Algunas de las mutaciones de beta 3 tubulina en CFEOM3 se han relacionado con interacciones de microtúbulos con quinesinas, proteínas que utilizan energía para moverse desde un extremo de un microtúbulo al otro.

Investigadores del Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN, en Japón, han descubierto cómo revertir el desarrollo característico axonal anormal de CFEOM3, una enfermedad congénita que afecta a los músculos que controlan los movimientos oculares. Publicado en ‘Nature Communications’, el trabajo muestra cómo la creación de una mutación específica rescató del crecimiento axonal anormal en el cerebro de ratón en desarrollo.

Durante el desarrollo normal del sistema nervioso, los axones -una prolongación de las neuronas– deben crecer hacia lugares específicos y hacer conexiones precisas con otras neuronas. En CFEOM3, el sistema nervioso que rige los movimientos del ojo no se desarrolla correctamente debido a defectos en la guía de los axones que se asocian con mutaciones en la proteína beta 3-tubulina.

Cadenas de moléculas de tubulina forman los microtúbulos que funcionan en el transporte intracelular y la estructura, y beta 3-tubulina es un tipo especial que es más abundante cuando los axones están creciendo en el sistema nervioso en desarrollo. Algunas de las mutaciones de beta 3 tubulina en CFEOM3 se han relacionado con interacciones de microtúbulos con quinesinas, proteínas que utilizan energía para moverse desde un extremo de un microtúbulo al otro.

«Nuestro objetivo original era comprender el mecanismo molecular de la interacción quinesina-tubulina subyacente en las mutaciones patogénicas», explica el autor principal, Itsushi Minoura. «Sorprendentemente, las mutaciones de quinesina que creamos rescataron de manera efectiva la motilidad de la quinesina y el crecimiento axonal, incluso en ratones vivos«, detalla.

El equipo comenzó a buscar el papel de una zona específica de aminoácidos en beta 3-tubulina llamada R262, porque la mutación R262 es la más común en pacientes con CFEOM3. Mediante el uso de un sistema de células de expresión de baculovirus recientemente desarrollado en insectos, primero encontraron que in vitro, esta mutación de hecho inhibe la capacidad de las quinesinas –específicamente la quinesina KIF5B– para moverse a lo largo de los microtúbulos formados a partir de beta 3-tubulina. De hecho, la quinesina ni siquiera se une a los microtúbulos con mutación.

El equipo razonó que si sabían qué parte de la quinesina interactúa con los microtúbulos, entonces podrían buscar quinesinas con mutaciones en ese lugar y, tal vez, encontrar una que fuera capaz de moverse a lo largo de los microtúbulos con mutación R262. La estructura cristalina del complejo quinesina-microtúbulos indicó que beta 3-tubulina se une a la quinesina KIF5B en la ubicación D279.

COMPRENDER LA PATOGÉNESIS DE TRASTORNOS DEL DESARROLLO

Después de varios experimentos, los investigadores detectaron lo que estaban buscando: sustituir D279 por otro aminoácido, fabricando un D279R mutante, permitió a la quinesina moverse a lo largo de los microtúbulos de beta 3 tubulina con la mutación R262.

A continuación, los científicos probaron si podían usar la quinesina con mutación en D279R para prevenir el crecimiento axonal anormal en neuronas cultivadas. Transfectaron la beta 3-tubulina mutante en neuronas embrionarias disociadas y como se esperaba, vieron reducirse significativamente el crecimiento axonal y, entonces, detectaron que las neuronas co-transfectadas con ambas mutaciones crecieron a una longitud normal y se suprimió con éxito la anormalidad.

Después de repetir el experimento con una mutación de otra quinesina –KIF2A D325R– conocida por ser importante para el sistema nervioso en desarrollo, los autores probaron su teoría en un experimento ‘in vivo’ en el cerebro de ratón en desarrollo.

Para ello, la tubulina mutante causante de la enfermedad y cada quinesina mutante correctora de la enfermedad se transfectaron conjuntamente en embriones de ratón mediante la electroporación en el útero, un proceso que utiliza impulsos eléctricos a poros brevemente abiertos en las membranas celulares de los embriones en el útero, lo que permite el paso de ADN inyectado.

El equipo encontró que ambas quinesinas con mutaciones suprimen el crecimiento axonal anormal en el cerebro en desarrollo provocado por la mutación R262 en microtúbulos. Minoura cree que entender las funciones de los muchos tipos de tubulina en el desarrollo normal del cerebro de los mamíferos es un paso importante hacia la comprensión de la patogénesis de muchos trastornos del neurodesarrollo como la lisencefalia y polimicroglia.