Revelan factores genéticos relativos a la capacidad de la placenta para proteger al feto contra el zika

Hallazgos descritos por investigadores brasileños en la revista PLOS Neglected Tropical Diseases ayudan a entender por qué tan solo algunos de los bebés cuyas madres se infectaron durante el embarazo nacieron con microcefalia y otras anomalías

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños describieron factores genéticos que disminuyen la capacidad de la placenta para proteger al feto contra el virus del Zika en un artículo publicado en la revista PLOS Neglected Tropical Diseases. Según los autores del mismo, este hallazgo ayuda a entender por qué solamente algunos de los bebés cuyas madres se infectaron durante el embarazo nacieron con algún tipo de anomalía.

Datos del Ministerio de Salud de Brasil apuntan que, desde la epidemia de 2015, al menos 3.500 bebés fueron acometidos por el llamado síndrome congénito del zika, que incluye alteraciones tales como microcefalia, calcificaciones cerebrales y deficiencia auditiva y visual. Con todo, se estima que esos casos corresponden a entre el 5% y el 10% del total de niños expuestos al patógeno durante el primer trimestre de gestación, la fase que se considera de mayor riesgo.

“Observamos una diferencia en la expresión de dos tipos de genes en las placentas de los bebés afectados. Uno de ellos está ligada a la capacidad de la placenta para invadir y adherirse al tejido uterino. La otra tiene que ver con la producción de ciertas moléculas conocidas como quimioquinas, que atraen a las células del sistema inmunológico materno para combatir al virus en la barrera placentaria”, comenta Sergio Verjovski, docente del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP) y coordinador de la investigación, apoyada por la FAPESP. 

Este descubrimiento solamente fue posible merced al empleo de una técnica de reprogramación celular que les permitió a los investigadores recrear en el laboratorio las células que componen la llamada placenta primitiva, que le brinda sostén al feto durante el primer trimestre de la gestación.

Estas células –llamadas trofoblastos– se extrajeron de muestras sanguíneas de tres dúos de gemelos discordantes, es decir, casos en que tan solo uno de los hermanos nació con microcefalia, aunque ambos hubiesen estado igualmente expuestos a la infección viral dentro del útero materno. Al constituir un modelo ideal para el estudio de los factores genéticos que aumentan la susceptibilidad al síndrome congénito del zika, estos niños son objeto de un seguimiento desde hace cerca de cuatro años a cargo de investigadores del Centro de Estudios del Genoma Humano y Células Madre (CEGH-CEL), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) financiado por la FAPESP y coordinado por Mayana Zatz, docente del Instituto de Biociencias de la USP y coautora del artículo.

“En primer lugar, reprogramamos las células de la sangre para que regresasen a un estadio de pluripotencia similar al de las células madre embrionarias. Luego inducimos in vitro la diferenciación de esas células pluripotentes inducidas [IPS, por sus siglas en inglés] en trofoblastos primitivos”, explica Verjovski.

Así se crearon dos grupos de células placentarias en cultivo: uno para simular a las placentas primitivas de los bebés que nacieron con microcefalia y, por ende, fueron más afectados por el zika, y otro para representar a las placentas de los gemelos resistentes a la infección viral.

Todos los cultivos fueron infectados con una cepa brasileña del virus (ZIKV-BR), la misma que circuló en el país durante la epidemia de 2015 y 2016. Luego, mediante el empleo de técnicas de secuenciación, los investigadores compararon el transcriptoma (el conjunto de moléculas de ARN expresadas por los genes) de ambos grupos. El objetivo consistió en ver, en cada caso, de qué modo el virus impactó sobre la expresión génica de las células placentarias.

“En los trofoblastos de los bebés que nacieron con microcefalia observamos una disminución de la expresión de varios genes relacionados con la matriz extracelular. Son genes importantes para que la placenta, que es un tejido fetal, logre invadir y fijarse en el útero materno. Este proceso es importante para que la placenta pueda nutrir adecuadamente al feto y servir de barrera física contra patógenos y toxinas”, comenta Verjovski.

En los análisis realizados 48 y 96 horas después de la infección, los científicos notaron que solamente en los trofoblastos de los bebés resistentes se registraba un aumento estadísticamente significativo de la expresión de las quimioquinas RANTES/CCL5 (hasta 4,6 veces aumentada) y IP10 (hasta 96 veces aumentada).

“Estas moléculas constituyen importantes señalizadores para la defensa inmune materna en la barrera placentaria. Atraen hacia ese sitio a las células de la madre que poseen la capacidad como para destruir al virus”, explica el investigador.

Por ende, estos resultados sugieren que la placenta primitiva de los bebés resistentes logra impedir con mayor eficacia que los tejidos fetales sean infectados.

“Deberíamos entonces realizar nuevos experimentos para confirmar esta hipótesis. Una de las ideas consiste en poner a los trofoblastos infectados con el virus del Zika en contacto con muestras de sangre de mujeres embarazadas. De este modo, lograríamos observar si las células placentarias de los bebés resistentes logran atraer efectivamente a una mayor cantidad de células inmunológicas de la gestante”, dice Verjovski. “Pero no es un experimento fácil de realizarse, ya que es necesario obtener muestras de sangre de embarazadas que posean compatibilidad inmunológica con las células de los gemelos discordantes.”

De cualquier modo, según el investigador, la identificación de los genes que aparecen expresados de manera distinta en los bebés con microcefalia abre el camino hacia la realización de investigaciones orientadas al desarrollo de intervenciones capaces de prevenir el daño provocado por el virus en los fetos en desarrollo. “Estimamos que sería más viable un tratamiento tendiente a reforzar la barrera placentaria e impedir la infección del feto que invertir, por ejemplo, en un medicamento destinado a bloquear el daño del virus directamente en el sistema nervioso fetal”, dice.

Una revisión de conceptos

En un estudio publicado en 2017 en la revista PNAS, Verjovski y colaboradores de la Universidad de Misuri (Estados Unidos) demostraron que la placenta primitiva constituye un ambiente mucho más favorable para la infección provocada por el virus del Zika que la placenta madura. Sucede que, durante el primer trimestre de la gestación, se incrementa la expresión de diversos genes que codifican proteínas de unión con el virus, es decir, que facilitan la entrada del patógeno en los tejidos del feto. Por otra parte, la placenta madura expresa en mayor cantidad proteínas asociadas a la defensa antiviral. Este estudio se realizó con trofoblastos primitivos y maduros obtenidos también mediante reprogramación celular, pero a partir de células madre embrionarias (por ende, que no provenían de bebés expuestos al virus durante su gestación).

“En aquel momento, planteamos la hipótesis de que la placenta primitiva de los fetos susceptibles al virus del Zika expresaba en mayor cantidad a los receptores de unión, haciendo que esos bebés quedasen expuestos a una carga viral más alta. Ahora hemos refutado esa teoría con los nuevos hallazgos”, comenta Verjovski.

Según el investigador, el estudio más reciente demostró que inicialmente la expresión génica es igual en los trofoblastos de los gemelos que nacieron con y sin microcefalia, pero que se vuelve diferente tras la infección viral.

“Por algún motivo aún no determinado, las placentas de los bebés susceptibles y resistentes responden de manera diferente a la entrada del virus a las células”, afirma.

El equipo del CEGH-CEL describió otros factores genéticos asociados a una mayor susceptibilidad al síndrome congénito del zika en Nature Communications, en un artículo publicado en 2018. Los investigadores demostraron que el virus del Zika logra replicarse mucho más en las células progenitoras neurales (NPC) de los bebés con microcefalia que en las NPC de sus hermanos resistentes. Asimismo, las células nerviosas de los bebés susceptibles proliferaban menos y morían más que las de los resistentes. En este caso, las NPC también se generaron mediante reprogramación celular con base en muestras sanguíneas de gemelos discordantes.

Al comparar la expresión génica en ambos grupos, los científicos notaron diferencias en dos vías de señalización celular importantes para el desarrollo cerebral en el período embrionario: una mediada por la proteína mTOR y la otra mediada por la proteína Wnt. Son vías que regulan, entre otros factores, la proliferación y la migración de las células del sistema nervioso central (lea más en: agencia.fapesp.br/27143). 

Aparte de la genética, otros factores ya se han asociado con el riesgo aumentado de surgimiento de anomalías fetales, entre ellos la dieta materna, la composición de la microbiota intestinal y la exposición de la gestante a contaminantes y otros patógenos. Una de las preguntas que perduran es por qué en algunas regiones, como en el nordeste brasileño, el zika provocó muchos más casos de microcefalia que en otras zonas geográficas donde también hubo una gran circulación del virus.

“En el estudio publicado en 2017, comparamos dos cepas distintas del virus del Zika: una aislada en Uganda [en África, donde surgió el virus] y otra aislada en la Polinesia. Esta última dio origen al linaje brasileño. Observamos que la cepa africana era mucho más virulenta en la placenta primitiva. Por ende, es posible que en África no hayan surgido casos de microcefalia porque las gestantes infectadas sufrieron abortos precoces. A medida que el virus fue experimentando mutaciones que lo volvieron menos destructivo, empezó a replicarse durante más tiempo en los fetos y más mujeres infectadas lograron culminar la gestación”, dice Verjovski.

Puede leerse el artículo intitulado Differential gene expression elicited by ZIKV infection in trophoblasts from congenital Zika syndrome discordant twins en el siguiente enlace: journals.plos.org/plosntds/article/authors?id=10.1371/journal.pntd.0008424.