Los G-Quadruplexes Pueden Proteger Contra la Agrupación Tóxica de TDP43

TDP43 es una proteína que tiene funciones importantes en cómo nuestras células manejan el ARN, la molécula que ayuda en la producción de proteínas. Principalmente trabaja en el núcleo de las células, pero también se puede encontrar en el citoplasma, incluso cuando las células están sanas. Los problemas con TDP43 pueden causar condiciones serias, como fibrosis quística, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), degeneración lobar frontotemporal (DLFT) y encefalopatía traumática crónica (ETC). El agrupamiento de TDP43 es una característica clave de la ELA esporádica, que es la forma más común de la enfermedad, representando casi el 90% de los casos. Sin embargo, por qué TDP43 se agrupa sigue siendo un misterio.

#Importancia del ARN en la investigación de TDP43

Ha habido interés en usar ARN para ayudar con la actividad de TDP43, ya que se une al ARN. Por ejemplo, un ARN largo, conocido como lncRNA NEAT1, demostró reducir los efectos tóxicos de TDP43 en experimentos de laboratorio usando levadura y células humanas. En estos estudios, se encontró que eliminar una enzima específica que normalmente ayuda a procesar el ARN llevaba a menos efectos tóxicos de TDP43. Además, fragmentos cortos de ARN que se unen a TDP43 también mostraron promesas en reducir el agrupamiento dañino de TDP43.

#G-Cuádruples y su conexión con TDP43

Se sabe que TDP43 se une a estructuras especiales en el ARN llamadas G-cuádruples (G4s). Los G4s se forman cuando la guanina, un tipo de nucleótido, se apila. La investigación usando un método llamado SELEX indicó que TDP43 se une mejor a los G4s cuando no puede interactuar eficazmente con otros socios. Algunos investigadores teorizaron que TDP43 ayuda a mover el ARN que contiene G-cuádruples a lugares específicos en la célula para la producción local de proteínas. Sin embargo, la naturaleza de estas conexiones y si formas mal plegadas de TDP43 están involucradas necesita más investigación. Estudios han sugerido que los G4s pueden ayudar a contrarrestar los efectos tóxicos de los agregados de TDP43 en las células. Curiosamente, bajo condiciones de estrés, las células tienden a producir más de estas estructuras G4.

#Efecto de los G4s en la Agregación de TDP43

Teniendo en cuenta el potencial de los G4s, buscamos entender si podrían ayudar a reducir el agrupamiento y la toxicidad de TDP43. Realizamos pruebas para ver cómo los G4s podrían afectar a TDP43 en entornos de laboratorio controlados. Comparamos diferentes formas de TDP43 para observar cómo se agregaban cuando se mezclaban con G4s. Los resultados mostraron que cuando combinamos TDP43 con G4s específicos, el agrupamiento de TDP43 fue más lento, sugiriendo un efecto protector.

#Experimentación en células de levadura

Para investigar más, usamos células de levadura que expresan TDP43. Encontramos que añadir G4s no solo redujo la muerte celular causada por altos niveles de TDP43, sino que también aumentó el porcentaje de células vivas que expresaban TDP43. Esto indicó que los G4s podrían ayudar a estabilizar TDP43 dentro de las células. También probamos diferentes secuencias de ARN conocidas que se unen a TDP43 y encontramos que también aumentaron los niveles de TDP43 en las células de levadura, mejorando su estabilidad.

#Pruebas de G4s en células de mamíferos

Después de confirmar los efectos en levadura, nos movimos a células de mamíferos, específicamente células HEK293T. Creamos una situación que imitaba el estrés oxidativo, que se sabe que causa el agrupamiento de TDP43. Cuando introdujimos estrés a células que sobreexpresaban TDP43, observamos que la proteína se agrupó. Probamos dos pequeñas moléculas que pueden unirse a los G4s: Piridostatin (PDS) y su análogo, carboxipiridostatin (cPDS). Cuando estos compuestos se añadieron a las células antes de introducir el estrés, la agregación de TDP43 se redujo significativamente, resultando en una distribución más difusa de TDP43 en el núcleo de la célula.

#Resultados en células tipo neuronas motoras

Para evaluar cuán efectivas eran estas moléculas que se unen a G4 en células que se asemejan a neuronas motoras humanas, usamos células NSC-34. Similar a antes, cuando TDP43 se sobreexpresó bajo condiciones de estrés, TDP43 salió del núcleo y formó agregados en el citoplasma. Pero cuando tratamos estas células con PDS o cPDS antes de exponerlas a estrés, el TDP43 permaneció mayormente en el núcleo sin formar agregados dañinos, indicando un efecto protector.

#Examinando la Viabilidad celular

También queríamos ver si el uso de unidores de G4 tenía algún impacto en la supervivencia celular cuando los niveles de TDP43 eran altos. En pruebas sin TDP43, hubo poco cambio en la supervivencia celular con o sin estrés. Sin embargo, cuando se sobreprodujo TDP43, las tasas de muerte celular aumentaron, especialmente bajo estrés. La adición de cPDS ayudó a mantener un mayor número de células vivas en comparación con las condiciones de control, destacando los posibles beneficios de estos compuestos.

#G-Cuádruples y agregados de TDP43

Para entender cómo los G4s afectaron la agregación de TDP43, miramos si TDP43 y los G4s estaban presentes juntos en las células estresadas. Usamos una técnica de tinción especial para visualizar los G4s y encontramos que efectivamente se co-localizaban con los agregados de TDP43 bajo estrés. Este hallazgo apoya la idea de que los G4s tienen un papel en influir en el comportamiento de TDP43 en las células.

#Conclusión: Un nuevo camino para el tratamiento

En general, nuestra investigación sugiere que las estructuras G4 pueden influir significativamente en la agregación y toxicidad de TDP43 en varios modelos celulares. Los hallazgos muestran que dirigirse a los G4s podría ser una estrategia prometedora para tratar enfermedades donde la deslocalización y el agrupamiento de TDP43 son factores. Dado que TDP43 no es la única proteína asociada con enfermedades neurodegenerativas que interactúa con los G4s, este enfoque podría ayudar potencialmente en un rango más amplio de condiciones. Se necesitan más estudios para entender completamente los mecanismos en juego y cómo aprovechar estos hallazgos en terapias efectivas.