Mar Navarro-Alonso, Silvestre Ruano-Rodríguez, Benito Domínguez-Velasco, Manuel Álvarez-Dolado, Francisco J. Esteban

Grupo de investigación STXBP1. CABIMER (Sevilla)-Universidad de Jaén.

Introducción

El artículo “Generation of humanized mouse models to support therapeutic development for SYNGAP1 and STXBP1 disorders” (Felix AJ et al., 2024), llevado a cabo en el “Children’s Hospital of Philadelphia” bajo la coordinación del Investigador Benjamin L. Prosser, describe la creación de ratones «humanizados» para estudiar los síndromes causados por mutaciones en los genes SYNGAP1 y STXBP1, dos genes cruciales para el funcionamiento correcto de las neuronas. Las mutaciones en estos genes están asociadas a encefalopatías epilépticas graves y alteraciones del desarrollo neurológico, entre otros trastornos. Este trabajo acaba de ser publicado como “preprint” y aún no ha sido sometido a revisión,

El estudio de estos síndromes se ha beneficiado del uso de diferentes modelos animales. Sin embargo, para el desarrollo de terapias personalizadas, como la terapia génica mediante ASOs, los ratones, que son un modelo animal común, presentan algunas limitaciones, ya que no comparten exactamente las mismas características genéticas que los humanos. Este artículo propone una solución: modificar genéticamente a los ratones para que contengan las versiones humanas de estos genes, lo que permite estudiar mejor las enfermedades y ensayar potenciales tratamientos.

Metodología

Para crear los ratones humanizados, los investigadores reemplazaron los genes Syngap1 y Stxbp1 de los ratones con las versiones normales humanas de SYNGAP1 y STXBP1, respetando no solo la secuencia del gen, sino también las regiones reguladoras que controlan la expresión del mismo. Estos cambios permiten que los ratones expresen los genes de manera similar a como ocurre en el cerebro humano.

El proceso de humanización se realizó mediante una técnica de modificación genética conocida como “knock-in”. En este caso se utilizó un cromosoma artificial bacteriano para insertar las versiones humanas de los genes en las células madre embrionarias de ratón, las cuales posteriormente se implantaron en ratones para generar descendencia que heredara estos cambios genéticos.

Los autores evaluaron diferentes aspectos de los ratones humanizados. Para el modelo humanizado de SYNGAP1, los ratones mostraron niveles normales de viabilidad y los genes humanizados se expresaron correctamente. En el caso de los ratones con el gen STXBP1 humanizado, aunque el modelo fue exitoso, los investigadores encontraron que los ratones presentaban problemas de viabilidad, especialmente los machos, que mostraron una elevada tasa de mortalidad al cabo de unas semanas. Además, los porcentajes de genotipos observados tras el nacimiento no siguieron las proporciones mendelianas esperadas, lo que es indicativo de una mortalidad embrionaria durante el desarrollo.

Resultados

Modelos humanizados de SYNGAP1

Los ratones en los que se reemplazó el gen Syngap1 por la versión humana (SYNGAP1) sobrevivieron sin problemas y mostraron una expresión adecuada del gen humanizado. Estos ratones pueden cruzarse con otros modelos para generar descendencia con deficiencia de SYNGAP1, lo que permitirá estudiar cómo la falta de este gen afecta al cerebro, y será útil para probar terapias que puedan corregir este déficit.

Modelos humanizados de STXBP1

Aunque los investigadores lograron crear ratones con el gen STXBP1 humano, observaron que los ratones con dos copias del gen humanizado tenían problemas de viabilidad, especialmente los machos, que presentaron una mortalidad del 90% antes de las 9 semanas de vida. Las hembras mostraron una tasa de mortalidad más baja, del 30%. Sin embargo, los ratones con una sola copia del gen humanizado (es decir, con una copia del gen humano y otra copia del gen de ratón) sobrevivieron y no mostraron problemas graves. Estos ratones serán útiles para probar terapias dirigidas específicamente al gen STXBP1 humano.

Análisis molecular

Los análisis a nivel de ARN y proteínas confirmaron que los genes humanizados de SYNGAP1 y STXBP1 se expresaban de manera correcta en los ratones. En el caso del gen SYNGAP1, se observó un ligero aumento en la cantidad de la proteína producida, lo que sugiere que el gen humano es un poco más activo en el contexto del ratón, pero no lo suficiente como para afectar significativamente la fisiología de los ratones. Sin embargo, en el caso del gen STXBP1, los ratones con dos copias del gen humanizado mostraron una reducción del 40% en la cantidad de proteína, lo que podría explicar algunos de los problemas de viabilidad observados en los ratones.

Conclusiones

Los modelos de ratón humanizados desarrollados en este estudio representan un avance importante en la investigación de los trastornos relacionados con SYNGAP1 y STXBP1, ya que permitirán estudiar mejor los efectos de las mutaciones humanas en estos genes y probar nuevas terapias genéticas de forma más precisa y eficiente.

Aunque el modelo de STXBP1 presenta algunos desafíos debido a la baja viabilidad, especialmente en machos, los autores sugieren que cruzar estos ratones con otras cepas de ratones podría mejorar su supervivencia. Estos modelos representan una herramienta valiosa para avanzar en el desarrollo de tratamientos dirigidos a trastornos neurológicos raros y de clínica compleja.

Referencia

Felix AJ, Wilson T, Randell R, Marotta N, Uchida K, Boland MJ, Davidson BL, & Prosser BL (2024). Generation of humanized mouse models to support therapeutic development for SYNGAP1 and STXBP1 disorders. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.08.22.609238