Machado-Joseph Disease: Understanding Epidemiologic and Clinical Features and a Potential New Therapeutic Entity

Abstract

A doença de Machado-Joseph (DMJ), também conhecida por ataxia espinocerebelosa do tipo 3, é uma doença neurodegenerativa rara. De entre todas as ataxias autossómicas dominantes, é a mais frequente, afetando à escala global 1.5 a cada 106 indivíduos. A DMJ é determinada pela existência de um número anormal de repetições do trinucleotídeo CAG (acima de 55) na região codificante do gene causal, ATXN3, originando a que a proteína resultante, ataxina-3, contenha um trato expandido de poliglutaminas tóxico que desencadeia uma série de mecanismos patogénicos, levando à neurodegenerescência progressiva de várias regiões do cérebro, nomeadamente o cerebelo. O número de repetições do trinucleotídeo CAG é determinante na idade de aparecimento dos primeiros sintomas – geralmente ataxia da marcha, – bem como na progressão e severidade da doença. Outros sinais e sintomas, como dismetria, disfagia, disartria, nistagmo e oftalmoparesia/oftalmoplegia, entre outros, são também frequentes nos doentes de DMJ, contribuindo para uma gradual deterioração da qualidade de vida destes. Presentemente, não existe nenhuma terapia instituída no sentido de curar ou mesmo retardar a progressão desta doença fatal. Esta tese teve como objetivo geral estreitar a distância entre a doença e uma possível terapêutica, criando uma base para que outros trabalhos, e mais aprofundados, possam explorar a sua aplicação em doentes da DMJ. Em primeiro lugar, estudámos um grupo de doentes de DMJ, aos quais avaliámos variáveis epidemiológicas, clínicas e psicológicas, recorrendo a escalas e a questionários, de modo a obter uma caracterização standardizada para futuros estudos clínico. Os resultados aqui apresentados confirmam que a função cerebelosa está altamente comprometida nos doentes, verificando-se também uma frequência elevada de sintomas oculomotores e sinais piramidais. Com este trabalho foi possível criar um pool de doentes que podem constituir um grupo relevante para um futuro ensaio clínico desenhado para avaliar uma nova abordagem terapêutica para a DMJ.Em segundo lugar, realizámos um estudo pré-clínico em murganhos com o objetivo de perceber como evoluem os níveis de concentração sistémicos e cerebrais de um composto, e dos seus principais metabolitos, que tinha sido previamente demonstrado ser eficaz num modelo de roedores de DMJ. Os resultados mostram que o composto, administrado por via intraperitoneal, é rapidamente metabolizado, encontrando-se a baixas concentrações sistémicas pouco tempo depois de administrado. Além disso, e contrariamente aos seus metabolitos, os níveis de concentração no tecido cerebral decrescem rapidamente, deixando mesmo de ser detetado 30 minutos após administração. Por este motivo, novos estudos são necessários com o intuito de encontrar a melhor formulação e via de administração para o composto aqui explorado, de maneira a que se possa vir a estabelecer como uma nova abordagem terapêutica para a DMJ.

Machado-Joseph disease (MJD), also known as spinocerebellar ataxia type 3, is a rare neurodegenerative disease. Among all autosomal dominantly inherited ataxias, it is the most frequent one, globally affecting 1.5 per 106 individuals. MJD is determined by an abnormal number of repeats of the CAG trinucleotide (above a threshold of 55 repeats) in the coding region of the causative gene, ATXN3, causing the resulting protein, ataxin-3, to contain a toxic polyglutamine expanded tract that triggers a series of pathogenic mechanisms, leading to a progressive neurodegeneration of several brain regions, particularly the cerebellum. The number of the CAG trinucleotide repeats is determinant for the age of onset of the first symptoms – usually gait ataxia, – as well as for progression and severity of disease. Other signs and symptoms, such as dysmetria, dysphagia, dysarthria, nystagmus and ophthalmoparesis/ophthalmoplegia, among others, are also frequent in patients with MJD, contributing to a gradual deterioration of their quality of life. Presently, there is no therapy instituted to cure or even slow the progression of this fatal disease. The general purpose of this thesis was to narrow the gap between the disease and a possible therapy, creating a groundwork for further and more in-depth works to explore its application in MJD patients. First, we studied a group of MJD patients, from which we evaluated epidemiological, clinical and psychological variables, taking advantage of scales and questionnaires, in order to obtain a standardized characterization for future clinical studies. Results here presented confirm that cerebellar function is highly compromised in these patients, being also verified a high frequency of oculomotor symptoms and pyramidal signs. With this work, it was possible to create a pool of patients that may constitute a relevant group for a future clinical trial designed for the evaluation of a novel therapeutic approach to MJD. Second, we performed a preclinical study in mice with the goal of further understanding how systemic and cerebral concentration levels of a compound and its major metabolites - which had previously been shown to be effective in a MJD mouse model, - evolved. Results show that the compound, administrated intraperitoneally, is rapidly metabolized, being found at low systemic concentrations shortly after administration. Additionally, and contrarily to its metabolites, concentration levels in brain tissue decreased rapidly, even failing to be detected 30 minutes after administration. Thence, further studies are required toward finding the best formulation and route of administration for the compound here explored, so that it can be established as a new therapeutic approach for MJD.