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GENÉTICA MOLECULAR Y
PATOLOGÍA INFANTO-JUVENIL
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III Congreso Internacional de Enfermería Infantil
Bilbao, 14-16-IX-2000
JALT
Das gein ist ewig;denn Gesetze
Bewahren die lebendgen Schätze
Aus welchen sich dach All geschmückt
El ser es eterno; existen leyes para conservar
los tesorosde la vida, de las cuales el Universo
extrae su belleza.
JALT
Johann Wolfgang von Goethe
• Ashanti DaSilva, primera
paciente sometida a terapia
génica, con éxito, el 14 de
setiembre de 1990.
• El equipo del Dr. Michael
Blaese, obtuvo también el
mismo resultado con Cindy
Cutshall, en los inicios de
1991
Inmunodeficiencia severa combinada por defecto
en el gen de la adenosina deaminasa
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El Dr. Steven Rosemberg, de los NIH,
pionero en la utilización de la Terapia
Génica en la inmunodeficiencia por
carencia de ADA
JALT
James D. Watson (1990):
“ Nunca se encontrará un conjunto de
libros de instrucción más importante.
Cuando sean finalmente interpretados,
los mensajes genéticos codificados
dentro de nuestro ADN nos
proporcionarán la última respuesta a
los cimientos químicos de la
existencia humana. No solamente nos
ayudará a comprender cómo
funcionamos los seres vivos sino que
también nos explicará, a nivel químico,
el papel de los factores genéticos en
una multitud de enfermedades, como
el cáncer, la enfermedad de Alzheimer
y la esquizofrenia que disminuyen la
calidad de vida individual de millones
de personas”
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Nuestro material hereditario
INDIVIDUO
• 4x10-12 g ADN/célula : 400 g ADN/individuo
• 46 cromosomas: longitud 2 m.
• Diámetro núcleo celular: 2x 10-6 m
• La longitud total del ADN individual equivale a
500.000 vueltas a la Tierra
50.000 veces la distancia Tierra-Luna
150 veces la distancia Tierra-Sol
GENOMA
• Enciclopedia de 23 volúmenes (cromosomas) de una media de 500 págs.
• 10% de las páginas con entradas. El 90% restante, anuncios
• Cada página con unas 100 entradas (genes): 100.000 genes
• Cada entrada (gen) una media de 3000 letras (pb)
• Cada tres letras una palabra (aminoácido): media de 1000 palabras/entrada
• Léxico: significado individual e integrado
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DIMENSIONES EN EL GENOMA HUMANO
TOTAL
• 23 cromosomas
• 3.000 centimorgans
• 80.000 genes
• 3.000 millones p.b
CROMOSOMA
130 centimorgans
2.000-5.000 genes
130 millones p.b
BANDA
• 50-100 genes
• 3 centimorgans
• 3 millones p.b.
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CONCORDANCIA DE SUSCEPTIBILIDADES
EN HERMANOS IDÉNTICOS UNIVITELINOS
RASGO
Sarampión
Tuberculosis
Diabetes mellitus
Inteligencia
CONCORDANCIA
95 %
74 %
84 %
91 5
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MODELOS BÁSICOS DE
ENFERMEDADES GENÓMICAS
TIPO
Desorden cromosómico completo
Translocación ADN
Amplificación tripletes repetidos
Alteraciones monogénicas
Autosómica dominantes
Autosómica recesiva
Ligada a X
Multifactorial
Desorden mecanismos protectores
o de reparación
Desordenes mitocondriales
EJEMPLO
S. Down
Linfoma Burkitt
Distrofia miotónica
E. Huntington
Fibrosis quística
Hemofilia A
Diabetes mellitus
Cáncer colon hereditario
no polipósico
Encefalopatía familiar
mitocondrial
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ANORMALIDADES GENÉTICAS CAUSANTES
DE ENFERMEDADES
MACROANORMALIDADES
AFECTACIÓN
ORIGEN/CAUSAS
EJEMPLOS
Cromosomas
totales
Segregación cromosómica
en meiosis: monosomías,
trisomías
Numerosos genes afectados:
1 ó 3 copias, en lugar de 2
Turner; Down
Pérdida y yuxtaposición
de porciones génicas:
proteínas anormales
Leucemias
Linfomas
Translocaciones
cromosómicas
Translocaciones
génicas
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MICROANORMALIDADES GÉNICAS. 1
LOCALIZACIONES Y EFECTOS POSIBLES
PROMOTOR
• No transcripción ARNm
• No reconocimiento por factores de transcripción
• Id. Por ARN polimerasa
• Alteración control transcripcional: expresión anormal en células o tejidos
• Transcripción desde otros promotores: proteínas alteradas
EXONES
• Sustitución de un aminoácido por otro
• Codón funcional cambia a codón terminación: proteína menor
• Codón terminación cambia a codón funcional: proteína mayor
• Eliminación/inserción de una base: cambio en pauta transcripción
• Alteración lugar separación intrón/exón: transcripción secuencias
intrónicas como ARNm y formación proteínas aberrantes
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MICROANORMALIDADES GÉNICAS. 2
LOCALIZACIONES Y EFECTOS POSIBLES
INTRONES
• Destrucción de lugares transición intrón/exón
• Creación lugar corte anormal intrón/exón: transcripción de secuencias
intrónicas
EXTREMO 5-ARN NO TRADUCIBLE
• Destrucción del lugar de reconocimiento del ribosoma
EXTREMO 3-ARN
• Destrucción señal poliadenilación
•Alteración elementos estabilidad ARNm: vida media alterada
de proteínas
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PGH: METODOLOGÍAS
•MAPAS GENÉTICOS (balizado)
•Uso de fragmentos polimórficos RFLP, secuencias tandem..
•Distancias y situación medidos en centimorgan (ap. 1M p.b)
•MAPAS FÍSICOS
•BAJA RESOLUCIÓN
•Cromosómicos
•ADNc(exones)
•ALTA RESOLUCIÓN
•Macrorestricción
•Contigüiidad
•SECUENCIAS
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•INTEGRACIÓN
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JALT
JALT
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EL SEGUNDO PROYECTO
GENOMA HUMANO
PNS:POLIMORFISMO DE NUCLEÓTIDOS SIMPLES
SON LOS MÁS FRECUENTES, AFECTANDO A UNA PAREJA DE NUCLEÓTIDOS
•COMPARANDO CROMOSOMAS DE 2 INDIVIDUOS: 1
PSN POR CADA KILOBASE
•ABUNDANTES, ESTABLES Y MUY DISTRIBUIDOS EN
GENOMA GLOBAL
•FACTIBLE SU ANÁLISIS A GRAN ESCALA
•FACILITARáN EL MAPEO DE CARACTERÍSTICAS
COMPLEJAS, COMO EL CÁNCER
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DIFERENTES POSIBILIDADES
DE LA TERAPIA GÉNICA
1. Del paciente: corrección de defectos en células
somáticas
1. Germinal: la modificación será transmisible
2. Ingeniería perfectiva: GH en niño de altura normal
3. Eugenésica: alterar o mejorar caracteres humanos
complejos como la personalidad o inteligencia
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TÉCNICAS DE TERAPIA GÉNICA
Tipo
Descripción
Características
Inserción
génica
Sin modificar el gen defectuoso, introducir en las células una nueva versión
normal del gen afectado
Existen muchas posibilidades diferentes
aplicables a enfermedades monogénicas
recesivas
Modificación
génica
El gen defectuoso se repara mediante
una mutagénesis dirigida
Técnica prácticamente
sin desarrollo
Cirugía
génica
El gen defectuoso se susutituye por
por otro gen normal mediante un mediante un mecanismo de recombinación homóloga
En ratones, resultados
prometedores. No en
humanos
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FORMAS DE TERAPIA GÉNICA
TIPO
PROCEDIMIMIENTO
EJEMPLOS
Ex vivo
Extracción de células del paciente,
Deficiencia en
corrección del defecto génico en el
ADA
laboratorio y reinserción en el organismo
In situ
Introducción directa de los genes
Fibrosis quística
terapéuticos en el órgano defectuoso
Duchenne
Apoptosis antitumoral
In vivo
Los genes terapéuticos se introducen
en vectores adecuados que alcancen a
las células defectuosas
Tumores
Hemofilia
Parkinson
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Aerosol
Vía sistémica
ADN
Liposomas
Vectores
virales
Vía intramuscular
Paciente
Terapia génica in vivo
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POSIBILIDADES DE INSERCIÓN GÉNICA
Métodos
físicos
Métodos
químicos
Vectores
virales
• Microinyección: con cañones de balas de oro o tungsteno. Útil en
vegetales. Laborioso. Poco eficaz y rentable
• Electroporación: Uso de campos eléctricos que afectan a las
permeabilidades de membranas. Poco eficiente
• Microproyectiles
• Fosfato cálcico: Permeabiliza las membranas hacia el ADN. Poco
eficaz
• Policationes
• Lípidos
• Liposomas: resultados interesantes
• Membranas derivadas de eritrocitos
• Retrovirus: Aplicable a células que se dividen. Relativamente más
eficaz.
• Adenovirus, modificados para que no se dividan: En células que no
se dividen. Esperanzas en fibrosis quística.
• Virus herpéticos
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Químicos
Liposomas
Fosfato cálcico
ADN
Microinyección
Electroporación
Físicos
Integración
Bombardeo micropartículas
Retrovirus
Adenovirus
Biológicos
Métodos de introducción de ADN en células eucariotas.
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REQUISITOS DE UNA ENFERMEDAD
GENÉTICA PARA SER OBJETO DE
TERAPIA GÉNICA
1. La enfermedad ha de ser suficientemente grave y no curable
con otro tipo de terapia
2. El gen responsable tiene que estar perfectamente identificado
y clonado
3. Las células enfermas tienen que ser físicamente identificadas
4. En caso de terapia génica sustitutiva las células enfermas
tienen que ser fáciles de obtener, transducir y reintroducir en
el organismo
5. La expresión del gen en las células ha de ser suficientemente
intensa y duradera
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ENFERMEDADES CANDIDATAS A TERAPIA GÉNICA
Enfermedad
Incidencia
Gen
Células
• Inmunodeficiencia
combinada severa
baja
ADA
médula ósea o
linfocitos T
• Talasemias beta
1:600
beta-globina
de Hb
médula ósea
• Hemofilias A
1:10.000(v)
Factor VIII
• Hemofilias B
1:30.000(v)
Factor IX
• Fibrosis quística
1:3.000
CFTR
hepatocitos
fibroblastos
hepatocitos
fibroblastos
pulmonares
• Distrofia muscular
de Duchenne
1:10.000(v)
Distrofin
musculares
•Hipercolesterolemia
familiar
1:500
Receptor he- hepatocitos
pático de LDL
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PROPIEDADES DEL VECTOR IDEAL
• Especificidad hacia las células diana
• No reconoble por el sistema inmune del paciente
• De fácil producción, purificable y estable
• Inocuo para el paciente y para el medio ambiente
• Que exprese el gen durante el tiempo necesario,
con una regulación adecuada
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LA NUENA GENÉTICA Y LA BIOMEDICINA
1. Conocer nuestros genes
2. Pruebas genéticas
• Diagnóstico y seguimiento
• Susceptibilidad a enfermedades
• Relaciones sociales, legales y éticas
3. Terapias génicas
4. Aplicaciones
• Nuevos fármacos
• Farmacogenética individualizada
• Vacunas genéticas
5. Orientación y consejo
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LOS MICROCHIPS DE ADN
• Centenares de miles de secuencias marcadoras
EST procedentes de unos 40.000 fragmentos de
genes
• Discriminación entre los genes que son activos o
inactivos
• Cuantificación de los genes que se muestran
activos
• Enormes posibilidades diagnósticas
• Seguimiento terapéutico a través de la evolución de
la expresión de los genes a lo largo de los
tratamientos
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LA FARMACOGENÓMICA
• Utilización de los perfiles genéticos individuales
• Mutaciones en genes. Algunas inactivan a medicamentos:
gen CYP2D6 y el anelgésico codeína (que no se metaboliza
a morfina)
• Sustancias que incrementan expresión de genes
defectuosos: fenilbutirato sobre gen CFTR de fibrosis
quística. El aumento de los flujos de Cl- y H2O celulares
disminuye la acumulación de fluídos en pulmón
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Genética
1865
La herencia y sus
mecanismos
1953
Genómica
Estructural Funcional
Los genes
> 2000
PROTEÓMICA
Estructural Funcional
Proteínas y enzimas
FUTURO PREVISIBLE
Año 2 010
Análisis genético para unas 25 condiciones, incluyendo cáncer de colón
Posibilidades de terapia génica sobre algunas enfermedades genéticas
La mayoría de los profesionales de la salud involucrados con la nueva
medicina
Gran polémica sobre derivaciones legales y éticas
• Año 2030
Se identifican gran parte de los genes relacionados con el envejecimiento
Se puede realizar rutinariamente la secuencia genómica total individual a
un costo razonable
Desarrollo de un modelo informático global del comportamiento de las
células humanas
• Año 2040
Es normal el cuidado de la salud basado en el conocimiento genómico
individual
Se puede realizar con efectividad la medicina preventiva individualizada
Se pueden detectar muchas enfermedades antes de que se desarrollen los JALT
síntomas
La alegría de contemplar y
conocer es el regalo más
hermoso de la Naturaleza
Albert Einstein, en
“Mi visión del mundo”
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