Apuntes Docentes para Seminario Nº6 - U

APUNTES DOCENTES PARA
SEMINARIO Nº6
MÉTODOS DE ANÁLISIS
EN GENÉTICA HUMANA
Dr. Rafael Blanco C.
METODOS EN GENÉTICA HUMANA
¿Cómo se puede demostrar en la especie humana que un carácter o rasgo es heredable es decir que
constituye un fenotipo? Carácter es todo rasgo asignable a un ser vivo, incluido el ser vivo
completo. Fenotipo es todo carácter genéticamente determinado. Entonces debemos analizar cómo
se determina que un carácter cualquiera es un fenotipo.
Principio fundamental es que la transmisión de este carácter debe comportarse de acuerdo a la
transmisión de los genes en las generaciones. Transmisión Mendeliana, mitocondrial o de algún otro
tipo de herencia particulada. La herencia no particulada que se refiere a propiedades continuas del
ADN (masa, velocidad de copia, etc, no será vista en esta oportunidad).
A continuación analizaremos algunos métodos que permiten discernir si un carácter presenta
factores genéticos en su expresión, su modo de herencia o fenómenos de interacción génica.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Método de contingencia familiar
Método de mellizos
Método de análisis genealógico
Método de análisis segregacional
Interacción génica
Expresividad variable y penetrancia incompleta
Genes letales
Herencia mitocondrial
1.
METODO DE CONTINGENCIA FAMILIAR
Este método permite evaluar si un carácter posee una distribución de tipo familiar o
agregación familiar; en otras palabras, si se presenta con mayor frecuencia en algunas familias
que en la población general. Sin embargo, un carácter que presenta agregación familiar puede
no ser por causas genéticas sino por factores predominantemente ambientales, ya que el grupo
familiar está sometido a influencias ambientales similares (y distintas a las que actúan sobre
otras familias), pudiendo ser éste el factor que cause la concentración familiar del carácter y
no la herencia. Por lo tanto, para asegurarse que un rasgo de tipo familiar es realmente
genético, hace falta comprobar que las proporciones de afectados en los diferentes grupos de
parientes de los “probandos afectados”, sean mayores que la que se presenta en la población
general del país.
El estudio de esta “contingencia familiar” se efectúa a partir de una muestra de la población,
que en condiciones ideales debería ser sensiblemente homogénea, excepto en lo que respecta
al carácter investigado y a aquellos que se asocian con él. Es importante, en particular,
asegurar su homogeneidad en cuanto a sexo, edad, orden de nacimiento, origen étnico,
situación socioeconómica de los individuos, edad de los padres en el momento de su
nacimiento y número de hermanos. De este grupo se seleccionan por azar individuos que se
van clasificando como afectados por la condición en estudio (probandos afectados), o no
afectados (probandos controles); de esta forma se obtienen dos subgrupos comparables. Una
vez seleccionados los probandos, es preciso asegurarse que no haya diferencias significativas
entre ellos, como no sea obviamente el rasgo en estudio y aquellos relacionados con él.
En la práctica, resulta suficiente comparar edad, orden de nacimiento y tamaño de la
hermandad de los probandos, pues si estas variables son semejantes en ambos subgrupos, es
altamente probable que también lo sean las restantes condiciones.
En seguida, se encuesta a los parientes de cada probando y se les clasifica como “afectados” o
“no afectados”. Suele ocurrir que es imposible efectuar directamente esta encuesta a cada
familiar afectado o sano, y en tales casos se adopta el criterio de clasificar en base a los datos
que sobre ellos proporciona el probando mismo o sus familiares.
Se considera demostrada la distribución familiar del carácter investigado si en cada uno (o la
mayoría) de los principales grupos de parientes (progenitores, hermanos, tíos, abuelos y
primos) la prevalencia de la condición es significativamente mayor para los parientes de los
“probandos afectados” que para los parientes de los “probandos controles”. En la tabla a
continuación se presenta un ejemplo idealizado de este método de contingencia familiar.
Es importante establecer que el método de contingencia familiar sólo permite establecer si en
la agregación familiar participan factores genéticos.
Ejemplo para un carácter X
% de Parientes Afectados
Padres
Hermanos
Tíos
Abuelos
Probandos
Afectados
Probandos Sanos
9,56
9,61
5,81
1,47
2,27
3,38
2,31
0,57
La similitud genética se traduce en el coeficiente de proximidad genética al probando, el cual
indica la proporción de genes que teóricamente tienen en común los distintos parientes con el
probando. Esos coeficientes son :
Parientes del Probando
1. Mellizos monocigotos
2. Padre, madre, hermano, hermana
3. Tío, tía, paterno o materno(a), abuelo, abuela,
paterno o materno(a)
4. Primo, prima, paterno o materno(a)
Coeficiente de
proximidad genética
1
0,5
0,25
0,125
En resumen, el método de contingencia familiar permite concluir que la agregación familiar de
un carácter se debe a la presencia de factores genéticos involucrados en su expresión.
Sin embargo, no informa sobre el número de genes involucrados ni sobre el modo de herencia
de la patología.
2.
METODO DE MELLIZOS
Este método, al igual que el anterior, nos permite evaluar si en la determinación de un raso
participan factores genéticos. Consiste en comparar parejas de mellizos dicigóticos con parejas
de mellizos monocigóticos, en cuanto a la presencia en ambos, del carácter a estudiar.
Los mellizos monocigóticos se forman a consecuencia de la división en dos de un huevo
fecundado, en etapas muy tempranas del desarrollo; son, por lo tanto, genéticamente idénticos.
Los mellizos dicigóticos en cambio, son consecuencia de la fecundación de dos óvulos por dos
espermios; por lo tanto, difieren genéticamente tal como lo harían dos hermanos cualesquiera.
La ocurrencia de mellizos dicigóticos obedece a un fenómeno de ovulación múltiple en la
madre; éste es un rasgo familiar que se expresa sólo en mujeres y cuya frecuencia difiere en los
distintos grupos étnicos.
Las diferencia en cuanto a parecido entre mellizos, entre parejas dicigóticas y monocigóticas
obedecen a factores genéticos, ya que en ambos casos suponemos que el efecto del ambiente es
igualmente homogéneo en los dos integrantes de la pareja de mellizos. Este método compara el
parecido entre mellizos mono y dicigóticos para el carácter en estudio, y a partir de esta
comparación infiere si participan o no factores genéticos en la determinación de un rasgo.
El procedimiento consiste en buscar en la población individuos que posean la característica de
interés, y que además tengan un hermano mellizo. El carácter a estudiar es necesario que sea un
rasgo cualitativo. En seguida se procede a investigar si el hermano mellizo es también portador
de la característica, y si es mellizo mono o dicigótico del individuo índice o propósito.
Llamaremos concordantes a aquellas parejas de mellizos en que ambos presentan el carácter en
estudio, y discordantes a aquellas parejas en que sólo uno de los mellizos lo presenta. La
concordancia entre mellizos será mucho más alta en mellizos monocigóticos que dicigóticos si
el rasgo que se analiza está determinado genéticamente; la concordancia será similar en ambos
tipos de mellizos si los factores genéticos no son importantes.
Para poder sacar conclusiones es indispensable determinar con certeza en cada pareja de
mellizos, si se trata de monocigóticos o dicigóticos. Existen situaciones en que la
determinación de cigosidad de los mellizos no presenta dificultades, como el caso en que ambos
poseen distinto sexo, en que evidentemente son dicigóticos, o cuando se sabe con certeza que
fueron monocoriónicos, es decir, tenían una sola placenta y, por consiguiente, son
monocigóticos. Para la determinación de cigosidad de los mellizos, pueden ser útiles dos
criterios :
a.
Membranas fetales : el feto se encuentra rodeado de dos membranas, la interna denominada
de amnios y la externa o corión, adherida a la placenta. En la práctica, es frecuente que no
exista una información fidedigna acerca del tipo de membranas fetales que tenían los mellizos al
nacer, y cuando contamos con esta información, ésta puede no ser suficiente para distinguir
entre mellizos mono y dicigóticos.
En el caso de los mellizos dicigóticos, como ambos se desarrollan a partir de dos huevos
fecundados diferentes, tienen dos placentas, dos corión y dos amnios; sin embargo, con
frecuencia placenta y corión pueden simular ser únicos y no dobles, por una aparente fusión
entre ellos (Figura 1).
Figura 1
Monocigoto
Monocigoto
Monocigoto
Dicigoto
Bi-coriótico
Bi-amniótico
Mono-coriótico
Bi-amniótico
Mono-coriótico
Mono-amniótico
Bi-coriótico
Bi-amniótico
En el caso de mellizos monocigóticos, el tipo de membrana fetales dependerá del momento en
que ocurrió la división de un huevo en dos. En un 25% de los casos, la separación ocurre entre
cigoto y mórula, y en este caso, los mellizos aún siendo monocigóticos, tendrán dos placentas,
dos corión y dos sacos amnióticos. La separación en dos, ocurre en la etapa de blastoquiste en
cerca de un 75% de los casos, y cuando esto ocurre los mellizos son monocoriónicos y
diamnióticos. La separación en dos también puede ocurrir más tarde, en la segunda semana de
vida, con una frecuencia de 1% y en este caso tendremos una sola placenta, un corión y un
amnios común para ambos mellizos. Si la separación ocurre aún más tarde, se pueden producir
aberraciones del tipo de los siameses. Por estas razones, suele ser más confiable el diagnóstico
de cigosidad basado en otros hechos como marcadores genéticos.
Una vez hecho el diagnóstico de cigosidad de los mellizos, y analizados en cuanto a la
concordancia y discordancia entre ambos tipo de mellizos. Supongamos, por ejemplo, que el
99% de los mellizos monocigóticos, hayan sido concordantes para el color de ojos(es decir
ambos mellizos tenían el mismo color de ojos) y que sólo el 28% de los mellizos dicigóticos
fueran concordantes para este fenotipo; esto sugiere que el color de ojos está determinado
fundamentalmente por el genotipo. La incidencia del sarampión, en cambio tiene una
concordancia del 95% en mellizos monocigóticos y del 87% en mellizos dicigóticos, sugiriendo
que el ambiente determina fundamentalmente el fenotipo.
La probabilidad de que sean monocigóticos puede dilucidarse en mejor forma si se conoce el
genotipo de los padres y de sus hermanos. El siguiente ejemplo ilustra cómo utilizar el método de
marcadores genéticos usando los grupos sanguíneos de una familia.
A/O
MS/NS
P1/P2
A/O
MS/NS
P1/P2
A/O
MS/NS
P2/P2
A2/O
MS/MS
P2/P2
MELLIZOS
Dicigóticos
Monocigóticos
•
Frecuencia relativa en la población
0,70
0,30
•
Probabilidad que sean del mismo sexo
0,50
1,00
•
Probabilidad que los mellizos nacidos de los padres
antes mencionados sean iguales para : ABO
0,50
1,00
MNSS
0,50
1,00
P
0,25
1,00
•
Producto de probabilidades
=
0,022
0,30
•
Probabilidades que sean MZ
=
0,30
0,9314
La probabilidad (93%) no es suficientemente alta como para suponer que sean monocigotos,
pues hay casi una probabilidad en 10 que no sean. Al utilizar un mayor número de marcadores
genéticos es posible aumentar la probabilidad, acercándose a 100%.
Una vez que hemos demostrado mediante alguno de estos métodos, que una característica en
particular está determinada por factores genéticos, nos interesa poder definir de qué modo se
transmite este rasgo de una generación a otra, es decir, cuál es su modo de herencia. Para abordar
este problema se recurre al análisis de información que proviene de familias en que se presenta el
fenotipo en cuestión, el análisis genealógico
3) ANALISIS DE GENEALOGÍAS
El carácter en estudio se anota en genealogías lo más “extendidas” posibles y de su distribución
familiar se descartan tipos de herencia Mendeliana, monogénica autosómica, ligada al X o al Y y la
herencia mitocondrial. No se puede afirmar un tipo de herencia por estos estudios, a no ser que se
descarten todas las posibilidades menos una. Repase los modos de herencia que se analizaron en el
Seminario N 2
4.
ANALISIS SEGREGACIONAL
El análisis de genealogías generalmente no proporciona evidencias suficientes para tener
certeza acerca del modelo de transmisión de un rasgo. Con el objeto de determinar el tipo de
herencia con mayor precisión, se necesita hacer un estudio de análisis segregacional, para ello
se necesita disponer de una colección de genealogías para un carácter dado para un fenotipo
determinado. De las proporciones obtenidas entre afectados y no afectados y considerando
todas las posibilidades de sesgo en la pesquisa, se puede calcular el ajuste de estas
proporciones a uno de los modelos mendelianos conocidos. Sin embargo, el análisis
segregacional también se puede utilizar en el caso de fenotipos complejos que no presenten un
patrón de herencia mendeliana. Naturalmente en familias aisladas se pueden producir todas
las proporciones posibles por azar. En este caso, es muy importante conocer el método de
cómo se obtuvieron los datos de los sujetos afectados y sus familiares.
Es fácil entender que si obtenemos todas las familias a partir de hijos afectados (o portadores
de los rasgos), se nos van a escapar aquéllas familias en que no ha habido ninguno afectado
por azar. Así, el resultado final sería una proporción de afectados mayor de lo esperado. Este
es un ejemplo de sesgo en la pesquisa. También surgen complicaciones por existencia de
penetración incompleta, limitación al sexo, fenocopias, participación de factores raciales,
influencia de la edad o por problemas de definición de la entidad en estudio.
Para demostrar una hipótesis genética en animales de experimentación, se analiza la progenie
de cruzamientos dirigidos. Obviamente no es posible implementar este sistema en
poblaciones humanas, y el genetista, en este último caso, debe abordar el problema
indirectamente, utilizando modelos probabilísticos que se adecuen a los datos que haya
obtenido mediante encuestas familiares. Se puede comparar la proporción observada de
padres afectados y de progenie afectado de esos mismos padres, con la proporción esperada de
acuerdo a alguna hipótesis genética. Este método es lo que se conoce como análisis
segregacional.
El principal problema de este tipo de análisis se origina debido a los métodos que se utilizan
para pesquisar las familias y los individuos afectados. Por ejemplo, representa un problema el
hecho de reunir en una sola “muestra” los datos de diferentes familias, lo cual se hace
necesario porque ninguna familia “nuclear” aislada es lo suficientemente numerosa como para
poder probar una hipótesis genética. Aunque se han elaborado diversos métodos estadísticos
que permiten eliminar este tipo de sesgo de la muestra, debe recordarse que el análisis
segregacional puede dificultarse por otros factores que son inherentes a los datos mismos, tales
como familias con datos incompletos, diagnósticos poco precisos y heterogeneidad genética.
El genetista debe considerar cuidadosamente todas estas posibilidades antes de reunir toda la
información obtenida de diferentes familias, y de aplicar a esta “muestra” el análisis
segregacional.
5) INTERACCIÓN GÉNICA
Epistásis es el término utilizado cuando un gen enmascara la expresión de otro. Si el gen A
enmascara el efecto del B se dice que A es epistático respecto de B. Bateson describió una relación
fenotípica diferente en el color de las flores (púrpuras o blancas) de la arvejilla de olor, que no podía
explicarse por las leyes de Mendel. Esta relación era 9:7 en vez de 9:3:3:1 que se espera en un cruce
dihibrido entre heterozigotas. Lo que ocurre es que cuando los dos genes (C y P), en cualquiera de
ellos homocigotas para el recesivo (cc o pp) resultan epistáticos (o sean que ocultan) el otro. Para
que existan flores púrpuras deben estar presentes los alelos C y P.
Cuando dos pares de genes, cada uno con dos alelos, por ejemplo, A y a y B y b, segregan
independientemente en un organismo diploide, las consecuencias genéticas son, como hemos visto,
fácilmente predecibles. Las interacciones entre alelos del mismo locus son la Dominancia
(segregación 3:1 en la F2) y la Codominancia (segregación 1:2:1 en la F2). Los dos alelos de cada
uno de los siete loci que controlaban los siete caracteres analizados por Mendel muestran entre si
relaciones de Dominancia (A>a). Bateson y Punnett, descubrieron que los genes no eran
elementos separados que producían efectos individuales distintos, sino que podían interactuar entre
sí y dar fenotipos completamente nuevos. Por ejemplo, aunque pudiese caracterizarse el alelo A por
el fenotipo A y el alelo B por el fenotipo B, un organismo que presentase ambos alelos A y B al
mismo tiempo podía presentar el fenotipo C. Existen muchos caracteres que están gobernados por
más de un locus, el carácter coloración de la flor en muchas especies vegetales está controlado al
menos por dos loci distintos. El carácter coloración del pelaje en muchas especies animales está
determinado por tres loci diferentes, incluso en algunos casos influyen hasta cuatro loci distintos.
Por tanto, las interacciones entre alelos de distintos loci que influyen sobre el mismo carácter
pueden ser bastante complejas. El que se produzcan tales interacciones significa que el fenotipo que
observamos no se halla presente en los mismos genes sino que surge de un proceso. Si bien un gen
fabrica una sola proteína, por lo general esa proteína interactúa con otras, en realidad la mayoría de
las características del fenotipo son el resultado de la interacción de muchos genes distintos.
Por ejemplo, en el guisante, existen un par de genes (A,a y B,b) cuyos alelos recesivos
determinan, en homocigosis el color blanco de la flor.
El cruce entre dos flores blancas homocigotas para alelos diferentes produce una F1 púrpura y
una F2 con una segregación 9 púrpura: 7 blanco, según el siguiente esquema :
DOBLE RECESIVA 9:7 (GENES COMPLEMENTARIOS)
Para que se
manifieste un
determinado
carácter es
necesaria la
presencia
simultánea de
ambos alelos
dominantes,
el A y el B.
EPIPTASIS SIMPLE RECESIVA 9:3:4
El alelo recesivo de uno de los dos loci (por ejemplo el alelo a) suprime la acción de los alelos B y b
del otro locus. Es el caso de la herencia del color del pelaje en los perros de la raza labrador. Existen
perros labradores de color negro, marrón y oro. El alelo B produce color negro, el alelo b color
marrón. El alelo A permite la aparición de color y el alelo a impide la aparición de color.
7) GENES LETALES
El primer científico que encontró anomalías en la segregación debidas a genes letales fue Cuenot
(1904). Existe un gen que afecta al color del pelo del ratón volviéndolo amarillo. El cruce entre dos
ratones amarillos produce descendientes amarillos y oscuros en proporción 2 : 1, lo cuál indica que
el amarillo es dominante. El cruce de un ratón amarillo por otro oscuro produce una F1 con una
segregación 1 amarillo : 1 oscuro, a partes iguales, lo cual indica que los ratones amarillos son,
invariablemente, heterocigotos.
Otro ejemplo de este tipo de genes es el causante de la incontinencia pigmenti en la especie humana.
Esta enfermedad solo se encuentra en mujeres, probablemente porque resulte mortal para los
embriones masculinos. Los individuos afectados presentan manchas en la piel, como remolinos,
convulsiones, escoliosis y, a veces, trastornos mentales y emocionales.
INCONTINENCIA
PIGMENTI
INCONTINENCIA PIGMENTI (síndrome de Bloch-Sulzberger)
La incontinencia pigmenti es una enfermedad que se transmite con carácter dominante ligado al
cromosoma X, y que se manifiesta en el nacimiento o poco después. Aunque afecta primariamente a
la piel, existen diferentes trastornos asociados, incluyendo defectos dentales, trastornos convulsivos,
retraso mental, anomalías oculares y neoplasias infantiles. Dado que suele ser letal en niños, se
observa casi exclusivamente en niñas.
La incontinentia pigmenti es una genodermatosis ligada al cromosoma X, que se transmite de forma
dominante, afectando fundamentalmente a mujeres. Se trata de un síndrome de dysplasia
multisistémica que además de la piel afecta con frecuencia a dientes (anodontia), ojos (estrabismo),
o sistema nervioso central (espasmos, convulsiones, retraso mental). Se ha identificado al gen
responsable, conocido como NEMO (NF-KAPPA-B ESSENTIAL MODULATOR), que es un
factor de transcripción que regula la expresión de citocinas, quimiocinas y moléculas de adhesión, y
protege frente a la apoptosis inducida por el factor de necrosis tumoral. La afectación cutánea se
manifiesta en 4 estadios clinicopatológicos (no todos tienen que aparecer, y pueden superponerse o
repetirse): Estadio 1, vesicular o inflamatorio: Suele aparecer en las 2 primeras semanas de vida,
siendo excepcional después del primer año. Son lesiones eritemato-vesiculares generalmente
lineales, afectando a tronco y extremidades. Ocasionalmente recidivan en los años siguientes,
generalmente en relación con procesos febriles. Histológicamente se trata de una dermatitis
espongiótica/vesicular con abundantes eosinófilos intraepidérmicos y dérmicos. Se ha detectado un
aumento de expresión de eotaxina en la epidermis lo que explica la acumulación de eosinófilos en
dichas áreas. Estadio 2, verrucoso: Entre la 2ª y 6ª semanas de vida. Histológicamente presenta una
hiperplasia epidérmica con hiperqueratosis, células disqueratósicas y una cantidad variable de
eosinófilos. Estadio 3: Hiperpigmentación, que histológicamente se corresponde con una
incontinencia pigmentaria (que da nombre a la entidad), con numerosos melanófagos en dermis
papilar. Estadio 4, atrófico: solo en la cuarta parte de pacientes. Histológicamente muestra una
atrofia epidérmica y pérdida de glándulas sudoríparas.
EL GEN QUE CAUSA LA INCONTINENCIA PIGMENTI
La causa de la Incontinentia Pigmenti se ha hallado en un gen defectuoso en el cromosoma X
llamado NEMO (NF-KAPPA-B ESSENTIAL MODULATOR) Xq28. El gen NEMO es de
menor tamaño que la media, ocupando alrededor de 23000 pares de bases.
X*X
X*X
X*Y
XY
XX
XY
aborto
El gen NEMO produce una proteína que es esencial para las células y cuyo defecto produce IP.
Los varones no pueden sobrevivir sin un gen NEMO funcional y por esto mueren en el útero.
En las hembras, algunas células tienen el gen NEMO normal y funcional (procedente del
cromosoma X normal), mientras que otras células tienen un gen NEMO defectuoso.
Actualmente se piensa que los síntomas de la IP en hembras proceden de células con el gen
NEMO defectuoso en sus tejidos. Ahora que se ha encontrado el gen, esta hipótesis podrá
comprobarse.
BENEFICIOS DE ENCONTRAR EL GEN NEMO
Es un marcador biológico que produce un diagnóstico molecular.
Se hace posible realizar un diagnóstico prenatal durante el embarazo para determinar si el feto
tiene el gen que causa IP.
La madre de un bebé con diagnóstico IP puede determinar si ella es portadora del gen y lo ha
transmitido a su hija. Esto le proporcionaría información importante a la hora de plantearse
nuevos embarazos.
Proporciona la base para un estudio más exhaustivo de las mutaciones del gen para
predeterminar el nivel de severidad.
Puede realizarse el diagnóstico en un feto varón que haya sufrido un aborto espontáneo para
determinar si la causa fue la IP.
Una pareja puede optar por la fertilización "in vitro". Un análisis previo a la implantación
determina si el embrión fertilizado tiene IP. Los padres tienen la opción de escoger embriones
no afectados por la mutación genética.
6) PENETRANCIA INCOMPLETA Y EXPRESIVIDAD VARIABLE
La penetrancia incompleta no debe nunca confundirse con expresividad variable. En patologías que
presentan expresividad variable, el paciente siempre expresa algunos de los síntomas de la patología,
los cuales pueden variar desde efectos muy moderados hasta casos severos. En patologías
autosómicas dominantes con penetrancia incompleta, el paciente ya sea expresa el fenotipo o no lo
hace. La penetrancia incompleta y la expresividad variable son fenómenos asociados sólo con
herencia dominante, nunca con herencia recesiva.
Penetrancia es la frecuencia con que un gen dominante o al estado recesivo homocigoto, expresa su
fenotipo característico en una población.
Ejemplo 1
En una población, 15 individuos portan el alelo dominante para la acondroplasia.
Los 15 son enanos acondroplásicos
Penetrancia = 100%
Penetrancia completa
Ejemplo 2
En una población hay 20 individuos que portan el alelo dominante para la neurofibromatósis
16 individuos muestran síntomas de la enfermedad
Penetrancia = 80%
Penetrancia incompleta
Expresividad Variable
Es la variabilidad de la expresión fenotípica de un genotipo determinado.
Ejemplo : Neurofibromatósis
Todas las imágenes que se observan muestran penetrancia de la enfermedad, pero claramente
difieren en la expresividad de la misma.
NEUROFIBROMATOSIS
Las neurofibromatosis (NF) se definen como un conjunto de trastornos hereditarios autosómicos
dominantes del sistema nervioso que causan el crecimiento de tumores no cancerosos a lo largo de
los nervios. Las NF también pueden provocar anomalías en la piel y los huesos.
En la neurofibromatosis tipo 1, un tercio de los pacientes son asintomáticos y se identifican durante
exploraciones de rutina, un tercio presenta alteraciones cutáneas y el otro tercio tiene alteraciones
neurológicas.
En el tipo 1 existe una pérdida de las propiedades supresoras tumorales de la neurofibromina.
¿Con qué frecuencia se producen las NF?
La NF1 es uno de los trastornos genéticos más comunes que existen, ya que afecta a uno de cada
4.000 bebés nacidos en los EE.UU. La NF2 es menos común y afecta a uno de cada 40.000 bebés.
Ambas manifestaciones de NF ocurren en todos los grupos étnicos y raciales del mundo y afectan a
ambos sexos por igual.
¿Cuáles son las causas de la NF?
La NF1 y la NF2 son provocadas por dos genes anormales distintos. El gen de la NF1 se encuentra
en el cromosoma 17 y el gen de la NF2 en el cromosoma 22. Estos genes anormales pueden ser
heredados (cuando uno de los padres padece el trastorno) o bien pueden deberse a una nueva
mutación (o cambio) en el gen normal. Por lo tanto, la NF1 o la NF2 pueden ocurrir en personas que
no tienen antecedentes familiares de esta condición. Alrededor del 50 por ciento de los casos de NF1
y de NF2 se debe a nuevas mutaciones genéticas. La gravedad de la enfermedad varía enormemente,
incluso entre los diferentes miembros afectados de una misma familia. Por esta razón, en algunos
casos es difícil determinar los antecedentes familiares.
¿Cuáles son los síntomas de la NF?
La neurofibromatosis tipo 1 se diagnostica en aquellas personas que presentan dos o más de los
siguientes síntomas :
Pecas o lunares que aparecen en las axilas o en la zona de la ingle, por lo general antes de los 7
años.
Seis o más manchas de color marrón claro en la piel, conocidas como manchas “café con
leche”. Por lo general, estas manchas se encuentran presentes al nacer o aparecen antes de los 2
años de edad. Estas manchas pueden aumentar de tamaño y cantidad y oscurecerse a medida
que pasan los años.
Dos o más tumores (bultos) benignos (no cancerosos) llamados neurofibromas debajo de la piel
o a mayor profundidad. Los neurofibromas, que crecen sobre los nervios, se componen de
células que rodean a los nervios y a otros tipos de células. Estos tumores por lo general se
desarrollan entre los 10 y los 15 años de edad, aunque pueden hacerlo a cualquier edad.
Las personas afectadas pueden tener distintas cantidades de neurofibromas, desde unos cuantos
hasta cientos de ellos. Los tumores, cuyo tamaño varía, pueden causar dolor o no causarlo. También
es posible tener un solo neurofibroma sin padecer NF. Los neurofibromas pueden experimentar
degeneración maligna secundaria y convertirse en sarcomas.
Más raramente presentan nódulos subcutáneos por crecimiento amorfo de las células de
Schwann, dando lugar a estructuras irregularmente engrosadas y distorsionadas (neuromas
plexiformes) o de los huesos subyacentes produciendo deformidades muy severas.
La anemia falciforme es bastante frecuente en algunas regiones de Africa y Asia donde la malaria es
endémica. La alta frecuencia en las regiones con malaria se debe a la heterosis: los heterocigotos
para los alelos «normal» y falciforme tienen una eficacia biológica superior a la de los homocigotos
para el alelo «normal» debido a que son muy resistentes a la infección de la malaria.
Hemoglobina
Normal
Hemoglobina
Anormal
Las hemoglobinas son de las proteínas más comunes en el cuerpo. Los seres humanos adultos tienen
alrededor de un kilogramo de hemoglobina (alrededor del 98%) como hemoglobina A, un tetrámero,
que consta de dos cadenas polipeptídicas α y dos β; codificadas por diferentes loci. . La cadena β de
la hemoglobina consta de 146 aminoácidos. La única diferencia entre individuos normales y
pacientes con anemia falciforme es que la β normal tiene ácido glutámico en la posición seis,
mientras que la β falciforme tiene valin en esta posición.
El ácido glutámico (Glu) está codificado por cualquiera de los codones GAA y GAG, mientras que
la valina (Val) está codificada por cualquiera de los cuatro codones, GUU, GUC, GUA o GUG. Por
lo tanto, una mutación que cambia la segunda A en una U en el triplete que codifica para el ácido
glutámico originará un triplete que codifique para la valina, siendo así responsable de la anemia
falciforme. Esta diferencia aparentemente trivial tiene serias consecuencias sobre la salud: alrededor
de 100.000 personas mueren cada año en el mundo debido a que son homocigotos para el alelo
falciforme.
La condición anémica de los pacientes falciformes se debe a las propiedades de la valina y el ácido
glutámico. Las proteínas tienen configuraciones plegadas con algunos aminoácidos situados en el
interior de la molécula y otros hacia el exterior. El ácido glutámico (exterior)es un aminoácido
hidrófilo pero la valina es un aminoácido hidrófobo.
Cuando en la 6ª posición de la cadena β está presente una valina , la solubilidad de la hemoglobina
disminuye considerablemente, al menos bajo condiciones de baja presión de oxígeno. En los
estrechos capilares sanguíneos la hemoglobina falciforme tiende a cristalizar y los glóbulos rojos de
la sangre a romperse y se produce una severa anemia. Los individuos homocigotos para el alelo
falciforme normalmente mueren antes de la edad adulta.
Base incorrecta en el DNA
En la cadena beta se sustituye el aminoácido glutámico por valina
Hemoglobina anormal
Glóbulos rojos (GR) adoptan forma de hoz a baja presión de 02
Rápida destrucción
de los GR alterados
Aglutinación de los GR
alterando la circulación
Anemia
Falla local en circulación
sanguínea
Cansancio
Acumulación de
GR en el bazo
Aumento de
tamaño del bazo
Dilatación
del corazón
Daño al riñón
Daño al pulmón
Daño al corazón
Deficiencia renal
Neumonía
Fibrosis en
el bazo
8) ENFERMEDADES MITOCONDRIALES
El genoma mitocondrial es poliploide, es decir cada mitocondria contiene múltiples copias de
ADNmt y cada célula desde cientos y hasta miles. Durante la mitosis, estas copias se distribuyen al
azar en las células hijas. En un individuo normal todo el genoma mitocondrial es idéntico
(homoplasmía). Cuando ocurre una mutación, se generan dos subpoblaciones de ADNmt que
coexistirán en la misma célula (heteroplasmía). Se ha sostenido que éstas segregan al azar en las
células hijas que contendrán por lo tanto proporciones variables de ADNmt mutante (segregación
mitótica). Sin embargo, hay evidencia experimental reciente que apoya la existencia de un control
nuclear de este proceso. La expresión fenotípica de la enfermedad ocurrirá cuando se alcance un
número crítico de este ADNmt mutante en un tejido particular, capaz de afectar su funcionamiento
(efecto umbral). Este umbral generalmente se alcanza cuando un 60-90% del ADNmt de una célula
es mutante y refleja la incapacidad del ADNmt normal de compensar al alterado. La proporción
requerida para afectar el funcionamiento es dependiente del tejido afectado, sin embargo otros
factores como edad y sexo también contribuyen al proceso de la enfermedad. Estas características de
heteroplasmía, segregación mitótica y efecto umbral explican la gran variabilidad fenotípica de las
enfermedades mitocondriales que se originan en mutaciones puntuales, deleciones o rearreglos del
ADNmt.
Las enfermedades mitocondriales se caracterizan por presentar una gran heterogeneidad de síntomas
clínicos. Esta heterogeneidad provoca que idénticas mutaciones pueden dar lugar a diferentes
fenotipos, y a su vez diferentes mutaciones pueden dar lugar a un mismo fenotipo. Este hecho
complica el diagnóstico clínico de estas enfermedades. La heterogeneidad de las enfermedades
mitocondriales desde siempre se ha atribuido a los diferentes grados de heteroplasmia de una
mutación en diferentes tejidos, y a la diferente demanda energética de cada uno de ellos.
Clasificación de la enfermedades mitocondriales
La clasificación más habitual que se suele hacer de las enfermedades mitocondriales es según un
punto de vista genético. De esta manera se pueden clasificar las encefalomiopatías mitocondriales
en dos grandes categorías, las enfermedades debidas a alteraciones del ADNmt y las enfermedades
debidas a alteraciones del ADN nuclear.
Enfermedades debidas a alteraciones primarias del ADNmt
Podemos encontrar dos grandes grupos de enfermedades : las debidas a mutaciones puntuales y las
debidas a reordenamientos del ADNmt. A continuación se describirán las principales características
de algunas de las enfermedades que están dentro de estos dos grandes grupos
A) ENFERMEDADES DEBIDAS A MUTACIONES PUNTUALES EN EL ADNmt.
Síndrome de MERRF (epilepsia mioclónica con fibras rojo-rasgadas): se caracteriza por
epilepsia mioclónica, miopatía mitocondrial y ataxia cerebelar. Otros síntomas menos comunes
incluyen demencia, sordera, neuropatía periférica y múltiples lipomas. La mutación más frecuente
de este síndrome es la A8344G en el gen del tRNALys, aunque otras mutaciones puntuales en el
mismo gen se han asociado a este síndrome. La mutación A8344G siempre se presenta de forma
heteroplástica. Estudios con híbridos transmitocondriales han demostrado que la mutación causa
una aminoacilación defectiva del tRNA lisisna y una terminación prematura de la síntesis proteica.
Síndrome de MELAS (Encefalomiopatía mitocondrial con acidosis láctica y episodios de
accidentes cerebrovasculares: se presenta normalmente en niños o adolescentes que han tenido un
desarrollo previo normal. La típica presentación incluye vómitos recurrentes, dolores de cabeza
similares a la migraña y episodios de infartos cerebrales que causan ceguera cortical o hemiparesis.
La mutación más común en el ADNmt es la A3243G en el tRNALeu (UUR), pero se han descrito una
decen más de mutaciones asociadas s este síndrome.
Estudios en cultivo de híbridos
transmitocondriales con la mutación A3243G han demostrado disminución de los niveles de síntesis
proteica mitocondrial así como actividades reducidas de las complejos I y IV de la cadena
respiratoria. Al igual que la mutación A8344G en el síndrome de MERRF, el cambio A3243G
también provoca una disminución de la aminoacilación del tRNALeu(URR).
Síndrome de NARP (neuopatía, ataxia y retinitis pigmentosa), Síndrome de MILS (síndrome
de Leigh de herencia materna): el síndrome de NARP principalmente afecta a personas jóvenes
causando retinitis pigmentosa, demencia, ataques, debilidad proximal y neuropatía sensorial. Fue
descrito en el año 1990 por Holt y colaboradores que lo asociaron a una mutación puntual en el gen
ATPase 6, T8993G. El síndrome de MILS se presenta como una encefalomiopatía infantil muy
severa con lesiones simétricas caracaterísticas en los ganglios basales y el tronco cerebral. El origen
de este síndrome es la misma mutación que provoca el síndrome de NARP, pero con un porcentaje
de mutación siempre superior al 90%.
Síndrome de LHON o de Leber (neuropatía óptica hereditaria de Leber): se caracteriza por
una pérdida de visión aguda o subaguda en personas jóvenes, más frecuentemente en varones,
debido a una atrofia óptica bilateral. A este síndrome se han asociado muchas mutaciones puntuales
del ADNmt en genes estructurales (principalmente genes que codifican subunidades del complejo I).
De todas estas mutaciones, sólo tres parecen ser patogénicas, incluso cuando se presentan de forma
aislada (son las llamadas mutaciones primarias). Estas son: G11778A en el gen ND4, G3460A en el
gen ND1 y T14484C en el gen ND6.
Cabe remarcar que las mutaciones puntuales en el ADNmt en genes que codifican proteínas, a
menudo no siguen las reglas de la genética mitocondrial, por el hecho que sólo afectan a
determinados individuos y tejidos aislados, normalmente el músculo esquelético. Así, pacientes con
intolerancia al ejercicio, mialgia y algunas veces mioglobinuria recurrente, pueden tener defectos
aislados del complejo I, complejo III o complejo IV, debido a mutaciones patogénicas en los genes
que codifican sus subunidades. La falta de herencia materna y el hecho de que sólo el músculo
esqulético está implicado, sugiere que estas mutaciones se han originado de nove en las células
embrionarias biogénicas, después de la diferenciación de la línea germinal y que se han acumulado
durante la replicación en el tejido afectado. Son las llamadas mutaciones somáticas.
B) ENFERMEDADES DEBIDAS A REORDENAMIENTOS DEL ADNmt
En este apartado se incluyen deleciones simples, deleciones múltiples, inserciones y duplicaciones.
Las deleciones y las inserciones suelen ser espontáneas, aunque también se han publicado casos de
herencia materna. Se presentan de forma heteroplástica y pueden aumentar la gravedad de la
enfermedad con la edad. Algunos de los síndromes clínicos causados por alguno de estos
reordenamientos están descritos a continuación:
Síndrome de Pearson: es una enfermedad fatal habitualmente caracterizada por anemia
sideroblástica y una disfunción exocrina del páncreas. Los pacientes afectados por esta enfermedad
acostumbran a desarrollar problemas hepáticos, atrofia de las vellosidades intestinales, diabetes
mellitas y disfunción tubular renal. Los pacientes presentan grandes deleciones única que en general
son esporádicas, aunque se ha descrito algún caso de herencia materna.
Síndrome de CPEO (Oftalmoplegia crónica externa progresiva):
se caracteriza por
oftalmoplegia y ptosi bilateral de los párpados. Se puede presentar con o sin debilidad de la
musculatura proximal y es a menudo compatible con una esperanza de vida normal. Se debe a la
presencia de deleciones simples en el ADNmt de músculo, pero también se han encontrado formas
de este síndrome asociadas a mutaciones puntuales de herencia materna. Las deleciones pueden
variar en tamaño y localización dentro de la secuencia del ADNmt.
Síndrome de Kearns-Sayre: la edad de aparición de esta enfermedad es normalmente antes de los
veinte años de edad. La presentación típica consiste en dificultad de los movimientos de los ojos,
retinopatía pigmentaria, y bloqueo de la conducción cardiaca. A menudo estos síntomas clínicos
están acompañados por tors como demencia, ataxia y disfunción endocrina (diabetes mellitas,
hiperparatiroisismo corta estatura). El síndrome también se presenta con alteraciones en la analítica
del laboratorio como acidosis láctica y niveles incrementados de proteínas en el líquido
cefalorraquídeo. La biopsia muscular normalmente presenta RRF.