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Balancing the immune response in cystic fibrosis: using zebrafish models of infection and inflammation to uncover new therapeutic approaches

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Un enfoque innovador del estudio de la fibrosis quística nos acerca a comprender sus mecanismos subyacentes

Para comprender cómo se interrelacionan diversos mecanismos para causar una afección como la fibrosis quística (FQ) son necesarios modelos que no presenten síntomas que dificulten la interpretación. El uso del pez cebra modificado genéticamente ha arrojado luz sobre las hasta ahora poco conocidas relaciones entre los sistemas inmunitarios, las mutaciones de la FQ y las afecciones pulmonares mortales a las que da lugar.

Salud

La FQ, que causa la muerte prematura debido a una insuficiencia respiratoria progresiva, es un trastorno genético resultante de las mutaciones en el regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (RTFQ). El RTFQ desempeña un papel importante en el equilibrio homeostático de la composición de los líquidos. En los pacientes con FQ, la alteración de la expulsión de iones cloruro mediada por el RTFQ aumenta los niveles de sodio y, en consecuencia, la reabsorción de agua desde la superficie de las vías respiratorias. Esto da lugar a la acumulación de una gruesa capa mucosa y al colapso de la depuración mucociliar, lo cual promueve la infección crónica y el exceso de inflamación, procesos que a su vez terminan dañando gravemente los pulmones. Además de los defectos mucociliares conocidos, diversos datos sugieren que las alteraciones primarias en las respuestas inmunitarias contribuyen a la patología pulmonar en pacientes con FQ. Como investigadora principal, Audrey Bernut explica: «En la actualidad, nuestros conocimientos se ven limitados por la ausencia de modelos animales adecuados que reúnan las anomalías inmunitarias que se observan en los pacientes con FQ». Los modelos de FQ disponibles (p. ej., células derivadas de pacientes o modelos de mamíferos) presentan diversas limitaciones, entre las que destaca la evaluación de fenómenos en un entorno inflamatorio preexistente. Como consecuencia de ello, todavía se desconocen los mecanismos a través de los cuales el RTFQ regula directamente la inmunidad del anfitrión y cómo las mutaciones de la FQ contribuyen a la patogenia infecciosa e inflamatoria de la FQ. Para conocer mejor los vínculos entre el RTFQ disfuncional y las respuestas inmunitarias nocivas en la FQ, el proyecto de investigación de Bernut, CFZEBRA, desarrolló larvas de pez cebra como un modelo animal manipulable. Los alevines del pez cebra son transparentes, lo cual permite monitorizar de forma no invasiva y en tiempo real el comportamiento de las células inmunitarias durante procesos inflamatorios en todo el organismo. El RTFQ del pez cebra presenta una identidad de secuencia próxima a la de los seres humanos (concordancia del 56,24 %). Al igual que sucede en los mamíferos, el RTFQ del pez cebra se expresa en las superficies epiteliales y en las células inmunitarias, y desempeña un papel importante en el equilibrio homeostásico de la composición del líquido. «Aunque en un primer momento la ausencia de pulmones parecería reducir la pertinencia de este modelo, mis datos sugieren que los cambios en la función del RTFQ de las células epiteliales e inmunitarias innatas están conservadas entre tejidos y especies», afirma Bernut, cuyo proyecto se llevó a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie y fue supervisado por Stephen Renshaw, profesor de la Universidad de Sheffield (Reino Unido). Por medio de la tecnología CRISPR-Cas9, una herramienta sencilla a la vez que potente para la edición genómica, Bernut pudo «cortar» secuencias de ADN y alterar la función del RTFQ generando mutaciones. El resultado fue la generación de peces cebra con FQ, lo cual permitió a Bernut evaluar el papel del RTFQ en la regulación directa de la respuesta inflamatoria del anfitrión y el potencial inmunitario «in vivo». Bernut descubrió diversos procesos inflamatorios y de alteración de la inmunidad que son mecanismos fundamentales que subyacen a la infección y la enfermedad inflamatoria en pacientes con FQ. Dichos procesos podrían tratarse terapéuticamente para prevenir el daño pulmonar de tipo inflamatorio en pacientes con FQ, lo que podría asociarse con mejoras en los desenlaces de la enfermedad. «Ya he identificado compuestos interesantes que podrían ser terapéuticos y que actualmente se están utilizando para el tratamiento de otras enfermedades. Ahora es necesario llevar a cabo estudios experimentales en pacientes para evaluar la eficacia de estas inmunoterapias dirigidas para la FQ. Si todo va bien, estos a su vez podrían dar lugar a la realización de ensayos clínicos», concluye Bernut.

Palabras clave

CFZEBRA, fibrosis quística, RTFQ, pez cebra, inflamación, infección, inmunoterapias dirigidas para la FQ, patología pulmonar, modelos animales, CRISPR-CAS9

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