CIENCIA diagnostic gen 69

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CIENCIA, TECNOLOGÍA Y MEDICINA
Diagnóstico genético de la hipercolesterolemia familiar
M. Pocoví Mierasa y D. Tejedor Hernándezb
a
Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular. Universidad de Zaragoza. Zaragoza. España.
b
Progenika Biopharma S.A. Vizcaya. España.
L
a hipercolesterolemia familiar (HF) es una hiperlipemia de
herencia autosómica dominante causada por defectos en el receptor celular de superficie de membrana que reconoce e internaliza a las lipoproteínas de baja densidad (LDL) del plasma1. Esta
alteración en la función del receptor LDL (rLDL) conduce a una
acumulación de las partículas LDL en plasma. La concentración
elevada de colesterol LDL (cLDL) en sangre favorece los depósitos patológicos de colesterol en diversos tejidos, que se manifiestan
clínicamente por la presencia de xantomas tendinosos, arco corneal y enfermedad vascular aterosclerótica generalizada, muy especialmente en las arterias coronarias, por lo que la HF suele presentarse clínicamente con enfermedad coronaria prematura2.
Figura 1 Estructura del gen del rLDL. EGF: factor de crecimiento endotelial.
EL GEN DEL rLDL
El gen del rLDL está localizado en el brazo corto del cromosoma
19 (región p13.1-p13.3) y consta de 18 exones y 17 intrones (fig. 1).
Las mutaciones del gen del rLDL pueden producir defectos en la
transcripción, en los procesos postranscripción, en la traducción y
en los procesos postraducción del rLDL. Las mutaciones del gen
del rLDL que cursan con HF se dividen en 5 clases en función del
comportamiento fenotípico de la proteína mutante (fig. 2).
Mutaciones de clase 1 (alelos nulos)
El defecto consiste en que no se produce ninguna proteína inmunoprecipitable. Se pueden producir alelos nulos por deleciones
que eliminan el promotor del rLDL, de modo que no se sintetiza
ARN mensajero (ARNm). También se originan por mutaciones
que afectan al ajuste o por grandes deleciones que producen un
ARNm de tamaño anormal. Algunas mutaciones que originan un
codón de parada o un cambio en la pauta de lectura producen un
ARNm anormal y se encuentra a una concentración reducida. Esta
clase de mutaciones son consideradas las más graves.
Mutaciones de clase 2 (alelos defectuosos para el transporte)
Estos alelos codifican proteínas que no adoptan su estructura tridimensional adecuadamente una vez sintetizadas y quedan bloqueadas, completa o parcialmente (2A y 2B, respectivamente), en el
proceso de transporte entre el retículo endoplásmico y el aparato
de Golgi. Estos alelos tienen mutaciones con cambio de aminoácido o pequeñas deleciones que mantienen la pauta de lectura que
impiden parcial o completamente el plegamiento del receptor.
Aproximadamente 2 tercios de las mutaciones de clase 2 se localizan en los exones que codifican el dominio de unión al ligando, y la
La investigación presentada en este artículo ha sido parcialmente
financiada por el Fondo de Investigaciones Sanitarias (RT/C03-01 y
RT/G03-181), el Ministerio de Ciencia y Tecnología (SAF 2001-2466-C05),
Lácer S.A. y Fundación Hipercolesterolemia Familiar, y ha contado con el
apoyo tecnológico de Progenika Biopharma, S.A.
(151)
Figura 2 Clases de mutaciones del rLDL.
mayoría de las restantes están en el dominio homólogo al precursor del factor de crecimiento endotelial (EGF).
Mutaciones de clase 3 (alelos defectuosos para la unión)
Codifican proteínas que son sintetizadas y transportadas a la superficie
celular de forma normal, pero carecen de la capacidad de unir a las
partículas LDL. Es un grupo heterogéneo, ya que la actividad de unión
de LDL varía desde el 2 al 30% de la normal. La mayoría de las mutaciones de esta clase consisten en reordenamientos que mantienen la
pauta de lectura en las repeticiones ricas en cisteína del dominio de
unión al ligando. También la deleción de las repeticiones del dominio
homólogo al precursor del EGF da lugar a esta clase de alelos.
Mutaciones de clase 4 (alelos defectuosos para la
internalización)
Codifican proteínas que se transportan a la superficie celular y
normalmente unen LDL, pero son incapaces de agruparse en veJANO 10-16 JUNIO 2005. VOL. LXIX N.º 1.569
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Diagnóstico genético de la hipercolesterolemia familiar
M. Pocoví Mieras y D. Tejedor Hernández
CIENCIA, TECNOLOGÍA Y MEDICINA
TABLA I Puntos de corte utilizados en el diagnóstico de hipercolesterolemia familiar (HF) en el programa MEDPED estadounidense para colesterol total
y colesterol LDL (entre paréntesis), expresados en mg/dla
Grado de parentesco con el familiar HF
General
“100%”
Edad
Primer
Segundo
Tercer
Población
Probabilidad
< 20
20-29
30-39
≥ 40
220 (155)
240 (170)
270 (190)
290 (205)
230 (165)
250 (180)
280 (200)
300 (215)
240 (170)
260 (185)
290 (210)
310 (225)
270 (200)
290 (220)
340 (240)
360 (260)
(240)
(260)
(280)
(300)
Esperado para diagnóstico de HF con una especificidad del 98%.
Primer grado: padres, hijos y hermanos. Segundo grado: tíos, abuelos y nietos. Tercer grado: primos hermanos.
a
Para pasar a mmol/l, dividir los valores por 38,7.
DIAGNÓSTICO CLÍNICO
TABLA II Diagnóstico clínico de hipercolesterolemia familiar (HF)
(MEDPED holandés)
Historia familiar
I
Familiar en primer grado con antecedentes de enfermedad
coronaria o vascular prematura
II
Familiar en primer grado con cLDL > percentil 95
I
Familiar en primer grado con xantomas y/o arco corneal
II
Niños menores de 18 años con cLDL > percentil 95
1
2
2
2
Historia personal
I
Evidencia de enfermedad coronaria prematura
II
Evidencia de enfermedad vascular cerebral o periférica
prematura
1
Examen físico
I
Xantomas
II
Arco corneal < 45 años
6
4
Analítica
I
cLDL > 330 mg/dl (> 8,5 mmol/l)
II
cLDL 250-329 mg/dl (6,5-8,4 mmol/l)
III cLDL 190-249 mg/dl (5,0-6,4 mmol/l)
IVc LDL 150-189 mg/dl (4,0-4,9 mmol/l)
8
5
3
1
Diagnóstico clínico de HF
Seguro
Probable
Posible
2
≥ 8 puntos
5-7 puntos
3-4 puntos
cLDL: colesterol unido a lipoproteínas de baja densidad.
sículas recubiertas de clatrina y, por tanto, no internalizan las LDL
unidas.
Mutaciones de clase 5 (alelos defectuosos para el reciclado)
Estos alelos codifican receptores que unen e internalizan el ligando en vesículas recubiertas de clatrina, pero no liberan el ligando
en el endosoma y, por lo tanto, no se reciclan a la superficie celular. Los defectos que originan esta clase de alelos suelen ser mutaciones en el dominio homólogo al precursor del EGF.
DIVERSIDAD DE MUTACIONES EN EL GEN
DEL rLDL
Se han descrito más de 900 mutaciones diferentes en el gen del
rLDL, pero su número aumenta rápidamente y se calcula que
pueden existir más de 1.000 mutaciones diferentes en población
caucasiana. Dentro de una población aislada geográfica o culturalmente, o cuando una gran proporción de individuos están relacionados porque descienden de antecesores comunes a causa de la
migración, puede haber una o pocas mutaciones que causen HF
en muchos de los pacientes. Esto sucede en los canadienses franceses, libaneses cristianos, drusos, finlandeses, sudafricanos y judíos asquenazí de origen lituano. Sin embargo, en la mayoría de los
países donde las poblaciones son genéticamente más heterogéneas, como ocurre en España, existe un amplio número de mutaciones entre los pacientes con HF, y éstas se encuentran distribuidas a lo largo de todo el gen del rLDL.
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Los criterios clínicos utilizados para identificar pacientes con HF
incluyen: concentraciones altas de cLDL, historia familiar de hipercolesterolemia (en especial en niños), depósitos en tejidos extravasculares de colesterol tales como xantomas y arco corneal, e
historia personal y familiar de enfermedad coronaria prematura.
Los pacientes hipercolesterolémicos familiares heterocigotos
tienen una concentración de cLDL de aproximadamente el doble
que los individuos normales de la población, con un rango de
cLDL desde 190 a 400 mg/dl (4,9 a 10,3 mmol/l). Los triglicéridos
plasmáticos se encuentran por regla general en el rango de normalidad. Sin embargo, algunos pacientes pueden tener los triglicéridos elevados como consecuencia de interacción con otros genes (p.
ej., genotipo apo E: E2/2) o con factores ambientales (p. ej., alcohol, sobrepeso y diabetes mellitus).
Los xantomas tendinosos son patognomónicos de la HF, pero
su identificación no es fácil. Recientemente se ha publicado que el
29% de los pacientes diagnosticados genéticamente de HF por
ecografía presentan xantomas en el tendón de Aquiles. Probablemente la variabilidad de la frecuencia de xantomas en la HF publicada en diferentes estudios depende en parte del criterio clínico
utilizado en la selección de la HF (algunos estudios incluyen la
presencia de xantomas en los criterios de diagnóstico) y de los métodos utilizados para la identificación de xantomas.
No hay ningún criterio clínico predictor para el diagnóstico de
HF y, por tanto, deben utilizarse criterios arbitrarios. El programa
MEDPED (Make Early Diagnosis-Prevent Early Deaths in MEDical PEDigrees) de Estados Unidos utiliza un criterio de diagnóstico centrado fundamentalmente en las cifras de cLDL del individuo y la historia familiar de hipercolesterolemia con evidencia de
transmisión dominante. La presencia de niños con hipercolesterolemia aumenta la probabilidad de diagnóstico. Utilizando el criterio de diagnóstico propuesto por el MEDPED estadounidense, la
sensibilidad es del 91%, y la especificidad, del 98% (tabla I).
Otro criterio de diagnóstico clínico de HF es el sistema de puntuación que utiliza el grupo MEDPED holandés. Este criterio tiene en cuenta los datos personales y familiares de cLDL, la historia
de enfermedad cardiovascular, la presencia de arco corneal antes
de los 45 años y los xantomas. Al registrar estas características clínicas, se ha diseñado en los Países Bajos una tabla de puntuación (tabla II). Estos criterios tienen la ventaja de ser fáciles de utilizar en
la práctica clínica para el diagnóstico de HF. Sin embargo, tienen
el inconveniente de que no efectúan un diagnóstico inequívoco.
DIAGNÓSTICO GENÉTICO
Los métodos de diagnóstico basados en el análisis del ácido desoxirribonucleico (ADN) del gen del rLDL por técnicas de biología
molecular son criterios basados en negativo/positivo y, por lo tanto,
altamente específicos. Son los métodos recomendados por la Or(152)
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ganización Mundial de la Salud (OMS) en el programa MEDPED. Sin embargo, en poblaciones donde existe un gran número
de mutaciones en el gen del rLDL causantes de HF y éstas se encuentran distribuidas a lo largo de todo el gen, el diagnóstico genético resulta complejo y laborioso.
El panel de expertos International Panel of Management of Familial Hipercolesterolemia recomienda proceder al diagnóstico genético en los casos siguientes3:
1. Poblaciones donde sólo unas pocas mutaciones del rLDL son
responsables de la mayoría de casos de HF.
2. Poblaciones donde se conocen la mayoría de mutaciones causantes de HF y se dispone de herramientas genéticas diagnósticas
rápidas.
3. Personas en las que el diagnóstico clínico no es concluyente y
proceden de familias con mutación conocida.
Como ya hemos comentado, España es un país en el que, a pesar de que existe un gran número y heterogeneidad de mutaciones
del rLDL, se conocen la mayoría de ellas y se dispone de una plataforma de diagnóstico rápida basada en un DNA-array, por lo
que el diagnóstico genético es el recomendable. Para ello es conveniente conocer previamente si el caso índice o probando cumple
con los criterios clínicos del MEDPED holandés de “seguro” o
“probable” y, en caso afirmativo, realizar el diagnóstico definitivo
con un DNA-array o con otro procedimiento de diagnóstico genético si no se dispone de este tipo de herramienta.
EL PROYECTO GENOMA HUMANO,
EL DIAGNÓSTICO MOLECULAR Y LOS DNA-ARRAYS
En el año 2001, el Consorcio para el Proyecto Genoma Humano y
la empresa privada Celera presentaron el primer borrador completo del genoma humano. Este primer borrador permitió estimar
que el genoma humano contiene aproximadamente 30.000 genes
y que las diferencias interindividuales se limitan a un 0,1% de los
3.000 millones de nucleótidos que constituyen el material genético
humano. En la mayoría de los casos estas variaciones, conocidas
como mutaciones o polimorfimos (en función de la frecuencia de
aparición de la variante rara), se corresponden con un solo nucleótido y, por tanto, reciben el nombre de SNP (single nucleotide
polymorphisms). La alteración directa de la funcionalidad de determinados genes como causa de enfermedad o la asociación con
los genes responsables de la misma hacen necesaria la búsqueda
de los polimorfismos relevantes desde un punto de vista clínico.
En este objetivo se centran numerosos proyectos públicos y privados, como, por ejemplo, The HapMap Project. En paralelo al
avance de esta búsqueda, las nuevas herramientas del diagnóstico
molecular deben permitir la aplicación clínica de estos conocimientos a la medicina diaria.
En el año 1953, la revista Nature publicó el descubrimiento de
Watson y Crick acerca de la estructura molecular del ADN. Se trata de una doble hélice compuesta por 2 cadenas alargadas, o filamentos, totalmente complementarias. La capacidad de las cadenas
de ADN para unirse de forma específica a otras cadenas totalmente complementarias fue descrita en 1975 por Southern. La miniaturización en portas de vidrio de este principio básico de la biología molecular es el origen de los DNA-arrays, microarrays o biochips (fig. 3). El perfeccionamiento paulatino de esta metodología
la sitúa en un puesto privilegiado para confirmar la aplicación práctica de los conocimientos adquiridos al descifrar la secuencia del
genoma humano.
(153)
Figura 3 Imagen de los DNA-arrays sobre los que se han depositado las
cadenas de ADN.
LA PLATAFORMA LIPOCHIP Y EL DIAGNÓSTICO
GENÉTICO DE LA HIPERCOLESTEROLEMIA
FAMILIAR EN ESPAÑA
El análisis mutacional de las muestras de ADN de pacientes con
sospecha clínica de HF constató la presencia de 180 mutaciones
en el gen del rLDL y 1 mutación en el gen de la apolipoproteína B
(apo B)4. La extensión de esta búsqueda en la población hipercolesterolémica española, cifrada en unos 80.000 individuos, requiere el desarrollo de un sistema de diagnóstico rápido y eficaz para la
detección de estas mutaciones.
De esta forma surge la plataforma Lipochip, que consta de
3 partes:
1. DNA-array5. Se trata de una superficie de cristal en la que están
depositadas un gran número de cadenas de ADN entre las que se
pueden distinguir las complementarias al alelo normal y
las que lo son al alelo mutado de cada una de las 181 mutaciones. Estas secuencias se van a unir al ADN del paciente de una forma diferencial en función de la presencia o no del alelo mutante, en un proceso que recibe el nombre de hibridación. Al iluminar el DNA-array
con un rayo láser se puede identificar a qué secuencias se ha unido la
muestra problema, ya que el ADN del paciente se ha marcado, previamente a la hibridación, con una molécula fluorescente (fig. 4).
2. Detección de grandes reordenamientos. El 14% de las mutaciones del rLDL causantes de HF se corresponden con la deleción
o duplicación de una amplia zona del gen y no con cambios que incluyen a un solo nucleótido. Por tanto, el análisis de la presencia
de este tipo de mutaciones es necesario en los pacientes que resultan negativos en el DNA-array.
3. Secuenciación de muestras negativas. La lectura completa de
los nucleótidos del gen del rLDL susceptibles de experimentar un
cambio con consecuencias fenotípicas permite completar el DNAarray con nuevas mutaciones que hasta el momento no contempla
la herramienta. Al completarse el DNA-array, la necesidad de recurrir a la secuenciación, una metodología lenta en comparación
con el DNA-array, es cada vez menor.
ESTADO ACTUAL DE LA PLATAFORMA LIPOCHIP
En la actualidad, la plataforma recibe muestras de sangre de pacientes con sospecha clínica de padecer HF. En un plazo de aproximadamente 15 días el facultativo que ha solicitado la prueba recibe el dictamen genético. Si hay que proceder a la secuenciación de
la muestra de ADN, los resultados se pueden demorar 2 meses.
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Figura 4 Imagen del DNA-array al iluminar con láser. Se pueden observar los
puntos donde se representan cada una de las secuencias de ADN que
se quieren analizar. La señal indica la intensidad de la hibridación.
La tasa de detección de una mutación en el gen del rLDL se
encuentra en torno al 75% en el caso de los individuos con una
sospecha clínica de “seguridad o certeza” según los criterios clínicos del MEDPED holandés2. A pesar de la elevada sospecha clínica, como se ha comentado antes, el diagnóstico genético está indicado en estos pacientes, puesto que:
a) Sólo el diagnóstico genético asegura una certeza del 100% en
el diagnóstico3.
b) Los pacientes con un diagnóstico genético positivo muestran
una mayor adherencia al tratamiento6.
c) El tipo de mutación que presenta el paciente podría implicar
un mayor o menor riesgo de enfermedad cardiovascular a igualdad
de niveles de cLDL5.
Los dictámenes genéticos positivos en pacientes con una sintomatología clínica consistente con un diagnóstico clínico “probable
o posible” (MEDPED holandés) se elevan al 40%. Por tanto, el
diagnóstico clínico presenta un 40% de falsos negativos entre estos
pacientes que reciben un diagnóstico definitivo proveniente del
diagnóstico genético. 䊏
Bibliografía
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CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, editors. The metabolic and molecular basis of
inherited disease. Vol. II, cap. 120. New York: McGraw-Hill; 2001. p. 2863-913.
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perspective. Ginebra: WHO; 1999.
3. International Panel of Management of Familial Hypercholesterolemia. Guidelines for the management of heterozygous familial hypercholesterolemia. Atherosclerosis. 2004;173:55-68.
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characterization of familial hypercholesterolemia in Spain: identification of 39
novel and 77 recurrent mutations in LDLR. Hum Mutat. 2004;24:187.
5. Tejedor D, Castillo S, Mozas P, Jiménez E, López M, Tejedor MT, et al. A reliable low density DNA-array based on allele-specific probes for detection of 118
mutations causing familial hypercholesterolemia. Clin Chem. En prensa.
6. Umans-Eckenhausen MAW, Defesche JC, Van Dam MJ, Kastelein JJ. Longterm compliance with lipid-lowering medication after genetic screening for familial hypercholesterolemia. Arch Intern Med. 2003;163:65-8.
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