El estudio realizado sobre cultivos neuronales y modelos in vivo, abre camino hacia un posible uso futuro de nuevas terapias de ARN para el tratamiento de trastornos psiquiátricos cuyas bases patológicas aún se conocen pobremente

Una entrevista de trabajo, un examen, una charla en público, o simplemente los pensamientos cotidianos, pueden provocar ansiedad: una emoción normal de intranquilidad o agitación que se desencadena de manera anticipatoria para hacer frente a estímulos estresantes. La ansiedad implica la expectativa de una potencial amenaza futura y pone en marcha la adopción de cambios fisiológicos que adaptarán el cuerpo para enfrentarse a esa amenaza.

Sin embargo, en muchos casos, esta emoción normal y adaptativa da paso a un estado patológico que en general se caracteriza por una respuesta desproporcionada en intensidad o duración ante situaciones que frecuentemente se perciben sólo subjetivamente como amenazantes. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, los trastornos de ansiedad son las afecciones mentales más comunes en todo el mundo: en 2019 afectaron a más de 300 millones de personas y, en el primer año de la pandemia de COVID-19, la prevalencia mundial aumentó un 25 por ciento, exacerbando muchos factores relacionados con la salud mental.

Hace muchos años que el grupo de Neurobiología Molecular del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA, CONICET-MPSP) apunta a desentrañar las bases neurobiológicas de trastornos de conducta relacionados al estrés como la ansiedad y la depresión. A pesar de la importancia de esta problemática a nivel global, y a lo mucho que se ha investigado en este campo, aún se desconocen los mecanismos moleculares que dan lugar a este tipo de trastornos. Por ello, el laboratorio liderado por el investigador del CONICET Damián Refojo director del IBioBA, busca posibles respuestas estudiando moléculas y mecanismos celulares que han sido poco explorados aún.

En este contexto se ubica el trabajo de investigación publicado hoy en Science Advances, en el se logró caracterizar funcionalmente un subtipo específico de ARN denominado “circular” que es especialmente abundante en neuronas y que está presente en las sinapsis neuronales: circTulp4, una molécula que era prácticamente desconocida y de la que a partir de este trabajo se sabe que funciona como un promotor de la neurotransmisión sináptica, es decir la base de la comunicación entre neuronas.

Los estudios iniciales se realizaron en cultivos neuronales, pero para comprender cuál podría ser la relevancia de este ARN circular sobre la conducta, el grupo empleó la técnica de edición génica llamada CRISPR-Cas9 para modificar el genoma de un ratón de modo de eliminar la presencia de circTulp4 de su cerebro. Al estudiar la conducta de estos ratones, observaron que la ausencia de circTulp4 aumentó la sensibilidad a los estímulos aversivos o estresantes, lo que sugiere que esta molécula juega un papel inhibitorio sobre los circuitos que controlan la respuesta al estrés.

“Cuando hablamos de sensibilidad a estímulos aversivos, nos referimos a cuán fácilmente una persona o un organismo puede sentir o percibir eventos o situaciones desagradables, dolorosas o simplemente amenazantes. Hay moléculas que regulan los circuitos cerebrales de sensado para detectar este tipo de señales potencialmente dañinas o peligrosas”, explica Sebastián Giusti, investigador del CONICET en el IBioBA y primer autor del paper. CircTulp4 regula los circuitos que sintonizan la respuesta con la intensidad del estímulo ambiental: “Hay estímulos que se vuelven potencialmente peligrosos, por eso es adaptativo en los animales implementar conductas de respuesta al estrés cuando la intensidad de esos estímulos ha superado determinado umbral; por el contrario, no es adaptativo reaccionar cuando están por debajo de ese umbral”, agrega. Cabe destacar que alteraciones crónicas en estos mecanismos de control de estrés suelen estar presentes o preceder al inicio de enfermedades psiquiátricas como depresión o ansiedad.

El poco conocido circTulp4

Hace más de tres décadas se descubrieron los ARN circulares (circARN), un tipo de ARN no codificante, es decir ARN que no produce proteínas (una de las funciones principales del ARN en las células), sino que ejercen funciones per se. Sin embargo, su importancia funcional siguió siendo enigmática hasta que recientes avances en las tecnologías de secuenciación arrojaron luz sobre su abundancia y sus posibles funciones.

En el año 2015, el grupo participó de un estudio colaborativo donde se confeccionó el primer catálogo molecular de ARN circulares presentes en distintas áreas cerebrales, en tipos específicos de neuronas e incluso dentro de compartimentos sinápticos. “Fue entonces cuando supimos que esta nueva clase de ARN era muy relevante en el sistema nervioso, pero no sabíamos nada sobre su función”, subraya Refojo.

En los años subsiguientes, unos pocos grupos de trabajo describieron algunos efectos de ARN circulares en neuronas, pero para estudiar las funciones sobre conductas complejas era necesario contar con modelos animales, y la obtención de estos modelos implica complejas y costosas técnicas de ingeniería genética. Es por ello que había una carencia importante de trabajos científicos que demuestren si estos ARN circulares podían, en efecto, jugar un rol en comportamientos complejos, como la memoria, el aprendizaje o la conducta emocional.

Intrigado, entonces, por la abundancia de ARN circulares en el sistema nervioso, el equipo de investigación se enfocó en circTulp4 para estudiar su impacto funcional. “Hay muchas evidencias que sugieren que diferentes trastornos mentales tienen su origen en un funcionamiento anómalo de las sinapsis, y circTulp4 no solo es de los ARN circulares más abundantes en el cerebro, sino que además es de los más abundantes en la sinapsis misma”, explica Giusti.

A través de técnicas de ingeniería genética, crearon un modelo de ratón deficiente en circTulp4 que permitió investigar en detalle la importancia real de esta molécula sobre distintos aspectos de la conducta. Para ello, realizaron una extensa evaluación neurológica y comportamental con foco en conductas relacionadas a estrés, ansiedad y depresión. El equipo observó que en principio esta molécula incide en el comportamiento en situaciones estresantes o ansiogénicas. “Nuestros resultados indican que estaríamos en presencia de un nuevo tipo de molécula endógena anti-stress e incluso probablemente ansiolítica”, sostiene Refojo.

Implicaciones y perspectivas futuras

A futuro, en el laboratorio se proponen investigar en profundidad los mecanismos moleculares que subyacen a los efectos celulares y conductuales de circTulp4. “Este es un camino que recién se inicia, para comprender mejor como actúa circTulp4 tenemos que continuar con estudios bioquímicos y moleculares más profundos, y eso es lo que ya comenzamos a hacer. Además, es importante ampliar los estudios hacia nuevos ARN circulares que creemos, según datos preliminares, que pueden ser también relevantes en el funcionamiento del sistema nervioso central”, comenta Giusti.

Entender la función de circTulp4 representa un hallazgo importante en el desciframiento de la función de los ARN circulares en el sistema nervioso. “Estos descubrimientos subrayan el amplio potencial de los ARN circulares como actores relevantes no solo de la función neuronal, sino en la regulación de conductas complejas y probablemente también, para la comprensión de trastornos psiquiátricos cuyas bases patológicas aún conocemos pobremente, lo que nos impide tener mejores herramientas terapéuticas. Además, la pandemia del COVID nos ha dejado un legado y una enseñanza transcendentes. El legado, las terapias basadas en la tecnología de ARN, una nueva estrategia terapéutica que llegó para quedarse. La enseñanza: solo quienes manejen estas tecnologías estarán en condiciones de desarrollar nuevas terapias o hacer frente a nuevos desafíos en salud humana o animal”, concluye Refojo.

Un trabajo de muchos años y muchas técnicas

 Este proyecto de investigación comenzó alrededor de ocho años atrás. Pasaron muchas personas que aportaron sus conocimientos y realizaron distintos experimentos para intentar comprender cuál es la función de circTulp4. Y es que la investigación básica maneja tiempos largos, son muchas variables que hay que chequear y/o descartar. Muchos pasos, pequeños, que se van sumando para dar resultados importantes.

Para llegar a estos resultados, se utilizaron diferentes técnicas de ingeniería genética, electrofisiología, microscopía, estudios conductuales y experimentos moleculares de proteómica y transcriptómica. Esto se logró gracias a la estrecha colaboración con:

Laboratorio de Circuitos Neuronales del IBioBA, liderado por Antonia Marin Burgin.

Laboratorio de metabolismo del RNA: Sebastian Kadener (Brandeis University, Boston).

Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias: Nils Brose (Goettingen).

Instituto Max Planck de Psiquiatría: Jan Deussing (Munich).

Centro Helmholtz: Wolfgang Wurst – Martin Hrabe de Angelis (Munich).

Referencia bibliográfica:

Sebastian A. Giusti.,, et al.A brain-enriched circular RNA controls excitatory neurotransmission and restricts sensitivity to aversive stimuli.Sci. Adv.10,eadj8769(2024).DOI:10.1126/sciadv.adj8769