repeticiones CAG interrumpidas por CGG producen proteínas de poliglutamina interrumpidas por arginina. El equipo de investigación demostró que las proteínas de poliglutamina interrumpidas por arginina son más tóxicas para las células que las proteínas de poliglutamina puras y se comportan de manera diferente: las proteínas de poliglutamina interrumpidas por arginina se acumulan en regiones específicas del núcleo llamadas nucléolo en lugar de distribuirse uniformemente por toda la célula. Esto sugiere que las interrupciones de arginina alteran la localización de las proteínas de poliglutamina, lo que podría contribuir al aumento de la toxicidad celular de estas proteínas.

Explicación número 2: aumento de la expresión de las proteínas de expansión de repeticiones producidas mediante la traducción sin AUG (RAN) asociada a repeticiones. En la SCA8, la expansión de repeticiones CAG produce tres proteínas diferentes. La proteína de poliglutamina, como se mencionó anteriormente, se codifica “leyendo” la expansión de repetición CAG “en el marco”. Si la expansión repetida CAG se lee fuera del marco, ya sea como una expansión de AGC o una expansión de GCA, se produce una proteína poliSerina o poliAlanina. Esto ocurre mediante un proceso llamado traducción RAN. Cuando las interrupciones de CGG están presentes, los investigadores de este estudio encontraron que se producían niveles elevados de poliSerina y poliAlanina. Se sugirió que esto se debía a que los CGG aumentaban la estabilidad de las estructuras formadas por el ARN, que se sabe que favorecen la traducción de RAN. Esto sugiere que una mayor carga de proteínas de expansión asociadas a la enfermedad podría contribuir al aumento de la toxicidad celular de las expansiones de repeticiones CAG interrumpidas por CGG.

¿Cuáles son las siguientes interrogantes de la penetrancia reducida de la SCA8?

En este estudio, los investigadores demostraron que, en familias con varios individuos afectados por síntomas de la SCA8, estos tienen más probabilidades de tener interrupciones de CGG. El equipo también identificó seis individuos que portaban expansiones de repeticiones en ambas copias de sus genes ATXN8OS/ATXN8; los seis individuos presentaron síntomas de la enfermedad. Esto sugiere que tener dos expansiones de repeticiones también aumenta el riesgo de desarrollar síntomas de la SCA8 a lo largo de la vida. Sin embargo, el grupo todavía no puede responder por qué muchos individuos con una única expansión pura de repeticiones no desarrollan síntomas de la enfermedad mientras que otros sí. Los estudios futuros que secuencien expansiones de repeticiones para más pacientes con SCA8 podrán ayudar a identificar el papel de las otras interrupciones en la penetrancia de los síntomas de la enfermedad. Del mismo modo, a medida que se conformen cohortes más grandes de pacientes con SCA8, existe la posibilidad de realizar estudios de asociación de genoma completo para observar las variantes genéticas en otros genes que afectan el inicio, la progresión e incluso la penetrancia de la enfermedad.

Palabras clave

Penetrancia: Proporción de individuos que portan una variante genética particular y que también muestran el fenotipo característico.

Aminoácido: Los aminoácidos son los componentes básicos individuales que forman una proteína y son compuestos orgánicos simples que contienen un grupo carboxilo (—COOH) y un grupo amino (—NH2). Hay veinte aminoácidos que las células vivas utilizan para producir proteínas.

Traducción no AUG (RAN) asociada a repeticiones: un mecanismo de producción de proteínas que ocurre sin un codón de inicio. La traducción RAN ocurre cuando el ARNm contiene una expansión de repeticiones que hace que el ARNm se pliegue en estructuras secundarias promotoras de RAN. Debido a que la traducción de RAN comienza sin un codón de inicio AUG, el ARNm se puede “leer” de diferentes maneras.

Trastornos de herencia dominante: enfermedades en las que una mutación en una sola copia de un gen es suficiente para causar la enfermedad. Para un paciente con ataxia de herencia dominante, esto significa que hay una probabilidad de 1 entre 2 de que sus hijos hereden la mutación que causa la enfermedad (suponiendo que su pareja no esté afectada).

Declaración de Conflicto de Interés

El escritor es uno de los primeros autores en el manuscrito en el que se basa este artículo. El editor no declara tener algún conflicto de interés.

Citación del Artículo Revisado

Perez, B. A., Shorrock, H. K., Banez‐Coronel, M., Zu, T., Romano, L. E., Laboissonniere, L. A., … & Ranum, L. P. (2021). CCG• CGG interruptions in high‐penetrance SCA8 families increase RAN translation and protein toxicity. EMBO molecular medicine, 13(11), e14095.

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