Estudio farmacogenético en Saccharomyces cerevisae : identificación de genes moduladores de la respuesta a Rapamicina en la enfermedad de Niemann Pick tipo C

Abstract

La enfermedad de Niemann Pick tipo C (NPC) es un trastorno de almacenamiento lisosomal causado por mutaciones de pérdida de función en los genes NPC1 y NPC2, que codifican proteínas lisosomales transportadoras de colesterol. El 95% de los pacientes presentan mutaciones en NPC1, mientras que el resto tiene mutaciones en NPC2. A nivel celular, las células NPC acumulan colesterol no esterificado y otros lípidos en los lisosomas. Los síntomas clínicos varían considerablemente entre pacientes, donde no hay una clara asociación entre fenotipo y genotipo. Rapamicina se ha investigado como terapia experimental para NPC, pero su eficacia es variable en modelos celulares humanos y murinos. Estudios en ratones Npc1-/- con diferentes backgrounds genéticos presentan una respuesta background genético-dependiente a rapamicina, en un caso aumentando la sobrevida de los ratones, mientras que en otro background es tóxica. Estos resultados sugieren que existen variantes en genes moduladores de la respuesta a rapamicina. Con el fin de identificarlos, se utilizó la levadura Saccharomyces cerevisiae como modelo de estudio, debido a que posee ortólogos funcionales de NPC1 (NCR1) y de los complejos blanco de rapamicina (TORC1 y TORC2). Se modeló la enfermedad en diferentes backgrounds genéticos de S. cerevisiae utilizando U18666A, un inhibidor de NCR1, y en combinación con rapamicina se evaluaron parámetros fisiológicos y celulares. Se identificó a 0,25 nM como la menor concentración de rapamicina que en combinación de U18666A tuvo un efecto diferencial en diversas cepas parentales, con respecto a μMáx, un parámetro fisiológico que representa la capacidad reproductiva y sobre la frecuencia de los fenotipos vacuolares de las cepas utilizadas. Estos efectos son congruentes con lo observado en modelos murinos. Se realizó un estudio de ligamiento genético utilizando el parámetro μMáx, para identificar potenciales genes moduladores de la respuesta a rapamicina. El análisis identificó un pico significativo en el cromosoma 13. Utilizando criterios de priorización, se encontraron 9 genes candidatos, donde destacan AVO2 y STV1, que codifican para una subunidad de TORC2 y del dominio vacuolar ATPasa V0, respectivamente. Estos hallazgos representan un avance en el entendimiento de esta enfermedad. En un futuro, los genes identificados como posibles moduladores de la respuesta a rapamicina deben ser validados a través de estudios funcionales para avanzar hacia una medicina de precisión en NPC.

Niemann-Pick type C (NPC) disease is a lysosomal storage disorder caused by loss of function mutations in the NPC1 and NPC2 genes, which encode lysosomal cholesterol transport proteins. 95% of patients have mutations in NPC1, while the remaining individuals have mutations in NPC2. At the cellular level, NPC cells accumulate unesterified cholesterol and other lipids in the lysosomes. Clinical symptoms vary considerably among patients, with no clear association between phenotype and genotype. Rapamycin has been investigated as an experimental therapy for NPC, but its effectiveness varies in human and murine cell models. Studies in Npc1-/- mice with different genetic backgrounds show a genetic background-dependent response to rapamycin, in one case increasing mouse survival, while in another background it is toxic. These results suggest the presence of modulator genes influencing the response to rapamycin. To identify these genes, Saccharomyces cerevisiae yeast was used as a study model, due to its functional orthologs of NPC1 (NCR1) and target of rapamycin complexes (TORC1 and TORC2). The disease was modeled in different genetic backgrounds of S. cerevisiae using U18666A, an NCR1 inhibitor, and physiological and cellular parameters were evaluated in combination with rapamycin. A concentration of 0.25 nM of rapamycin was identified as the lowest concentration that had a differential effect on various parental strains in combination with U18666A, with respect to μMáx, a physiological parameter that represents reproductive capacity and on the frequency of vacuolar phenotypes of the strains used. These effects are consistent with those observed in murine models. A genetic linkage study using the μMáx parameter was conducted to identify potential modulator genes of the response to rapamycin. The analysis identified a significant peak on chromosome 13. Using prioritization criteria, 9 candidate genes were found, with AVO2 and STV1 standing out, which encode a subunit of TORC2 and the vacuolar ATPase V0 domain, respectively. These findings represent progress in understanding this disease. In the future, the genes identified as potential modulators of the response to rapamycin should be validated through functional studies to advance towards precision medicine in NPC.