“Bon dia, em dic Timothy, Katherine Timothy”. Imagino que aquesta devia ser la introducció més probable de la genetista Katherine W. Timothy quan es presentava, a finals del segle XX, als pacients que mostraven arrítmies cardíaques inexplicades. Katherine Timothy era (ara està jubilada) una investigadora genètica a qui li interessava especialment la cardiologia, en particular, les arrítmies que es manifestaven en gent jove.
En gent adulta, es diagnostiquen diferents tipus d’arrítmies (abans n'hi dèiem “palpitacions”), moltes de les quals són sobrevingudes per la forma de vida, estrès o medicaments. Tanmateix, hi ha famílies en què les arrítmies es presenten de forma més precoç, sense causes externes clares, i això succeeix perquè tenen mutacions genètiques en gens rellevants per controlar la polarització i despolarització dels cardiomiòcits, és a dir, de les cèl·lules del cor que controlen el ritme cardíac. Per exemple, la síndrome de Brugada —descrita pels germans Brugada, cardiòlegs catalans que la van definir als anys noranta— és una de les síndromes d’arrítmia hereditària, que afecta al voltant d’1 de cada 2.500 persones a Europa (tot i que la seva prevalença varia segons les poblacions). Aquesta síndrome pot passar desapercebuda durant molt temps, fins que les arrítmies s’intensifiquen per un sobresalt o una situació d’estrès, de manera que els pacients poden patir síncopes (desmais sobtats), episodis d’epilèpsia o, en alguns casos, mort sobtada. La majoria de malalties genètiques associades a arrítmies cardíaques solen ser causades per mutacions en gens que codifiquen canals d’ions (com ara el sodi, el potassi o el fòsfor), importants per mantenir l’activitat elèctrica dels cardiomiòcits, que són els responsables del batec del cor. Es coneixen més de 200 gens que hi poden estar implicats, i a la majoria dels casos, aquestes mutacions s’hereten de forma autosòmica dominant, és a dir, que tot pacient té un dels progenitors afectat, encara que la gravetat de la simptomatologia entre diferents individus és variable i, fins i tot, haver-hi alguns individus asimptomàtics.
Katherine Timothy, membre de la Universitat de Utah (Estats Units) que estudiava famílies amb una simptomatologia de síndrome del QT llarg (un altre tipus d’arrítmia cardíaca), va preocupar-se en particular per malalties que es manifestaven en la infància. Entre els casos que li van arribar durant els anys vuitanta i noranta, li van interessar específicament uns pocs pacients, de famílies sense cap precedent familiar, però que tenien una simptomatologia molt particular, ja que les arrítmies manifestades des del naixement també anaven acompanyades de sindactília (fusió dels dits de les mans i dels peus), episodis epilèptics freqüents, autisme i discapacitat cognitiva, tot plegat conduïa sovint a una mort sobtada de l’infant per aturada cardíaca. No va ser fins al 2004 que es va identificar un nou gen, CACNAC1, mutat en 13 pacients recollits durant aquells anys. CACNAC1 codifica per un canal d’ions de calci que no només és molt important per a la funció cardíaca, sinó també per a la transmissió del corrent elèctric en neurones, d’aquí l’afectació neurològica complexa. Aquesta nova malaltia se la va anomenar síndrome de Timothy, en reconeixement de la labor incansable de Katherine W. Timothy a favor dels infants afectats per arrítmies i les seves famílies.
La investigació, sobretot en malalties neurològiques, avança més ràpidament quan es poden combinar resultats en models animals i en organoides humans
Doncs bé, la síndrome de Timothy es considera una malaltia ultrarara, és a dir, que hi ha poquíssimes persones al món que estan afectades. És autosòmica dominant, però en general és deguda a mutacions de novo, és a dir, a mutacions que no existien prèviament en els pares, sinó que són generades durant la formació dels gàmetes (als òvuls o espermatozoides) o en l’embrió i, per tant, no es podria prevenir fàcilment perquè no hi ha precedents a la família, a la que agafa desprevinguda. El gen CACNAC1 i la seva implicació a la síndrome de Timothy és fascinant per als genetistes, un exemple digne de ser explicat a classe, però, per simplificar, el que ens interessa avui per explicar la malaltia és que CACNA1 presenta dues maneres de ser llegit, el que en diem dues isoformes, amb dos petits fragments interns (exons) que poden estar o no incorporats durant la maduració de l'RNA. El fet que s’incorpori un o altre fa que la proteïna que és generada sigui lleugerament diferent, i en cada teixit i òrgan es necessita una de les isoformes. Vindria a ser com si tinguéssim dues novel·les que només difereixen en un capítol, en podem llegir l’un o l’altre, però com que aquest capítol és molt important per a la trama, la novel·la que en resulta és diferent. Evidentment, el fet que s’incorpori un exó o un altre està regulat de manera precisa. Doncs bé, resulta que la mutació més freqüent en els pacients de la síndrome de Timothy ocasiona que un dels exons sigui preferencial. Així que bàsicament tots els teixits fabriquen la mateixa proteïna i els que necessiten l’altra, no en tenen. Només es llegeix una versió de la novel·la. I això implica que algunes neurones facin un canal de calci hiperexcitable, i que creixin cercant noves connexions, que no haurien de formar-se, i alhora que en migrin menys dins del cervell en formació. Tot això desemboca en la simptomatologia que us he comentat, autisme, problemes cognitius, epilèpsia, a més dels problemes cardíacs.
I ara que entenem la causa de la malaltia, podríem pensar com es pot dissenyar una teràpia efectiva? Justament la portada de la revista Nature d’aquesta setmana mostra neurones amb una mutació causativa de la síndrome de Timothy creixent en una placa de Petri. Els investigadors han dissenyat una teràpia d’oligonucleòtids antisentit que interfereix amb l’efecte de la mutació i corregeix l’efecte sobre l'RNA, de manera que es pot produir de nou la isoforma necessària a les neurones quan el cervell va madurant. Demostren l’efectivitat de la seva teràpia en organoides de cervell en cultiu, derivats de cèl·lules de pacients de Timothy, i observen que les neurones tornen a tenir una funció normalitzada del canal de calci, amb neurones sense excés de connectivitat i recuperant la capacitat de migració dins d’aquests models de cervell. A més, per generar un model més similar encara a un cervell humà dins del cos, han trasplantat aquestes cèl·lules d’organoides de cervell humans dins de cervells immadurs de rata. Ja ho havien realitzat prèviament i saben que aquests empelts són “pegats” cel·lulars que s’incorporen dins del cervell encara làbil de rata, establint connexions i integrant-se en circuits neuronals dins d’aquest cervell quimèric humà-rata. Un cop les cèl·lules humanes estan empeltades dins el cervell de rata, llavors injecten els oligonucleòtids antisentit dins del canal de líquid cefalorraquidi per tal que arribi a tot el cervell. Quan comparen el funcionament d’aquests trasplantaments entre cèl·lules derivades de pacients amb la síndrome de Timothy sense tractament i amb, observen una reversió del fenotip, és a dir, corregeixen alguns dels símptomes patològics cel·lulars.
No sabem si aquesta teràpia, si es fes en humans, seria prou potent per revertir símptomes cognitius o de comportament (autisme), encara cal estudiar si es pot dissenyar una teràpia amb oligonucleòtids antisentit que pugui travessar la barrera hematoencefàlica (per facilitar-ne l’administració), ni si el moment adient per fer aquesta teràpia seria en els infants ja nascuts o s’hauria d’aplicar abans, perquè no és el mateix l’afectació neurològica que la cardíaca. Tanmateix, encara que siguin molt pocs els pacients d’aquesta malaltia, si la teràpia és efectiva, es pot pensar en una estratègia similar aplicable a altres malalties. Podeu trobar un article a El País en què Manuel Ansede entrevista familiars de pacients de la síndrome de Timothy sobre l’esperança que suposa aquesta futura teràpia. Finalment, hi ha encara moltes incògnites per resoldre, però és una prova de principi i demostra que la investigació, sobretot en malalties neurològiques, avança més ràpidament quan es poden combinar resultats en models animals i en organoides humans.