Eduardo Tizzano

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Genes modificadores en enfermedades monogénicas
la hemofilia y la atrofia muscular espinal como
ejemplos
TRANSFORMANDO LAS ENFERMEDADES MONOGENICAS EN
COMPLEJAS

• Eduardo Tizzano
• Departmento de Genética
• Hospital Sant Pau, Barcelona

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TIPOS DE ENFERMEDAD GENETICA
MONOGENICAS
PRODUCIDAS POR LA MUTACIÓN EN UN GEN MAYOR
NUCLEO
MITOCONDRIAS
CROMOSOMICAS
EXCESO O DÈFICIT DE GENES CONTENIDOS EN UN
SEGMENTO O TODO UN CROMOSOMA
MULTIFACTORIALES
RESULTADO DE LA COMBINACION DEL EFECTO DE GENES Y
EL MEDIO AMBIENTE
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MONOGENICOS
GEN
mRNA
PROTEINA
FENOTIPO
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Enfermedades Genéticas Monogénicas o
Mendelianas
Patrones de herencia Autosómica
Dominante Autosómico Recesivo Ligada al X
5
MULTIFACTORIALES
Varios genes
Medio ambiente
Medio ambiente
Varios RNA
Varias PROTEINAS
FENOTIPO
6
(No Transcript)
7
GENE
8
CUÁNDO SOSPECHAR LA INFLUENCIA DE GENES
MODIFICADORES EN UNA ENFERMEDAD MONOGÉNICA?
Cuando el genotipo por sí solo no explica los
cambios en el fenotipo, es decir correlación
genotipo-fenotipo incompleta. Cuando el efecto
del medio ambiente sobre ese fenotipo no es claro
o determinante. Es decir, casi siempre.
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EL EFECTO FINAL DE UN GEN ESTA INFLUENCIADO POR
Secuencia del gen o su RNA
Factores EPIGENETICOS
METABOLISMO Y DEGRADACION DE LA PROTEINA
GENES MODIFICADORES
FACTORES AMBIENTALES
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Hemofilias

• Déficit de factor VIII (HA) y IX (HB)
• Ambos genes localizados en el brazo largo del
  cromosoma X
• Grave (0-1), moderada (2-5), leve (5-30) de
  acuerdo a los niveles de actividad de los
  respectivos factores

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Hemofilias

• Mas de la mitad de los pacientes con HA grave
  tienen rearreglos estructurales (inversiones
  intron 22 e intron 1)
• En el resto se han descrito más de 500 mutaciones
  diferentes
• En la hemofilia B no se han descubierto
  mutaciones recurrentes como las inversiones de la
  hemofilia A

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GEN INTACTO
Exón 26
Exón 1
GRAN DELECION (EXON 14)
Exón 1
Exón 26
Exón 13
Exón 15
INVERSION INTRON 22
Exón 23
Exón 26
Exón 1
Exón 22
INVERSION INTRON 1
Exón 26
Exón 1
Exón 2
13
(No Transcript)
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EPISODIOS DE HEMORRAGIAS CONSUMO DE FACTORES DE
REEMPLAZO NUMERO DE ARTROPATIAS
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Observaciones

• En los hemofílicos graves se pensó que sangraban
  de manera diferente por el tipo de mutación en el
  factor VIII
• Posteriormente se observó que los pacientes con
  inversiones también sangraban de maneras
  diferentes

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Initial reaction
Spread stage
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FVL

• Gen del Factor V en el cromosoma 1
• Sustitución de una G ? A en nucleótido 1691 ?
  Arginina506Glutamina (FVLeiden)
• Para la inactivación eficaz del factor V por la
  proteína C activada, es necesario una arginina en
  la posición 509.
• El FVL se considera uno de los factores genéticos
  mas frecuentes de riesgo para padecer
  trombofilia.

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PT20210A

• Gen de la Protrombina en el cromosoma 11
• 20210 G?A (región 3 no traducida).
• Los portadores de esta variante tienen niveles
  elevados de protrombina en plasma incrementando 3
  veces el factor de riesgo para trombofilia. No
  está claro si aumenta la transcripción, la
  estabilidad o la eficiencia de traducción a
  proteína.
• Constituye el factor genético mas prevalente de
  tromboembolismo venoso en población española
  (Souto et al, Thromb Haemost 1998).

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Observaciones

• El déficit de factor VIII y XI combinados puede
  ocasionar mayor gravedad que cada una de ellas
  por separado (Berg et al. Blood Coag Fibrin,
  1994)
• La presencia de factor V Leiden (FVL) y déficit
  de proteína C combinados cursa con mayor riesgo
  de trombosis que cada una de ellas por separado
  (Koleman et al. Blood, 1994)

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HIPOTESIS Pacientes afectados de una
coagulopatía congénita pueden variar sus
manifestaciones por influencia de genes de
trombosis.
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Resultados

• Inversión PT20210A
• n5
• edad promedio30
• EShasta 5 (p0.008)
• CFcVIII15400 U/año
• (/- 18105) (p0.016)
• Artropatíaslt4 (plt0.0005)

• Inversión - PT20210A
• n11
• edad promedio32
• ESmas de 6 (excepto 1 caso con lt5)
• CFcVIII90636 U/año
• (/- 49515)
• Artropatías4 o mas

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Conclusiones
GEN
MODIFICADORES

• En el estado actual de conocimientos, cabe
  considerar a las hemofilia A y B (y otras
  coagulopatías hereditarias) como la consecuencia
  de una mutación en un gen determinante,
  responsable primario de la patogénesis de la
  enfermedad y el efecto de genes modificadores
  independientes que pueden influenciar el
  fenotipo.

FENOTIPO
MODIFICADORES
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Conclusiones

• El FVL y la PT20210A parecen ser los primeros (la
  punta del iceberg) de una larga lista de factores
  genéticos que deberán ser investigados para que
  puedan ser aplicados posteriormente a la
  elaboración de perfiles de susceptibilidad

24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
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ASTA ANTERIOR de la médula espinal
Neurona motora
Aspecto de las neuronas motoras postnatales
normales
Aspecto de las neuronas motoras postnatales en la
AME
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ATROFIA MUSCULAR ESPINAL (AME)

• La pérdida y degeneración de las neuronas motoras
  del la médula espinal hacen que el músculo pierda
  la inervación y se atrofie.
• El gen que falta o está alterado se denomima
  Survival Motor Neuron (SMN) y se identificó en
  1995.

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SMN 1
SMN 2
A
SMN 1
SMN 2
Individuo no afectado con cuatro copias de gen
SMN (2 de SMN1 y dos de SMN2)
SMN 1
SMN 2
B
SMN 2
Individuo portador con una copia de gen SMN 1 y
dos de SMN2
SMN 2
C
SMN 2
Individuo afectado con ninguna copia de SMN1 y
dos de SMN2
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TIPO III - Kugelberg -Welander
TIPO II Intermedia
TIPO II - Intermedia
TIPO I Werdnig-Hoffmann
Nacimiento
18 meses
VIDA ADULTA
6meses
2-3 años
31
DNA
32
SMA patients have one or more SMN2 genes
which modulate the disease severity
SMN 2
SMN 2
I
SMN 2
No patient was described with total absence of
the SMN genes
33
SMN 2
SMN 2
SMN 2
II / III
SMN 2
SMN 2
SMN 2
SMN 2
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Five nucleotides differences between SMN1 and
SMN2
SMN 1
Exon 8
Exon 7
Intron 6
Intron 7
C
A
A
G
G
SMN 2
Exon 8
Exon 7
Intron 6
Intron 7
T
G
G
A
A
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ARN mensajero
PROTEINA SMN2 (sin exon 7) parcialmente
funcionante
PROTEINA SMN1 (completa) totalmente funcionante
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Efecto de la dosis del gen SMN2
Determinar la correlación entre el número de
copias del gen SMN2 y el fenotipo 16 tipo I
87.5 tienen 1 o 2 copias, mayoría 2 ninguno
con 4 copias 14 tipo II 86 tienen 2 o 3
copias, mayoría 3 ninguno con 4 copias 15 tipo
III 87 tienen 3 o 4 copias, mayoría 3
ninguno con 1 copia
Cuscó et al., Journal of Neurology, 2005
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
Conclusiones

• El gen SMN2 es importante en la definición del
  tipo de AME que va a presentar el paciente.
• En los casos de AME tipo II y III con hermanos de
  fenotipo discordante, el gen SMN2 no es
  categórico, lo que indica la existencia de otros
  genes modificadores
• El tratamiento con fármacos para aumentar la
  expresión del gen SMN2 es estudiado como posible
  terapia en la AME

41
(No Transcript)
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EJEMPLOS DE ENFERMEDADES MONOGENICAS EN LAS QUE
POSIBLES GENES MODIFICADORES INFLUENCIARIAN EL
FENOTIPO FINAL.

• Fibrosis quística CFTR
• Enfermedad de Hirschsprung RET, GNDF, EDN3, EDNRB
• Neurofibromatosis tipo 2 NF2
• Craniosinostosis coronal FGFR3
• Hipoplasia adrenal congénita DAX1
• Enfermedad de Gaucher GBA
• Fenilcetonuria PAH
• Sindrome del QT prolongado KVLQT1, HERQ,
  SCN5A, KCNE1

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Conclusiones

• La diferencia histórica entre las enfermedades
  monogénicas (Mendelianas) y multigénicas o
  complejas son productos mas bien de la
  percepción humana que de la realidad biológica.
• Las dos categorías serían parte de un continuo
  que va desde un gen determinante, responsable
  primario de la patogénesis de la enfermedad con
  uno o mas genes modificadores independientes que
  influencian el fenotipo hasta el efecto de dos,
  tres o múltiples genes que comparten su
  influencia en el fenotipo.

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Oligogenic
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GEN
GENOMICA
mRNA
TRANSCRIPTOMICA
PROTEINA
PROTEOMICA
FENOTIPO
MODIFICADORES
DETERMINANTE
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(No Transcript)
47
(No Transcript)
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Genómica Estudio del genoma de un organismo y de
su función Genoma Todo el material genético
contenido en los cromosomas de un
organismo
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La genómica estructural está orientada a la
caracterización y localización de las
secuencias que componen el DNA de los genes.
La genómica funcional plantea el estudio de la
función de los genes que una célula expresa en
condiciones determinadas.
Qué debemos saber de un gen en términos de su
función?
Caracterizar el producto (s) Bioquímico
(quinasa, proteína de unión, etc.) Celular
(núcleo, citoplasma, membrana, etc.) Tejido
(abundancia total, tipo de células) Organismo
(órgano, aparato o sistema donde es
imprescindible)
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LA GENOMICA FUNCIONAL SE SIRVE DE LA
TRANSCRIPTOMICA (RNA) Y DE LA PROTEOMICA
El transcriptoma es una colección completa de
mRNA en una célula en particular y en
determinadas condiciones. Incluye la
transcripción, el procesamiento del RNA y su
metabolismo.
Un gen puede producir muchos tipos de RNA (por
splicing alternativo, por promotores
alternativos, por inhibidores o estimuladores de
la transcripción)
Las proteínas sintetizadas a partir de estos mRNA
pueden ser modificadas por proteólisis,
fosforilación, glicosilación.
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Proteómica Estudio del proteoma de un organismo
estructura, función, interrelaciones
Proteoma El conjunto de proteínas
que sintetiza una célula o un organismo y su
interrelación específica Imagen dinámica de
todas las proteínas expresadas por un organismo
en un momento dado y en determinadas condiciones.
Combina los estudios bidimensionales de
proteínas y la espectrometría de masas
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GEN
Tipo de mutación, regulación, expresión,
variación secuencia, degradación de la proteína
GENOMA
Identificar variantes en genes candidatos ya
caracterizados Análisis del genoma completo
(genome wide analysis)
TRANSCRIPTOMA
Caracterizar los patrones de expresión de
diversos genes o la abundancia de determinados
mRNA
PROTEOMA
Caracterizar las moléculas funcionales de las
células teniendo en cuenta modificaciones
postraduccionales
PERFILES DE SUSCEPTIBILIDAD